第六章 设备管理汇总
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设备管理负责对种类繁多的I/O设备进行管理和 控制，使得用户可以高效、统一、简单地使用各 种设备。
6.1 设备及设备管理的功能
6.1.1 设备分类
根据设备用途可以分为以下两类： 1. 存储设备
用于存储信息的设备 存取信息的基本单位为字符块，称为块设备。
2. 输入/输出设备
主机从外界接பைடு நூலகம்信息与向外界发送信息的设备 存取信息的基本单位为字符，称为字符设备。
外设完成原I/来O的操程作序后，发出中中断断处请理时程，序CPU暂停 当前程序的执行，保护好被中断程序的现场信息； 响应中断请求，执行中断处理程序；
➢中断处理完毕后，CPU返回断点，继续执行被 中断了的当前程序。书本P181图6.1
采用中断的方式，CPU和外设之间的数据传输步骤： P182
中断方式的缺点：
4.缓冲管理与地址转换
缓解CPU和外设的速度不匹配问题
6.2 I／O控制方式
第六章 设备管理
设备管理的主要任务之一，是控制设备和内存、 CPU之间的数据传送； 本节介绍4中常用的传送控制方式。
6.2.1 查询等待方式（循环测试方式）
➢设备中设置一个状态触发器busy=1或0 busy=1:正进行数据处理，I/O尚未结束，设备忙 Busy=0：可进行数据传送 ➢当设备忙时，CPU需要不停地测试，直到其空闲，
第六章 设备管理
通道是一个I/O处理器，与CPU类似，包括 运算、控制逻辑、累加器、寄存器；
通道有自己的指令系统；
第6章 设备管理
6.1 设备与设备管理功能 6.2 I/O控制方式 6.3 缓冲技术 6.4 中断技术 6.5 设备分配 6.6 I/O软件的组成 6.7 设备驱动程序 6.8 磁盘存储管理 6.9 Linux设备管理
第六章 设备管理
计算机系统中，通常把处理机和主存储器之外 的部分称为外设（或I/O设备）；
1. 通道的概念
通道相当于一台小型处理机，它接受主机的委托独 立地执行通道程序，对外部设备的I/O操作进行控制， 以实现内存和外设之间的成批数据传输。
书本P184，图6.2,6.3
2. 通道的类型
第六章 设备管理
a)字节多路通道
➢包括若干子通道，每个子通道至少连接一台低速设备 ➢字节：数据在通道中以字节为单位传输 ➢多路：可以分时执行多个通道程序 ➢主要用于连接低速设备
使设备管理系统更简练，易于维护
6.1.3 设备管理的功能
第六章 设备管理
1.记录设备的管理信息
使用设备控制块DCB记载设备管理信息 以便于有效管理、调度和使用设备
2.实施设备分配
请求使用某种设备的进程数大于设备数
3.完成I/O操作
按照用户需求调用设备驱动程序，启动相应设备 进行I/O操作，并处理来自设备的中断
如果多种外设都通过中断方式，进行并行操作， 那么中断次数将急剧增加，CPU无法响应而出现 数据丢失； 如果I/O控制器的缓冲区比较小，在缓冲区满后 将发生中断，那么，整个数据传送过程中，将发 生多次中断，耗去大量的CPU处理时间
6.2.3 DMA方式(Direct Memory Access)
中断过程需要保存、恢复断点和中断现场 还需要先将数据读进CPU，再转往内存 难以满足某些高速外设的速度要求
c)数组多路通道
➢当设备进行数据传送时，通道只为该设备服务， 且以数据块为传输单位； ➢当设备执行寻址等控制性操作时，通道暂时断开 与其连接，转去为其他设备服务； ➢因此，结合了字节多路通道分时并行、数据选择 通道传输速度高的特点，多用于高、中速设备
IBM-370的通道结构示意图
3. 通道程序
6.2.4 通道方式
DMA方式存在的缺点和不足：
第六章 设备管理
一旦开始传送数据，CPU要让出主存，进行不访问主存 的其它操作；
DMA方式只解决了高速外存与主存的数据传送，对外设 的管理和某些操作仍由CPU控制，并没有真正解决CPU与 I/O设备的并行操作
通道如技果术每真个正I/O实设现备了都C配P置UD与MIA/O，的硬件并成行本工将作大，幅在提需高 要 使用I/O设备交换数据时，CPU只干预通道两次： 启动通道、结束时的中断处理。
则启动它进行I/O操作，处理机利用率较低
6.2.2 中断方式
➢设➢备中的断机技械术动是作计速算度机很系慢统，结而构C的P一U个的重指要令突执破行，速 度特它别使快CP；U和外设可以并发工作。 ➢CPU启动设备进行I/O操作后，无需再检测设备 状态➢中，断CP改U变和了设处备理可器并执行行工指作令；顺序：
6.1.2 设备管理的设计目标 第六章 设备管理
1.向用户提供方便的统一接口
使用户摆脱具体设备的物理特性，按照统一的规则使用 用户程序中使用虚拟设备，系统实现虚实对应 Linux系统中外设作为特别文件，与普通文件一起管理
2.提高各种设备的使用效率
提高CPU与外设，以及外设之间的并行程度
3.各种外设尽可能采用统一的管理方法
例如： ➢某台硬件设备的数据传输率为1000byte/s，即：传送一个 字节需要1ms，而通道从设备接收或发送一个字节只需要几 百纳秒。 ➢因此，通道在传输两个字节数据之间存在很多空闲，字 节多路通道正是利用这个空闲为其他设备服务。
b)数据选择通道
➢子通道每次只能控制一台设备 ➢直到该设备的数据传输工作全部结束 ➢主要用于连接高速外设，传送两个字节间的空闲 时间较少
基本概念： ➢外设和内存直接交换数据，CPU不参与交换控制 ➢总线使用权由CPU转到DMA控制器 ➢内存和外设通过总线完成数据传送
DMA工作的主要步骤：
当中进断程和需D要M从A相外比设输入数据时：
➢制➢请向C器中求CPPU断，U把方D发接M 式送收：A中数方在断据式数请的则据求内在寄。存所存地有器址数写和据满字传之节送后数完就送成发入之出D后中M，断A控 ➢➢提中出断数方据式输的入数请据求传的送进是程通进过入中等断待由状C态PU控制完 ➢成C，PUD调M度A其方他式进在程DM运A行控制器的指挥下完成，而 ➢不设通备过数C据PU缓，冲因器此中，的不数会据因通为过并总行线设写备入过内多存，或 ➢者DCMPAU在与所外有设数速据度传不送匹完配毕而后丢，失向数C据P。U发出中断信 号
6.1 设备及设备管理的功能
6.1.1 设备分类
根据设备用途可以分为以下两类： 1. 存储设备
用于存储信息的设备 存取信息的基本单位为字符块，称为块设备。
2. 输入/输出设备
主机从外界接பைடு நூலகம்信息与向外界发送信息的设备 存取信息的基本单位为字符，称为字符设备。
外设完成原I/来O的操程作序后，发出中中断断处请理时程，序CPU暂停 当前程序的执行，保护好被中断程序的现场信息； 响应中断请求，执行中断处理程序；
➢中断处理完毕后，CPU返回断点，继续执行被 中断了的当前程序。书本P181图6.1
采用中断的方式，CPU和外设之间的数据传输步骤： P182
中断方式的缺点：
4.缓冲管理与地址转换
缓解CPU和外设的速度不匹配问题
6.2 I／O控制方式
第六章 设备管理
设备管理的主要任务之一，是控制设备和内存、 CPU之间的数据传送； 本节介绍4中常用的传送控制方式。
6.2.1 查询等待方式（循环测试方式）
➢设备中设置一个状态触发器busy=1或0 busy=1:正进行数据处理，I/O尚未结束，设备忙 Busy=0：可进行数据传送 ➢当设备忙时，CPU需要不停地测试，直到其空闲，
第六章 设备管理
通道是一个I/O处理器，与CPU类似，包括 运算、控制逻辑、累加器、寄存器；
通道有自己的指令系统；
第6章 设备管理
6.1 设备与设备管理功能 6.2 I/O控制方式 6.3 缓冲技术 6.4 中断技术 6.5 设备分配 6.6 I/O软件的组成 6.7 设备驱动程序 6.8 磁盘存储管理 6.9 Linux设备管理
第六章 设备管理
计算机系统中，通常把处理机和主存储器之外 的部分称为外设（或I/O设备）；
1. 通道的概念
通道相当于一台小型处理机，它接受主机的委托独 立地执行通道程序，对外部设备的I/O操作进行控制， 以实现内存和外设之间的成批数据传输。
书本P184，图6.2,6.3
2. 通道的类型
第六章 设备管理
a)字节多路通道
➢包括若干子通道，每个子通道至少连接一台低速设备 ➢字节：数据在通道中以字节为单位传输 ➢多路：可以分时执行多个通道程序 ➢主要用于连接低速设备
使设备管理系统更简练，易于维护
6.1.3 设备管理的功能
第六章 设备管理
1.记录设备的管理信息
使用设备控制块DCB记载设备管理信息 以便于有效管理、调度和使用设备
2.实施设备分配
请求使用某种设备的进程数大于设备数
3.完成I/O操作
按照用户需求调用设备驱动程序，启动相应设备 进行I/O操作，并处理来自设备的中断
如果多种外设都通过中断方式，进行并行操作， 那么中断次数将急剧增加，CPU无法响应而出现 数据丢失； 如果I/O控制器的缓冲区比较小，在缓冲区满后 将发生中断，那么，整个数据传送过程中，将发 生多次中断，耗去大量的CPU处理时间
6.2.3 DMA方式(Direct Memory Access)
中断过程需要保存、恢复断点和中断现场 还需要先将数据读进CPU，再转往内存 难以满足某些高速外设的速度要求
c)数组多路通道
➢当设备进行数据传送时，通道只为该设备服务， 且以数据块为传输单位； ➢当设备执行寻址等控制性操作时，通道暂时断开 与其连接，转去为其他设备服务； ➢因此，结合了字节多路通道分时并行、数据选择 通道传输速度高的特点，多用于高、中速设备
IBM-370的通道结构示意图
3. 通道程序
6.2.4 通道方式
DMA方式存在的缺点和不足：
第六章 设备管理
一旦开始传送数据，CPU要让出主存，进行不访问主存 的其它操作；
DMA方式只解决了高速外存与主存的数据传送，对外设 的管理和某些操作仍由CPU控制，并没有真正解决CPU与 I/O设备的并行操作
通道如技果术每真个正I/O实设现备了都C配P置UD与MIA/O，的硬件并成行本工将作大，幅在提需高 要 使用I/O设备交换数据时，CPU只干预通道两次： 启动通道、结束时的中断处理。
则启动它进行I/O操作，处理机利用率较低
6.2.2 中断方式
➢设➢备中的断机技械术动是作计速算度机很系慢统，结而构C的P一U个的重指要令突执破行，速 度特它别使快CP；U和外设可以并发工作。 ➢CPU启动设备进行I/O操作后，无需再检测设备 状态➢中，断CP改U变和了设处备理可器并执行行工指作令；顺序：
6.1.2 设备管理的设计目标 第六章 设备管理
1.向用户提供方便的统一接口
使用户摆脱具体设备的物理特性，按照统一的规则使用 用户程序中使用虚拟设备，系统实现虚实对应 Linux系统中外设作为特别文件，与普通文件一起管理
2.提高各种设备的使用效率
提高CPU与外设，以及外设之间的并行程度
3.各种外设尽可能采用统一的管理方法
例如： ➢某台硬件设备的数据传输率为1000byte/s，即：传送一个 字节需要1ms，而通道从设备接收或发送一个字节只需要几 百纳秒。 ➢因此，通道在传输两个字节数据之间存在很多空闲，字 节多路通道正是利用这个空闲为其他设备服务。
b)数据选择通道
➢子通道每次只能控制一台设备 ➢直到该设备的数据传输工作全部结束 ➢主要用于连接高速外设，传送两个字节间的空闲 时间较少
基本概念： ➢外设和内存直接交换数据，CPU不参与交换控制 ➢总线使用权由CPU转到DMA控制器 ➢内存和外设通过总线完成数据传送
DMA工作的主要步骤：
当中进断程和需D要M从A相外比设输入数据时：
➢制➢请向C器中求CPPU断，U把方D发接M 式送收：A中数方在断据式数请的则据求内在寄。存所存地有器址数写和据满字传之节送后数完就送成发入之出D后中M，断A控 ➢➢提中出断数方据式输的入数请据求传的送进是程通进过入中等断待由状C态PU控制完 ➢成C，PUD调M度A其方他式进在程DM运A行控制器的指挥下完成，而 ➢不设通备过数C据PU缓，冲因器此中，的不数会据因通为过并总行线设写备入过内多存，或 ➢者DCMPAU在与所外有设数速据度传不送匹完配毕而后丢，失向数C据P。U发出中断信 号