第6章设备管理(1)
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A.用户级I/O软件、设备无关软件、设备驱动程序、中断处理程序 B、用户级I/O软件、设备无关软件、中断处理程序、设备驱动程序 C、用户级I/O软件、设备驱动程序、设备无关软件、中断处理程序 D、用户级I/O软件、中断处理程序、设备无关软件、设备驱动程序
用户程序发出磁盘I/O请求后，系统的处理流程是：用户程序-系统调用处 理程序-设备驱动程序-中断处理程序。其中，计算数据所在磁盘的柱面 号、磁头号、扇区号的程序是（2011,2013）
2020/10/18
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设备控制器的组成
由于设备控制器位于CPU与设备之间，它既要 与CPU通信，又要与设备通信，还应具有按照 CPU所发来的命令去控制设备的工作的功能， 因此现有的大多数控制器都是由三部分组成
设备控制器与处理机的接口 设备控制器与设备的接口 I/O逻辑
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设备控制器的组成
提高CPU和I/O设备的利用率 对I/O设备进行控制
为用户的共享设备时提供方便
确保对设备的正确共享 错误处理
2020/10/18
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6.1.2 I/O系统的层次和结构模型
I/O层次结构
用户层I/O软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序
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I/O层次结构
用户层软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序
共享型设备：多个进程对它的访问可以交叉进行， 除磁带机外的块设备属共享设备
虚拟设备：在一类设备上模拟另一类设备，常用共 享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备， 被模拟的设备称为虚拟设备
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2、设备与控制器之间的接口
通常，设备不是直接与CPU进行通信，而是与设备控制 器通信，因此在I/O设备中应含有与设备控制器间的接 口，在该接口中有三种类型的信号，各对应一条信号 线
1、I/O设备的类型 按使用特性分
存储设备：用以存储信息的主要设备 输入输出设备：输入设备,输出设备,交互式 设备
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I/O设备的分类
按传输速率分 低速设备：每秒几个到数百字节。如键盘、 鼠标 中速设备：每秒数千到数万字节。如打印机 高速设备：每秒数百K到数兆。如磁盘、磁带
2020/10/18
实现与用户交互的接 口，产生I/O请求
负责实现与设备驱动器的统一接口 、设备命名，设备的保护，设备的
分配与释放，缓冲等。
与硬件直接相关，负责具体实现系 统对设备发出的操作指令，驱动I/O
设备工作的驱动程序
硬件
保护环境，转入相应处理
执行I/O
程序，恢复现场等
操作
2020/10/18
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操作系统的I/O子系统通常由四个层次组成，每一层明确定义了与邻近层次 的接口。其合理的层次组织排列顺序是(2012)
11
按信息交换的单位分类
块设备 ： I/O传输的单位是块，如磁盘、磁 带。特征：速率高（几兆）、可寻址（可随 机访问任一块）、DMA方式驱动。
字符设备：I/O传输的单位是字节，如打印机、 modem等。特征：速率较低、不可寻址、中断 驱动。
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按设备共享属性分类
独占型设备：在任一段时间内最多有一个进程占用 它，字符设备及磁带机属独占型设备。即临界资源。
CPU与 控 制 器 接 口
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
Leabharlann Baidu
控制线
I/O逻 辑
… …
控制器与设备接口
控制器 与设备 接口1
是一个可编址设备，每一个地址对应一个设备。
设备控制器可分为两类，一类用于控制字符设 备的控制器，另一类是用于控制块设备的控制 器。
在微型机中的控制器，常做成印刷电路卡，因 而也常称为接口卡
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设备控制器的基本功能
接收和识别命令 数据交换 标识和报告设备的状态 地址识别 数据缓冲 差错控制
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设 备 缓冲 转换器
控制逻辑
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信号 数据
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6.2.2设备控制器
设备控制器主要负责控制一个或多个I/O设备， 以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。它 是CPU与I/O设备之间的接口，接收从CPU发来 的命令，并控制I/O设备工作，以使CPU从繁杂 的设备控制事务中解脱出来。
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设备管理的任务
是完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设 备，提高CPU与I/O设备的利用率，提高I/O 设备的速度，方便用户使用I/O设备。
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6.1.1I/O系统的基本功能
方便用户使用I/O设备
隐藏物理设备的细节 与设备的无关性
提高CPU和I/O设备的利用率
第6章 设备管理
“设备”泛指计算机系统中的外部设备，即除 主机以外的其他所有设备。在多道程序设计环 境下，计算机系统允许多个用户作业同时在内 存，它们的运行势必涉及到I/O设备。于是， 对于设备本身，有一个如何有效利用的问题； 对于设备和CPU，有一个如何发挥并行工作能 力的问题；对于设备和用户，有一个如何方便 使用的问题。
流设备接口
字符设备。特点：传输速率低，不可寻址，中断 驱动方式 Get操作和put操作 In-control指令
网络接口
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6.2 I/O设备和设备控制器
I/O设备由执行I/O操作的机械部分和 执行控制I/O的电子部件（设备控制器） 组成。
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6.2.1 I/O设备
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设 备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
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2、设备与控制器之间的接口
数据信号线 用于在设备和设备控制器之间传送数据信号。 控制信号线 作为由设备控制器向I/O设备发送控制信号时的通路。 状态信号线 用于传送指示设备当前状态的信号。
A、用户程序
B、系统调用处理程序
C、设备驱动程序
D、中断处理程序
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I/O层次视图
用户层软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序
硬件
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I/O系统接口 RW/HW接口
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6.1.3 I/O系统接口
块设备接口
块设备：数据的存取和传输都是以数据块为单位 的设备。特点：传输速率高，可寻址，DMA控制 方式 隐藏了磁盘的二维结构 将抽象命令映射为低层操作
用户程序发出磁盘I/O请求后，系统的处理流程是：用户程序-系统调用处 理程序-设备驱动程序-中断处理程序。其中，计算数据所在磁盘的柱面 号、磁头号、扇区号的程序是（2011,2013）
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设备控制器的组成
由于设备控制器位于CPU与设备之间，它既要 与CPU通信，又要与设备通信，还应具有按照 CPU所发来的命令去控制设备的工作的功能， 因此现有的大多数控制器都是由三部分组成
设备控制器与处理机的接口 设备控制器与设备的接口 I/O逻辑
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设备控制器的组成
提高CPU和I/O设备的利用率 对I/O设备进行控制
为用户的共享设备时提供方便
确保对设备的正确共享 错误处理
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6.1.2 I/O系统的层次和结构模型
I/O层次结构
用户层I/O软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序
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I/O层次结构
用户层软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序
共享型设备：多个进程对它的访问可以交叉进行， 除磁带机外的块设备属共享设备
虚拟设备：在一类设备上模拟另一类设备，常用共 享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备， 被模拟的设备称为虚拟设备
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2、设备与控制器之间的接口
通常，设备不是直接与CPU进行通信，而是与设备控制 器通信，因此在I/O设备中应含有与设备控制器间的接 口，在该接口中有三种类型的信号，各对应一条信号 线
1、I/O设备的类型 按使用特性分
存储设备：用以存储信息的主要设备 输入输出设备：输入设备,输出设备,交互式 设备
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I/O设备的分类
按传输速率分 低速设备：每秒几个到数百字节。如键盘、 鼠标 中速设备：每秒数千到数万字节。如打印机 高速设备：每秒数百K到数兆。如磁盘、磁带
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实现与用户交互的接 口，产生I/O请求
负责实现与设备驱动器的统一接口 、设备命名，设备的保护，设备的
分配与释放，缓冲等。
与硬件直接相关，负责具体实现系 统对设备发出的操作指令，驱动I/O
设备工作的驱动程序
硬件
保护环境，转入相应处理
执行I/O
程序，恢复现场等
操作
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操作系统的I/O子系统通常由四个层次组成，每一层明确定义了与邻近层次 的接口。其合理的层次组织排列顺序是(2012)
11
按信息交换的单位分类
块设备 ： I/O传输的单位是块，如磁盘、磁 带。特征：速率高（几兆）、可寻址（可随 机访问任一块）、DMA方式驱动。
字符设备：I/O传输的单位是字节，如打印机、 modem等。特征：速率较低、不可寻址、中断 驱动。
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按设备共享属性分类
独占型设备：在任一段时间内最多有一个进程占用 它，字符设备及磁带机属独占型设备。即临界资源。
CPU与 控 制 器 接 口
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
Leabharlann Baidu
控制线
I/O逻 辑
… …
控制器与设备接口
控制器 与设备 接口1
是一个可编址设备，每一个地址对应一个设备。
设备控制器可分为两类，一类用于控制字符设 备的控制器，另一类是用于控制块设备的控制 器。
在微型机中的控制器，常做成印刷电路卡，因 而也常称为接口卡
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设备控制器的基本功能
接收和识别命令 数据交换 标识和报告设备的状态 地址识别 数据缓冲 差错控制
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设 备 缓冲 转换器
控制逻辑
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信号 数据
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6.2.2设备控制器
设备控制器主要负责控制一个或多个I/O设备， 以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。它 是CPU与I/O设备之间的接口，接收从CPU发来 的命令，并控制I/O设备工作，以使CPU从繁杂 的设备控制事务中解脱出来。
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设备管理的任务
是完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设 备，提高CPU与I/O设备的利用率，提高I/O 设备的速度，方便用户使用I/O设备。
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6.1.1I/O系统的基本功能
方便用户使用I/O设备
隐藏物理设备的细节 与设备的无关性
提高CPU和I/O设备的利用率
第6章 设备管理
“设备”泛指计算机系统中的外部设备，即除 主机以外的其他所有设备。在多道程序设计环 境下，计算机系统允许多个用户作业同时在内 存，它们的运行势必涉及到I/O设备。于是， 对于设备本身，有一个如何有效利用的问题； 对于设备和CPU，有一个如何发挥并行工作能 力的问题；对于设备和用户，有一个如何方便 使用的问题。
流设备接口
字符设备。特点：传输速率低，不可寻址，中断 驱动方式 Get操作和put操作 In-control指令
网络接口
2020/10/18
8
6.2 I/O设备和设备控制器
I/O设备由执行I/O操作的机械部分和 执行控制I/O的电子部件（设备控制器） 组成。
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6.2.1 I/O设备
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设 备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
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2、设备与控制器之间的接口
数据信号线 用于在设备和设备控制器之间传送数据信号。 控制信号线 作为由设备控制器向I/O设备发送控制信号时的通路。 状态信号线 用于传送指示设备当前状态的信号。
A、用户程序
B、系统调用处理程序
C、设备驱动程序
D、中断处理程序
2020/10/18
6
I/O层次视图
用户层软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序
硬件
2020/10/18
I/O系统接口 RW/HW接口
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6.1.3 I/O系统接口
块设备接口
块设备：数据的存取和传输都是以数据块为单位 的设备。特点：传输速率高，可寻址，DMA控制 方式 隐藏了磁盘的二维结构 将抽象命令映射为低层操作