(设备管理)模块名称设备管理

1模块名称：设备管理

1.1 术语

1.块设备（block device）：块设备把信息存储在固定的块中，比如：磁盘。

2.字符设备（character device）：以字符为单位发送或接收一个字符流，不考虑任何块结构，

比如：打印机、鼠标等。

3.设备控制器（device controller）：该电子部件又称为适配器（adapter）。

4.前导码（preamble）

5.错误校正码（Error-Correcting Code ,ECC）

6.内存映射I/O（memory-mapped I/O）：每个控制寄存器被分配唯一的一个内存地址，并

且不会有内存被分配这一地址。

7.直接存储器存取（Direct Memory Access ,DMA）：可以独立于CPU而访问系统总线，它

包含一个内存地址寄存器、一个字节计数器和一个或多个控制寄存器。

8.周期窃取（cycle stealing）：在DMA使用总线期间，如果CPU也想使用总线，那么它

必须等待。

9.突发模式（burst mode）：DMA控制器通知设备获得总线，发起一连串的传送，然后释

放总线。

10.飞跃模式（fly-by mode）：DMA控制器通知设备控制器直接将数据传送到内存。

11.精确中断（precise interrupt）：将机器留在一个明确状态的中断。

12.不精确中断（imprecise interrupt）：不满足精确中断条件的中断。

13.设备独立性（device independence）：它的意思是指能编写出可以访问任意I/O设备的程

序，而事先无须指定设备。

14.统一命名（uniform naming）。

15.设备驱动程序（device driver）。

16.双缓冲（double buffering）。

17.假脱机（Spooling）：多道程序设计系统中处理独占I/O设备的一种方法。

18.集成驱动电子设备（Integrated Drive Electronics，IDE）。

19.逻辑块寻址（logica block addressing，LBA）。

20.独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disk）。

21.时钟滴答（clock tick）。

22.监视定时器（watchdog timer）：操作系统部分设置的定时器。

23.回显（echoing）：大多数软件在击键的时候什么也不显示，如果需要，完全由计算机中

的软件来显示字符，这一过程称为回显。

1.2 知识要点

1.2.1I/O硬件

1.2.1.1 I/O设备分类

1.2.1.1.1块设备

1.块设备把信息存储在块中，每个块有自己的地址。

2.块设备的基本特征是每个块能独立于其它块而读写。

3.磁盘是最典型的块设备。

1.2.1.1.2字符设备

1.字符设备是不可以寻址的，没有任何寻道操作。

2.打印机、网络接口、鼠标都是字符设备。

1.2.1.2 设备控制器

1.设备控制器的定义；

2.区别设备控制器与设备本身的意义；

3.控制器的任务：将串行的比特流转换成字节块并在需要的时候进行纠错。

4.控制器的工作方式。

1.2.1.3 内存映射I/O

1.每个控制器有若干个寄存器用来与CPU通信，许多设备还有一个操作系统可以读写的

数据缓冲区。

2.有两种方法使CPU与这些控制寄存器与数据缓冲区进行通信。

1)为每个寄存器分配一个I/O端口号；

2)将所有控制寄存器映射到内存空间中。

上述两种方法的优缺点：

1)内存映射I/O可以代码编写；

2)内存映射I/O不需要特殊的机制来阻止用户进程执行I/O操作；

3)如果只存在一个地址空间，那么所有的内存模块和I/O设备都必须检查所有的内存

引用，以便了解由谁作出响应。

1.2.1.4 直接存储器存取（DMA）

1.2.1.4.1DMA工作原理

1.直接存储访问的工作原理；

2.为了使控制器腾出时间供其数据传送到内存的技术——交叉编址。

1.2.1.4.2总线应答DMA的工作模式

1.字模式

2.块模式

3.字与块混合模式

4.突发模式

5.飞跃模式

1.2.1.5 重温中断

1.2.1.5.1中断实现机制

中断到来时，在开始服务程序之前，系统总是要保存一定的信息，保存的方式大概有以下三种：

1.将信息放在内部寄存器中（存在问题）；

2.使用当前堆栈（存在问题）；

3.使用内核堆栈（存在问题）；

1.2.1.5.2精确中断和不精确中断

精确中断的四个特征：

1.PC（程序计数器）保存在一个已知的地方；

2.PC所指向的指令之前的所有指令已经完全执行；

3.PC所指向的指令之后的所有的指令都没有执行；

4.PC所指向的指令的执行状态是已知的。

不满足上述特征的中断是不精确中断。

1.2.2I/O软件

1.2.2.1I/O软件原理

1.2.2.1.1I/O软件的目标

1.设备独立性

2.错误处理

3.同步（synchronous）（即阻塞）和异步（asynchronous）（即中断驱动）

4.缓冲（buffering）

1.2.2.1.2I/O控制方法

1.程序控制I/O（programmed I/O）

2.中断驱动I/O

3.使用DMA的I/O

1.2.2.2 I/O软件层次

I/O软件通常组织成以下四个层次。每一层具有一个要执行的定义明确的功能和一个与邻近层次定义明确的接口。

1.2.2.2.1中断处理程序

在中断发生时，操作系统会做一系列的工作。

1.2.2.2.2设备驱动程序

为了访问设备硬件，设备驱动程序通常是操作系统内核的一部分。设备驱动程序通常位于操作系统其余部分的下面。

设备驱动程序最明显的功能是接收来自其上方与设备无关的软件所发出的抽象的读写请求，并且目睹这些请求的执行。

1.2.2.2.3与设备无关的I/O软件

与设备无关的软件的基本功能是执行对所有公共设备的I/O功能，并且向用户层软件提供一个统一的接口。这些软件主要涉及到下面几个问题：