第七章设备管理

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7.1 I/O系统的组成
7.1.2 I/O设备
2、按信息交换的单位分类
❖块设备（Block Device）： 指以数据块为单位来组织和传送数据信息的设备。这类设备用于存储信
息，有磁盘和磁带等。它属于有结构设备。典型的块设备是磁盘，每个盘块 的大小为512B～4KB，磁盘设备的基本特征是：①传输速率较高，通常每秒 钟为几兆位；②它是可寻址的，即可随机地读/写任意一块；③磁盘设备的 I/O采用DMA方式。
设备管理是操作系统中最繁杂而且与硬件紧密相关的部分。
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教学要求
❖ 了解设备的分类，熟悉设备管理的目标和功能。 ❖ 熟悉程序I/O方式、中断方式、DMA方式和通道方式四种
I/O的控制方式；掌握通道的概念，熟悉通道类型。 ❖ 熟悉缓冲的概念，熟悉单缓冲、双缓冲和多缓冲和缓冲池
指传输速率为每秒钟几个字节到数百个字节的设备。典型的设备有键盘、 鼠标、语音的输入等； ❖中速设备
指传输速率在每秒钟数千个字节至数十千个字节的设备。典型的设备有行 式打印机、激光打印机等； ❖高速设备
指传输速率在数百千个字节至数兆字节的设备。典型的设备有磁带机、磁 盘机、光盘机等。
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设备与控制器之间是通过三种类型的数据相联系的。 ❖数据信号：用于设备控制器与设备之间的数据传输。
❖控制信号：由设备控制器发送给设备，控制设备的动作。
❖状态信号：指用于指示设备的当前状态。
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7.1 I/O系统的组成
7.1.3 设备控制器
设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口。它是一个可编址设备。分为两大 类：控制字符设备的控制器和控制块设备的控制器。 一、设备控制器的功能
工作原理，了解UNIX系统的缓冲技术。 ❖ 了解在进行设备分配时应考虑的设备的固有属性、设备的
分配算法、设备分配的安全性和设备的独立性等因素；掌 握设备分配中数据结构，熟悉设备分配的流程；掌握 SPOOLing技术概念和SPOOLing系统的组成。 ❖ 熟悉设备处理程序的功能和处理方式，熟悉设备处理程序 的处理过程
1、接收和识别命令：能接受和识别由CPU发来的命令。设备控制器应有相应的 控制寄存器，用来存放接收的命令和参数，并对其进行译码。 2、数据交换：指实现CPU与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换。 设备控制器应有相应的数据寄存器。 3、设备状态的了解和报告：设备控制器应有相应的状态寄存器。用来反映设 备的当前状态。
❖字符设备（Character Device）： 指以单个字符为单位来传送数据信息的设备。这类设备一般用于数据
的输入和输出，有交互式终端、打印机等。它属于无结构设备。字符设备的 基本特征是：①传输速率较低；②不可寻址，即不能指定输入时的源地址或 输出时的目标地址；③字符设备的I／O常采用中断驱动方式。
❖共享设备：指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。共享设备必须 是可寻址的和可随机访问的设备。典型的共享设备是磁盘。共享设备不仅可 以获得良好的设备利用率，而且是实现文件系统和数据库系统的物质基础。
❖虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户（进 程）共享的逻辑设备。一般可以利用假脱机技术（SPOOLing技术）实现虚拟 设备。 二、设备与控制器之间的接口
4、地址识别：每个设备都应有自己的设备地址。由于一个设备控制器可能控 制多台设备，故设备控制器应有相应的地址译码器。
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7.1 I/O系统的组成
7.1.3 设备控制器
二、设备控制器的组成 1、设备控制器与处理机的接口 2、设备控制器与设备的接口 3、I/O逻辑
CPU与控制器接口
接口。
磁盘驱动器
打印机
CPU
存储器
磁盘 控制器
打印机 …… 其他
控制器
控制器
总线型I/O系统结构
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7.1 I/O系统的组成
7.1.1 I/O系统的结构
二、主机I/O系统
因为配置的I/O设备较多，若用一条总线直接与CPU通讯，会使总线 和CPU的负担太重。因此增加一级I/O通道，以替代CPU与各设备控制器进行 通信，实现对它们的控制。
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第七章 设备管理
(Devices Management)教学目的
设备管理不但要管理实际I/O操作的设备（如磁盘机、打印 机），还要管理诸如设备控制器、DMA控制器、中断控制器、 I/O处理机（通道）等支持设备。设备管理包括各种设备分配、 缓冲区管理和实际物理I／O设备操作，通过管理达到提高设备 利用率和方便用户。
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7.1 I/O系统的组成
7.1.1 I/O系统的结构
I/O系统的结构可以分成两大类：微机I/O系统和主机I/O系统
一、微机I/O系统
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微机I/O系统多采用总线I/O系统结构。CPU 与内存直接连接到总线上。
而I/O设备则通过设备控制器连接到总线上。设备控制器是处理机和设备之间的
I/O通道共分为4级：
设
控制器
备
I/O通道1 计 算 机
I/O通道2
控制器
设
备
控制器
控制器
具有通道的I/O系统结构
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7.1 I/O系统的组成
7.1.2 I/O设备
一、 I/O设备的类型 I/O设备的种类繁多，从OS观点来看，其重要的性能指标有：数据传输速
率、数据的传输单位、设备的共享属性等。 1．按传输速率分类 ❖低速设备
控制器与设备接口
数据线
数据寄存器
控制器 与设备 接口1
地址线 控制线
控制/状态 寄存器
I/O逻辑
… …
控制器 与设备 接口i
数据 状态 控制
数据 状态 控制
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7.1 I/O系统的组成
7.1.4 I/O通道
一、通道设备的引入
主要目的：为了建立独立的I/O操作。
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7.1 I/O系统的组成
7.1.2 I/O设备(end1/2 10/10)
3、按资源分配的角度分类（或按共享属性）
❖独占设备：指在一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备，大多数 低速的I/O设备，如用户终端、打印机等属于这类设备。因为独占设备属于 临界资源，所以多个并发进程必须互斥地进行访问。