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CH5 设备管理 设备管理具有以下功能 ????? ?缓冲区管理 ????? ?外围设备的分配????? ? ?外围设备驱动调度 ???????虚拟设备及其实现 ?设备中断处理 5.1 I/O系统(1) I/O系统：I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件的总称。 I/O操作：计算机的主存和外围设备的介质之间的信息传送操作。 1.I/O性能经常成为系统性能的瓶颈 (1)CPU性能不等于系统性能 响应时间也是一个重要因素 (2)CPU性能越高，与I/O差距越大 弥补：更多的进程 (3)进程切换多，系统开销大 2.操作系统庞大复杂的原因之一是：资源多、杂，并发，均来自I/O 外设种类繁多，结构各异 输入输出数据信号类型不同 速度差异很大 3.理解I/O的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键 4.与其他功能联系密切，特别是文件系统 1.按使用特性分 存储型设备 输入型设备（外设?主机） 输出型设备（主机?外设） 输入输出型设备（交互型设备） 2.按信息交换的单位分 块设备 以数据块为单位存储、传输信息 字符设备 以字符为单位存储、传输信息 3.按外部设备的从属关系分 系统设备 指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备 （如终端、打印机、磁盘机等） 用户设备 指在系统生成时，未登记在系统中的非标准设备。对于这类设备的处理程序由用户提供，并将其纳入系统，由系统代替用户实施管理。 （如A/D，D/A转换器，CAD所用专用设备） 4.按设备的共享属性分 1)独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备。（如打印机，磁带等） 2)共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。（如硬盘） 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设备 目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率 实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术 ——用硬盘模拟输入输出设备） 为解决独立设备数量少，速度慢，不能满足众多进程的要求，而且在进程独占设备期间，设备利用率比较低而提出的一种设备管理技术。 5.从程序使用角度分 逻辑设备 物理设备 6.按数据传输率分 高速设备 低速设备 2.设备与控制器之间的接口 操作系统基本上与控制器打交道，而非设备本身。 多数PC的CPU和控制器之间的通信采用单总线模型，CPU直接控制设备控制器进行I/O； p145 5.1.2设备控制器 I/O设备包括一个机械部件和一个电子部件。为了达到设计的模块性和通用性，一般将其分开。 电子部件称为设备控制器或适配器，在PC中，它常常是插入主板扩充槽的印刷电路板； 机械部件则是设备本身。 设备控制器 设备的I/O地址分配由控制器上的总线解码逻辑完成。 控制器通过中断通知CPU已经做好准备，寄存器可以读写。 设备控制器 OS通过向控制器寄存器写命令字来执行I/O功能。 控制器接受一条命令后，CPU可以转向其它工作，而设备控制器自行完成具体的I/O操作。 当命令执行完毕后，控制器发出一个中断信号，以便OS重新获得CPU的控制权并检查执行结果。 设备控制器 设备控制器是CPU和设备之间的一个接口,它接收从CPU发来的命令,控制I/O设备操作,实现主存和设备之间的数据传输。 设备控制器是一个可编址设备,当它连接多台设备时,则应具有多个设备地址。 设备控制器功能 设备控制器的基本功能: ①接收和识别CPU或通道发来的命令; ②实现数据交换,包括设备和控制器间的数据传输; ③发现和记录设备及自身的状态信息,供CPU处理使用; ④设备地址识别。 ⑤数据缓冲 ⑥差错控制 2.设备控制器组成部分: 命令寄存器及译码器, 数据寄存器, 状态寄存器, 地址译码器, 用于对设备操作进行控制的I/O逻辑。 5.1.4总线技术 新一代计算机出现，带来了总线技术的更新 1.总线的基本概念： 在计算机系统内各种子系统，如CPU、内存、I/O设备等之间构建公用的信号或数据传输通道，这种可共享连接的传输通道称为总线。 USB（Universal Serial Bus）通用串行总线，是一种连接I/O串行设备的技术标准 冲破了计算机技术发展的两个历史局限性： （1）由于I/O设备的接口标准的不一致和有限的接口数量已无法满足各种应用迫切需要 （2）传统的I/O设备的接口无法满足实时数据传输与多媒体应用的需