计算机操作系统输入输出设备管理

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1、第五章设备管理5.1I/O系统5.2I/O控制方式5.3缓冲管理5.4设备分配5.5设备处理5.6磁盘存储器管理E-Mail:lchxu@163.comQQ:5313051571引言计算机系统的一个重要组成部分是I/O系统。在该系统中包括有用于实现信息输入、输出和存储功能的设备和相应的设备控制器，在有的大中型机中，还有I/O通道或I/O处理机。设备管理的主要对象是I/O设备，还可能要涉及到设备控制器和I/O通道。而设备管理的主要任务是完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率以及提高I/O设备的利用率。设备管理的主要功能有：

2、缓冲区管理、设备分配、设备处理、虚拟设备以及实现设备独立性等。由于I/O设备不仅种类繁多，而且它们的特点和操作方式往往相差甚大，这就使得设备管理成为操作系统最繁杂且与硬件最紧密相关的部分。25.1I/O系统顾名思义，I/O系统是用于实现数据输入、输出及数据存储的系统。在I/O系统中，除了需要直接用于I/O和存储信息的设备外，还需要有相应的设备控制器和高速总线；在有的大、中型计算机系统中，还配置了I/O通道或I/O处理机。本节将介绍：一、I/O设备二、设备控制器三、I/O通道四、总线结构3一、I/O设备1.I/O设备的类型2

3、.设备与控制器之间的接口41.I/O设备的类型I/O设备的类型繁多，从OS观点看，其重要的性能指标有：数据传输速率、数据的传输单位、设备共享属性等。因而可以从不同角度对它们进行分类：1)按传输速率分类2)按信息交换的单位分类3)按设备的共享属性分类51)按传输速率分类按传输速度的高低，可将I/O设备分为三类。第一类是低速设备这是指其传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备。属于低速设备的典型设备有键盘、鼠标器、语音的输入和输出等设备。第二类是中速设备这是指其传输速率在每秒钟数千个字节至数万个字节的一类设备。典型的中

4、速设备有行式打印机、激光打印机等。第三类是高速设备这是指其传输速率在数百千个字节至数十兆字节的一类设备。典型的高速设备有磁带机、磁盘机、光盘机等。62)按信息交换的单位分类按信息交换的单位，可将I/O设备分成两类。第一类是块设备(BlockDevice)这类设备用于存储信息。由于信息的存取总是以数据块为单位，故而得名。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其传输速率较高，通常每秒钟为几兆位；另一特征是可寻址，即对它可随机地读/写任一块；此外，磁盘设备的I/O常采用DMA

5、方式。第二类是字符设备(CharacterDevice)用于数据的输入和输出。其基本单位是字符，故称为字符设备。它属于无结构类型。字符设备的种类繁多，如交互式终端、打印机等。字符设备的基本特征是其传输速率较低，通常为几个字节至数千字节；另一特征是不可寻址，即输入/输出时不能指定数据的输入源地址及输出的目标地址；此外，字符设备在输入/输出时，通常采用终端驱动方式。73)按设备的共享属性分类这种分类方式可将I/O设备分为如下三类：(1)独占设备。(2)共享设备。(3)虚拟设备。82.设备与控制器之间的接口数据信号线控制信号线状

6、态信号线9二、设备控制器设备控制器是计算机中的一个实体，其主要职责是控制一个或多个(同类)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和I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备工作，以使处理机从繁杂的设备控制事务中解脱出来。设备控制器是一个可编址的设备，当它仅控制一个设备时，它只有一个唯一的设备地址；若控制器可连接多个设备时，则应含有多个设备地址，并使每一个设备地址对应一个设备。设备控制器的复杂性因不同设备而异，相差甚大，于是可把设备控制器分成两类：一类用于控制字符设备的控制器；

7、一类用于控制块设备的控制器。在微型机和小型机中的控制器，常做成印刷电路卡形式，因而也成接口卡，可将它插入计算机(插槽中)。本小节介绍：1、设备控制器的基本功能2、设备控制器的组成101、设备控制器的基本功能1)接收和识别命令2)数据交换3)标识和报告设备的状态4)地址识别5)数据缓冲6)差错控制112、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12三、I/O通道1、I/O通道(I/OChannel)设备的引入2、通道类型3、“瓶颈”问题131、I/O通道(I/OChannel)设备

8、的引入设备控制器虽然已大大减少CPU对I/O设备的干预，但当主机所配置的外设很多是，CPU的负担仍然很重。为此，在CPU和设备控制器之间有增设了通道。其主要目的是为了建立独立的I/O操作，不仅是数据的传输能独立于CPU，而且也希望有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理也尽量独立，以保证CPU有更多的时