输入输出设备管理

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1、计算机操作系统主讲:四川大学计算机学院杜忠军第八章设备管理(DevicesManagement)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。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工作原理。了解在进行设备分配时应考虑

2、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。本章的主要内容如下:输入/输出系统设备控制器输入/输出控制方式缓冲管理输入/输出软件设备分配与回收8.1输入输出系统8.1.1I/O系统1.大型机通道系统图8.1大型计算机组织结构图8.2通过网络共享系统之间的设备通道1控制器1控制器2通道2内存控制器3控制器4设备1设备2设备3设备48.1.1I/O系统-12.小型计算机和微型计算机总线系统图8.3

3、小型机总线的组织结构8.1.1I/O系统-21984年推出的工业标准结构ISA(IndustryStandardArchitecture)总线,其带宽为2Mb/s,适用于处理器为80286的计算机。1988年推出的扩展工业标准结构EISA(ExpansionIndustryStandardArchitecture)总线,带宽可以达到32Mb/s,适用于处理器为80386类的计算机。1990年,为了适应多媒体、高质量图形处理技术和网络应用,推出了适合处理器为80486类计算机的VESA(VideoElectronicStandardAssociation)总线,带宽增加到132

4、Mb/s。1992年,随着Pentium系列CPU的出现,单总线结构已经不能满足系统性能要求,推出了的具有全局总线和局部总线的PCI总线,如图8.4所示。8.1.1I/O系统-3图8.4通用计算机组织结构8.1.2设备分类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: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

5、备。典型的设备有磁带机、磁盘机、光盘机等。8.1.2设备分类-12.按信息交换的单位分类块设备(BlockDevice):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。字符设备(CharacterDevice):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

6、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。8.1.2设备分类-23.按资源分配的角度分类独占设备: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。共享设备:指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。显然,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

7、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。8.1.3设备管理的目标和功能1.设备管理的目标提高设备的利用率。为此,应尽量提高CPU与I/O设备之间的并行操作程度,主要利用的技术有:中断技术、DMA技术、通道技术、缓冲技术。为用户提供方便、统一的界面。所谓方便,是指用户能独立于具体设备的复杂物理特性之外而方便地使用设备。所谓统一,是指对不同的设备尽量使用统一的操作方式,例如各种字符设备用一种I/O操作方式。这就要求用

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