《操作系统》课件-第5章设备管理

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1、第5章设备管理设备管理是指计算机系统对除CPU和内存之外的所有输入输出设备的管理，是操作系统的主要功能之一，相应地，完成该功能的模块称为设备管理子系统。设备管理的目的是方便用户使用设备，实现某些设备的共享，提高设备的利用率；实现外围设备和其他计算机部件之间的并行操作，充分发挥计算机系统的并行性，进一步提高系统效率；防止用户错误地使用外围设备，从而提高外围设备和系统的可靠性和安全性。本章要点：设备管理的分类；I/O控制方式；缓冲管理；设备分配；设备处理；时钟管理；5.1设备管理的分类现代计算机系统的设备发展异常迅速，从早期的的纸带机、穿孔机、键式打印机、磁鼓、磁带等

2、，到目前计算机系统的常用设备有显示器、键盘、鼠标器、打印机、磁盘、光盘等，再到激光打印机、数字化仪、绘图仪、声频视频设备、网络设备和办公设备。这些设备的发展，导致了设备控制技术的同步发展，也导致了操作系统输入输出技术的同步发展。设备的概念也发生了变化，它既指进行实际输入输出操作的物理设备，也指控制这些设备并进行I/O操作的支持设备和支持部件，如设备控制器、中断控制器、DMA控制器等，也指为提高设备利用率，采用某种I/O技术形成的逻辑设备和虚拟设备。5.1.1设备的分类当前计算机系统所配置的外部设备种类繁多，特性多种多样，可以按照不同的角度将他们分成不同的类别。1．

3、按照设备的功能分类这种分类方法可以将设备分为输入设备、输出设备、存储设备、供电设备、网络联网设备等，输入设备是将数据、图片、图像、声音送入计算机的设备，如键盘、数字化仪、扫描仪等。输出设备是将计算机处理加工后的数据显示、印制、再生出来的设备，如显示器、打印机等。存储设备指能够进行数据和信息暂时或者长久性存储的设备，如磁盘、磁带、光盘等。供电设备指向计算机提供电力能源、电池后备的部件与设备，如开关电源、联机UPS等。网络联网设备指进行网络互连所需的设备和能够直接连接上网的设备，如路由器、调制解调器、智能集线器、交换机等。有的设备既是输入设备又是输出设备，如计算机终端

4、。随着信息处理的普及，又将上述大多数设备称为信息设备。2．按照处理信息的方式分类这种分类方法可以将设备分为块设备(BlockDevice)和字符设备(CharacterDevice)。块设备是以数据块为单位组织和传送数据，如磁盘、磁带等。它将数据存储在定长块中，每个数据块都有自己的地址，块的大小与设备和操作系统有关，一般在128～1024字节之间。块设备的基本特性是能够单独地读写每一个数据块，所读写的块与其他别的数据块无关。字符设备是以字符为单位组织和传送数据，如显示终端、打印机等。它传送或接收一连串字符，数据组织不考虑块结构，也不能单独寻址。3．按照设备的资源属

5、性分类这种分类方法可以将设备分为独占设备、共享设备和虚拟设备等。独占设备(ExclusiveDevice)是指在用户作业或进程运行期间为该用户所独占，只有等它用完，才能让别的用户和进程使用，如终端、打印机等。共享设备(SharingDevice)是指被多个用户或进程交替共用的设备，从宏观上看，好像多个用户同时在使用，如磁盘等随机存储设备。虚拟设备(VirtualDevice)是指具有将一种物理设备模拟成另一种设备的能力。在用户进行输入输出操作时，所使用的设备并不一定是用户所指定的设备，系统用另一种设备代替了用户指定的设备，即系统采用虚拟技术，将某个独占设备改进为多

6、用户共享的设备，以提高资源利用率。例如，采用假脱机技术，将磁盘的一部分作为公共缓冲区以代替打印机，用户对打印的操作实际上是对磁盘的存储操作，然后，再逐个从磁盘上取出打印，使慢速的独占打印机变成了可共享的快速打印机。设备之所以有独占和共享之分，是因为设备的物理性质各不相同。例如磁盘设备，其空间是以信息的存取单位直接编址(如磁盘中的一个盘区)，可以直接对一个存取单位进行存取，所以可以共享分配。这类设备又称为直接存取设备。而打印机、磁带机等，不能以存取单位(如一行)直接编址，只能进行顺序存取，故这类设备又称顺序存取设备，通常以设备为单位进行分配。物理设备只有独享设备与共

7、享设备之分。但是利用虚拟设备的概念，通过某种I/O技术，能使独享设备像共享设备那样使用。4．按照设备的管理模式分类这种分类方法可以将设备分为物理设备和逻辑设备。物理设备(PhysicalDevice)指计算机系统硬件配置的实际设备，这些设备在操作系统内具有一个唯一的符号名称，系统可以按照这个名称对相应的设备进行物理操作。逻辑设备(LogicalDevice)是指一种在逻辑意义上存在的设备，在未加以定义前，它不代表任何硬件设备和实际设备。逻辑设备是系统提供的，它也是独立于物理设备而进行输入输出操作的一种“虚设备”。5.1.2设备管理的任务由于设备数量众多，类型复杂，

8、计算机与I