操作系统-第九章设备管理.pptx

第九章设备管理9.1引言9.1.1设备的类别存储设备输入／输出设备终端设备脱机设备磁带 软盘磁盘 硬盘其他（磁鼓，光盘等）键盘打印机显示器图形输入／输出设备图像输入／输出设备绘图机音声输入／输出设备网络通信板其他 会话型通用终端 批处理型 智能终端专用终端虚终端外部设备图9.1按使用特性对外部设备的分类

IO设备的分类按数据传输率分类低速设备：键盘、鼠标等数据传输率在每秒几个到几百字节范围。中速设备：针式、激光打印机等数据传输率在每秒数千字节到万字节的范围。高速设备：磁盘、光盘等

而磁盘、磁带等以字符块为单位组织和处理信息的设备被称为块设备。3124UNIX系统就把外部设备画分为:字符设备和块设备。键盘、终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备被称为字符设备；

按共享属性划分设备类型独占设备一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备；如打印机、磁带机等顺序设备；作为系统资源，也称为临界资源；在多个进程并发运行的系统中，应互斥的访问该类资源。使用方式：申请，使用，使用…，使用，释放。共享设备一段时间内可以允许多个用户（进程）访问的设备；如磁盘可随机访问的随机设备；使用方式：使用，使用，…，使用。虚拟设备通过虚拟技术将独占设备变换成可以共享的逻辑设备，供多个进程同时访问。－spooling技术

9.1.2设备管理的功能和任务任务分配设备外设与CPU交换数据提供用户和设备之间的接口实现设备与设备、设备与CPU的并行操作

将进程对设备的要求转达给设备管理程序分配设备给请求进程，并使未满足设备要求的进程阻塞等待。实现设备与设备、设备与CPU的并行操作进行缓冲区管能

设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送，本节介绍常用数据传送控制方式。9.2数据传送控制方式01数据传送速度足够高，能满足用户的需要但又不丢失数据；系统开销小，所需的处理控制程序少；能充分发挥硬件资源的能力，使得I/O设备尽量忙，而CPU等待时间少。选择和衡量控制方式有如下几条原则：02

IO操作由程序发起处理器定期轮询IO设备的状态直到处理完毕有点：简单，易于实现缺点：耗费大量的时间在设备状态的查询上，严重降低系统性能程序直接控制方式(CPU与IO无并行)12

1、硬件连接方式I/O控制器1I/O控制器nI/O设备1I/O设备n……CPU数据线地址线控制线内存Start……启动位状态位控制状态寄存器：信号线图程序直接控制方式数据缓冲寄存器

发送IO请求01读取IO状态02检查IO状态03进行IO传输，读取数据04将数据写入内存05没有就绪，进行轮询06CPU-IO07IO-CPU08出错处理09IO-CPU10CPU-内存11程序控制IO(主机询问外设)

9.2.2I/O中断方式(CPU与IO按字节并行)1、硬件连接方式I/O控制器1I/O控制器nI/O设备1I/O设备n……CPU数据线地址线控制线Int内存Start……启动位中断位控制状态寄存器：信号线图9.3中断控制方式的传送结构数据缓冲寄存器

发送IO请求读取IO状态检查IO状态进行IO传输，读取数据将数据写入内存CPU-IOIO-CPU出错处理CPU转去执行其他任务IO中断中断处理是核心就绪中断驱动IO(外设请求主机)

外设进行数据处理的时候，CPU不必等待，从而提高了CPU的使用率能处理异常，提供系统调用优点缺点CPU每次处理的数据量比较少（通常不超过几个字节=数据缓冲寄存器的大小）中断IO的优点

9.2.3DMA方式(CPU与IO按块并行)DMA技术直接访问存储器DMA控制器控制内存与IO设备之间的数据传输系统总线上引入新的独立控制单元-DMA控制器010203

1、硬件连接方式I/O设备DMA控制器CPU内存数据IntStart中断位启动位……控制状态寄存器数据缓冲寄存器传送字节数计数器内存地址寄存器图9.5DMA方式的传送结构

DMA控制过程

通道引入由通道控制器处理IO01有自己专用的内存器02可执行由通道指令组成的通道程序03可进行较为复杂的IO控制04通道控制方式(CPU与IO并行)

1、硬件连接方式CPU内存字节多路通道数组多路通道选择通道I/O控制器I/O控制器I/O控制器终端终端终端I/O控制器磁带I/O控制器磁带I/O控制器磁带I/O控制器磁带图9.7通道方式的数据传送结构

2、通道工作方式为了摆脱繁杂的I/O工作，一旦有输入输出任务，CPU下达给通道，通道通过执行通道程序，独