操作系统原理教程（第二版） -连卫民 第4章 设备管理.ppt

第4章 设备管理 4.1 设备管理概述 4.2 输入输出系统 4.3 设备分配与回收 4.4 设备处理 4.5 设备管理采用的技术 本章结束！ 4.1 设备管理概述 4.1.1 设备管理的主要任务 设备是指计算机系统中的外部设备，它包括外存、输入设备和输出设备（I/O设备）。外存的管理和使用，请参考文件管理一章。 设备管理的主要任务是完成用户提出的输入输出请求，为用户分配输入输出设备，提高CPU与输入输出设备的利用率，提高输入输出设备的速度，方便用户使用输入输出设备。 4.1 设备管理概述 4.1.2 设备管理的主要功能 1.缓冲管理 它是管理好各种类型的缓冲区，协调各类设备的工作速度，提高系统的使用效率。它通过单缓冲区、双缓冲区或缓冲池等机制来实现。 2.设备分配与回收 它是根据用户提出的输入输出请求，为其分配所需要的设备，用户使用完后，回收分配的设备。它通过设备控制表、控制器控制表、通道控制表和系统设备表记录设备的使用情况，实现设备的分配与回收。 4.1 设备管理概述 4.1.2 设备管理的主要功能 3.设备处理 它是实现CPU和设备控制器之间的通信。它通过相应的设备处理程序来实现。 4.虚拟设备 它是把每次只允许一个进程使用的物理设备，改造为能同时供多个进程共享的设备。 4.1 设备管理概述 4.1.3 设备的分类 1．按设备的从属关系分类 (1) 系统设备。系统设备是指操作系统生成时已经登记在操作系统中的标准设备，如键盘、显示器、打印机等。 (2) 用户设备。用户设备是指操作系统生成时未登记在操作系统中的非标准设备，如绘图仪、扫描仪等。 2．按操作特性分类 (1) 存储设备。存储设备是指用来存放信息的设备，如磁盘、磁带等。 (2) 输入输出设备。输入输出设备是指向CPU传输信息和输出加工处理信息的设备，如键盘、显示器、打印机等。 4.1 设备管理概述 4.1.3 设备的分类 3．按设备共享属性分类 (1) 独享设备。独享设备是指在一段时间内只允许一个进程访问的设备。系统一旦把这种设备分配给一个进程后，便由该进程独占，直到用完释放，其他进程才能使用。多数低速设备都属于此类设备，如打印机。 (2) 共享设备。共享设备是指在一段时间内允许多个进程访问的设备，如磁盘。 (3) 虚拟设备。虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个进程同时使用的设备，如虚拟打印机。 4.1 设备管理概述 4.1.3 设备的分类 4．按信息交换单位分类 (1) 块设备。块设备是指处理信息的基本单位是字符块。一般块的大小为512B～4KB，如磁盘、磁带等。 (2) 字符设备。字符设备是指处理信息的基本单位是字符，如键盘、显示器、打印机等。 4.2 输入输出系统 4.2.1 输入输出系统的结构 对于不同规模的计算机系统，其输入输出系统的结构也有差异。通常把输入输出系统的结构分成两大类：微机输入输出系统和主机输入输出系统。 1．微机输入输出系统 微机输入输出系统一般采用总线输入输出系统结构，如图4-1所示。 4.2 输入输出系统 4.2.1 输入输出系统的结构 1．微机输入输出系统 CPU和主存是直接连接到总线上的。输入输出设备是通过设备控制器连接到总线上。CPU并不直接与输入输出设备进行通信，而是与设备控制器进行通信，并通过它去控制相应的设备。因此，设备控制器是处理器和设备之间的接口。应根据设备的类型，给设备配置与之相应的控制器，如磁盘控制器、打印机控制器等。 4.2 输入输出系统 4.2.1 输入输出系统的结构 2．主机输入输出系统 当主机所配置的输入输出设备较多时，特别是配有较多的高速外设时，采用总线型输入输出系统结构会加重CPU与总线的负担。因此，在这样的输入输出系统中不宜采用单总线结构，而是增加一级输入输出通道，用来代替CPU与各设备控制器进行通信，实现对控制器的控制。具有通道的输入输出系统结构如图4-2所示。 4.2 输入输出系统 4.2.2 设备控制器 1．设备控制器的概念 设备控制器是CPU与外围设备之间的接口，是一个可编址设备，每一个地址对应一个设备。它接收从CPU发来的命令，并去控制输入输出设备的工作，使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来，提高CPU的使用效率。 设