第七课设备管理 (Devices Management) 教学目的: 设备管理不但要管理实际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、ⅣO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
第七课 设备管理 (Devices Management) 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/0方式、中断方式、DMA方式和通道方式四种I/0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UNIX系统的缓冲技术。 了解在进行设备分配时应考虑的设备的固有属性、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SP0 LIng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
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UNIX系统的缓冲技术。 • 了解在进行设备分配时应考虑的设备的固有属性、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
(一)设备管理的概述 (1)IO系统的组成: 。微机JO系统 2。主机JO系统
（一）设备管理的概述 （1）I/O系统的组成： 1。微机I/O系统 图 2。主机I/O系统 图
A Typical Pc bus structure disk monitor processor cache graphics controller bridge/memory controller memory SCSI controller PCI bus iDE disk controller expansion bus interface keyboard expansion bi disk paralle serial rt port
A Typical PC Bus Structure
磁盘 CPU 该盘控制器 改盘控制器 改盘控制器 选择通道 存储器 磁带 磁带控制器 磁带控制器 磁带控制器 成组多路通道 LO通道 读卡机 打印机 终端 终端 控制器 控制器 控制器 字节多路通道 多总线多通道的系统组织
设备管理的概述-1 (2)设备的分类 I/0设备的种类繁多,从0S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 设备。典型的设备有磁带机、磁盘机、光盘机等
设备管理的概述-1 （2）设备的分类 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 设备。典型的设备有磁带机、磁盘机、光盘机等
设备的分类-1 2.按信息交换的单位分类 ·块设备( Block device):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/0采用 DMA方式。 ·字符设备( Character device):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/0常采用中断驱动方式
设备的分类-1 2．按信息交换的单位分类 • 块设备（Block Device）：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（Character Device）：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
设备的分类-2 3.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/0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 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(SP0 LIng技术)实现虚拟设备
设备的分类-2 3．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 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
(3)设备控制器 数据寄存器 设备 数据线 控制/ CPU 状态 寄存器 地址线 数据 控制线 I/0逻辑 控制器 与设备 状态 接口i 控制 中断 控制器 8259 设备控制器
(3)设备控制器 CPU 设备 数据 状态 控制 数据寄存器 控制/ 状态 寄存器 I/O逻辑 中断 控制器 8259 设备控制器 控制器 与设备 接口i 数据线 地址线 控制线
(4)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/0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/0操作 方式。这就要求用户操作的是简便的逻辑设备,而 具体的Ⅰ/0物理设备由操作系统去实现,这种性能常 常被称为设备的独立性
(4)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。这就要求用户操作的是简便的逻辑设备，而 具体的I/O物理设备由操作系统去实现，这种性能常 常被称为设备的独立性