OUC操作系统第五章设备管理精品PPT课件
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操作系统课件os05设备管理
1 设备占用
2 设备分配
当设备被一个进程占用时， 其他进程无法使用该设备。
分配设备前需要检查设备 是否可用，并记录设备的 使用信息。
3 设备释放
释放设备后需要将设备的 使用信息清除，以便其他 进程使用。
中断服务例程
异常中断
系统调用
定时中断
处理硬件设备异常、程序错误等 导致的中断，保证系统的稳定性。
设备性能
平衡系统各种资源，提高系统的 性能。
设备可扩展性
具有良好的可扩展性，方便系统 升级和扩展。
设备管理和硬件之间的交互
设备控制器
设备控制器是管理设备的硬件， 具有与设备交互的特定接口。
设备管理程序
设备管理程序通过设备控制器 与硬件交互，控制设备的分配 和释放。
设备驱动程序
设备驱动程序是设备与操作系 统交互的软件接口，控制设备 的输入输出和状态。
提供进程与操作系统交互的接口， 例如文件读写、内存管理等，方 便进程使用系统资源。
定期产生中断，执行时间片轮转， 保证各进程公平占用C同一 设备，以免出现进程饥饿。
设备打包
将多个同类型设备打包起来， 允许一次申请多个设备，减 少系统开销。
设备分组
根据进程使用设备的特点， 将设备分组，提高设备的利 用率。
操作系统课件os05设备管 理
本课件涵盖操作系统设备管理的全部内容，包括设备分类、资源分配和驱动 程序的实现，以及中断处理和性能优化等。
设备分类及介绍
输入设备
键盘、鼠标、触控板
存储设备
硬盘、光驱、闪存卡
输出设备
打印机、显示器、投影仪
通信设备
网卡、调制解调器、无线电
设备管理的目标
设备可靠性
操作系统设备管理培训教材(PPT79页).pptx
(b)
Operating System
9.6 Kb/s
中断CPU 的频率降 低为 9.6Kb/8
8位缓冲寄存器
2021/1/10
送内存
4
缓冲的引入 9.6 Kb/s
(c)
8位缓冲寄存器
每 800s 中断一 次CPU
提高CPU和I/O设备之间的并行性
❖ 提高系统的吞吐量和设备的利用率
Operating System
2021/1/10
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循环缓冲
G6
Nexti R 1
2R
类型： R:空缓冲；G：满缓冲；C：当前缓冲
Nexti R 1
G6
2R
G5
3G
4
Nextg
G
G5
3C
4 G
Nextg
current
Operating System
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循环缓冲
循环缓冲区的使用
❖ Getbuf过程
➢ 为计算进程和输入进程提供缓冲区，并移动指针
循环缓冲的组成
❖ 多个缓冲区 ➢ 用于装输入数据的空缓冲区R ➢ 已装满数据的满缓冲区G ➢ 计算进程正在使用的现行工作缓冲区C
❖ 多个指针 ➢ 指示计算进程下一可用缓冲区Nextg ➢ 指示输入进程下一可用空缓冲区Nexti ➢ 指示计算进程正在使用的缓冲区Current
Operating System
Operating System
2021/1/10
1
第五章 设备管理
I/O系统 I/O控制方式
缓冲管理
设备分配 设备处理 磁盘存储器管理
Operating System
2021/1/10
《操作系统》PPT电子课件教案-第五章 设备管理
第五章 设 备 管
４. IOQB(I/O Quest Block)是描述一个特定I/O请求的数据结 构，由逻辑Ｉ／Ｏ系统构造并传递给设备驱动程序执行。一 般说来，IOQB · ｏｐｃｏｄｅ 请求的Ｉ／Ｏ操作代码，如“读”、 “写”。
· ｄｅｖｉｄ
· ｂｕｆｐ · ｓｉｚｅ
· ｍａｄｄｒ
· ｐｉｄ · ｓｅｎｄｅｒ
· 每个设备驱动程序都作为一个过程被调用者所调用。
第五章 设 备 管
３. 独立于设备的服务软件 （１）接受用户进程使用系统调用命令发来的Ｉ／Ｏ请求。
（４）管理I/O缓冲，负责缓冲区与用户内存区之间的数据传输。
（５）实现逻辑设备到物理设备以及设备驱动程序之间的映射。
（７）接受设备驱动程序的回答，并向用户进程回送I/O请求的 （８）负责必要的出错处理。
在不同的系统中，设备驱动程序的运行方式有所不同，
· 整个系统仅建立一个设备驱动进程，统一负责所有设备 的驱动工作。或者为块设备和字符设备各建立一个设备驱动 进程，分别负责所有块设备和所有字符设备的驱动工作。
· 为每一类设备建立一个设备驱动进程，它负责该设备类
· 为每台设备建立一个设备驱动进程，它们分别负责专门 设备的驱动工作。同类设备的各驱动进程共享该类设备的设
（１）空闲队列（free队列）：系统初始时，池中的所有缓
冲区都处于free队列，由专用指针FREE指向队首，各缓冲区由
首部中的指针iobufp （２）设备缓冲队列（dev队列）：每台块设备都可拥有一 个供其使用的dev队列，并由其DCB中的缓冲队列指针指出队 首。 一缓冲区一旦分配给某台设备， 便加入到相应的dev队列
第五章设备管理图58访盘时间组成第五章设备管理82磁盘调度策略先来先服务fcfs算法图59fcfs寻道模式第五章设备管理最短寻道时间优先sstf算法图510sstf寻道模式第五章设备管理扫描scan算法图511scan导道模式第五章设备管理83软盘驱动程序图512软盘驱动程序的基本组成第五章设备管理1主控程序它以循环方式不断地读取消息
第五章设备管理ppt课件
第五章 设备管理
总线系统
计算机操作系统
总线型I/O系统的结构
处理机与I/O设备之间的基本连接都是通过总线实现的。 即处总理线机类连型接：在IS总A线、上EI，S与A、设V备ES无A关、。PC设I备、则AG根P据需要连 接在相应的总线上，可多可少，结构和安装均十分灵活
处理机
内存
I/O设备 I/O设备 I/O设备 I/O设备 I/O设备
向I/O控制器 发读命令
CPU→I/O CPU做其它事
读I/O控制器
中断
的状态
I/O→CPU
检查 状态？
就绪 从I/O控制 器中读字
出错 I/O→CPU
向内存 中写字
CPU→内存
未完
传送
完成？
完成
下条指令
(b) 中断驱动方式
计算机操作系统 第五章 设备管理
5.2.3 直接存储器访问DMA I/O控制方式
设备不直接与CPU传通送信指，示而设是备通当过前设状备控制器通信。 设备与设备控制器间的设接备口控如态制图的器：信向号I/O设
备发送控制信号用
第五章 设备管理
5.1.2 设备控制器
分类 控制块设备的控制器 控制字符设备的控制器
计算机操作系统
第五章 设备管理
5.1.2 设备控制器
基本功能 1) 接收和识别命令 2) 数据交换 3) 标识和报告设备的状态 4) 地址识别 5) 数据缓冲 6) 差错控制
第五章 设备管理
计算机操作系统
第五章 设备管理
第五章 设备管理
计算机操作系统
5.0 设备管理的功能
缓冲区管理 设备分配 设备处理 虚拟设备 设备独立性
计算机操作系统 第五章 设备管理
2024版《操作系统第五章》ppt课件[1]
![2024版《操作系统第五章》ppt课件[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/846806f4970590c69ec3d5bbfd0a79563c1ed4de.png)
《操作系统第五章》ppt课件•第五章概述•进程管理•内存管理•文件系统目•设备管理•现代操作系统新技术展望录CATALOGUE 第五章概述内容进程的概念、状态和转换进程控制块（PCB）的作用和内容进程队列和调度算法进程同步与通信机制目标010204掌握进程的基本概念和管理方法理解进程状态及其转换过程了解进程控制块的作用和内容熟悉进程队列和调度算法的原理和实现030102进程（Process）进程状态（Proces…进程控制块（Proce…进程队列（Proces…调度算法（Schedu…030405关键概念与术语CATALOGUE 进程管理进程概念及特征进程定义进程特征进程状态与转换进程状态进程转换进程控制块PCB PCB作用PCB内容进程同步与通信进程同步主要任务是对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
进程通信指进程之间的信息交换。
进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。
为了保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。
但是进程之间的信息交换又是必须实现的。
CATALOGUE 内存管理内存基本概念及原理内存定义01内存原理02内存分类03单一连续分配固定分区分配动态分区分配基本原理分页存储管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面或页，并为各页加以编号。
相应地，也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为(物理)块或页框(frame)，也同样为它们加以编号。
要点一要点二地址结构分页存储管理的逻辑地址由页号和页内地址两部分组成。
内存分配在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。
要点三基本原理分段存储管理方式是按照用户进程中的自然段划分逻辑空间。
例如，用户进程由主程序、两个子程序、符号表、栈和一组数据组成，于是可以把这个用户进程划分为5个段，每一段的起始地址由用户给出。
操作系统课件第5章 设备管理1
6.5 设备分配
1 设备分配中的数据结构 2 设备分配的策略/应考虑的因素 3 SPOOLING技术
6.5 设备分配
1 设备分配中的数据结构
设备控制表DCT(device control table) 系统设备表SDT(system device table) 控制器控制表COCT(controller control table) 通 道 控 制 表 CHCT （ channel control table ）
用程序直接控制方式 。
特点：控制简单，但CPU 的利用率低。CPU忙等待-即轮询（Polling）问题。
向I/O控制器发读命令
读I/O控制器状态
否
设备是否
“准备就绪”
是
从I/O控制器读一个字
向存储器写一个字
否 传送完成 是
执行下一条指令
6.2 I/O 控制方式
2 中断驱动I/O方式：
1) 进程向CPU发出读指令。 2) 该进程放弃CPU，进入等待状态。 3) 输入完成后，I/O控制器向CPU发
6.1 I/O 系统
你知道哪些I/O设备？ 你知道什么是I/O控制器吗？
是处于CPU与I/O设备之间的接口，接收和 识别CPU发来的命令，实现数据交换、了解 设备状态以及识别设备地址，控制I/O设备 工作，是一个可编址设备。
6.1 I/O 系统
1 I/O设备的类型 2 设备控制器的组成 3 I/O系统结构
SDT 表目1 …… 表目i ……
设备类型 设备标识符 DCT指针 驱动程序入口
……
COCT 控制器标识符 控制器状态：忙/闲
CHCT指针 控制器等待队列指针
……
DCT DCT1 …… DCTi ……
操作系统第五章第一节精品PPT课件
➢ 高速设备 ✓ 每秒数百K至数十M字节
✓ 磁盘机、磁带机、光盘机等
Operating System
2021/2/1
6
I/O设备
I/O设备的类型 ❖ 按信息交换的单位分类 ➢ 块设备(Block Device) ✓ 信息的存取总是以数据块为单位 ✓ 可寻址 ✓ 磁盘，每个盘块的大小为512 B~4 KB ➢ 字符设备(Character Device) ✓ 基本单位是字符 ✓ 不可寻址 ✓ 交互式终端、打印机
Operating System
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设备控制器
基本功能
❖ 接收和识别命令
➢ 应有控制寄存器存放接受的命令和参数，并对其译码
❖ 数据交换
➢ 实现CPU与控制器、控制器与设备之间的数据交换，需 设置数据寄存器
❖ 标识和报告设备的状态：需设置状态寄存器 ❖ 地址识别
➢ 识别所控制的设备，需设置地址译码器
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设备控制器
设备控制器的组成
CPU与控制器接口
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
控制线
控制器与设备接口
控制器 与设备 接口1
数据 状态 控制
… …
I/O逻辑
控制器 与设备 接口i
数据 状态 控制
Operating System
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I/O系统
I/O设备 设备控制器 I/O通道 总线系统
Operating System
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设备控制器
设备控制器的组成
❖ 设备控制器与处理机的接口
➢ 实现CPU与设备控制器之间通信 ➢ 三类信号线
✓ 磁盘机、磁带机、光盘机等
Operating System
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I/O设备
I/O设备的类型 ❖ 按信息交换的单位分类 ➢ 块设备(Block Device) ✓ 信息的存取总是以数据块为单位 ✓ 可寻址 ✓ 磁盘，每个盘块的大小为512 B~4 KB ➢ 字符设备(Character Device) ✓ 基本单位是字符 ✓ 不可寻址 ✓ 交互式终端、打印机
Operating System
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设备控制器
基本功能
❖ 接收和识别命令
➢ 应有控制寄存器存放接受的命令和参数，并对其译码
❖ 数据交换
➢ 实现CPU与控制器、控制器与设备之间的数据交换，需 设置数据寄存器
❖ 标识和报告设备的状态：需设置状态寄存器 ❖ 地址识别
➢ 识别所控制的设备，需设置地址译码器
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设备控制器
设备控制器的组成
CPU与控制器接口
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
控制线
控制器与设备接口
控制器 与设备 接口1
数据 状态 控制
… …
I/O逻辑
控制器 与设备 接口i
数据 状态 控制
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I/O系统
I/O设备 设备控制器 I/O通道 总线系统
Operating System
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设备控制器
设备控制器的组成
❖ 设备控制器与处理机的接口
➢ 实现CPU与设备控制器之间通信 ➢ 三类信号线
操作系统-第5章-设备管理PPT课件
命名；保护；阻塞；缓冲； 分配
建立设备寄存器；检查状态
中断处理程序 当I/O结束时，唤醒驱动程序
硬件
执行I/O操作
19
5.3 具有通道的I/O系统管理
5.3.1 通道命令和通道程序 5.3.2 I/O指令和主机I/O程序 5.3.3 通道启动和I/O操作过程
20
5.3.1 通道命令和通道程序(1)
6
5.1.2 I/O控制方式
四种I/O方式: (1)轮询方式 (2)中断方式 (3)DMA方式 (4)通道方式
7
5.1.2 I/O控制方式
8
1.轮询方式
9
2.中断方式
中断（Interrupt） 是指CPU暂时中止 现行程序，转去处 理随机发生的紧急 事件，处理完后自 动返回原程序的功 能和技术。
传送字节个数
• 命令码 规定设备所执行的操作（数据传输类、通道转移类、设备控制类）。
• 数据主存地址 数据传输类，规定所访问数据的起始位置；通道转移类，规定转移地址。
• 标志码 定义通道程序的链接方式或标志通道命令的特点。
• 传送字节个数 数据传输类，规定本次交换的字节个数；通道转移类，填一个非0数。
10
2.中断方式
11
3.DMA方式
直接存储器访问（Direct Memory Address）DMA方式 是为了在主存储器与I／O设备间高速交换批量数据而 设置的。
基本思想是：通过硬件控制实现主存与I／O设备间的 直接数据传送，在传送过程中无需CPU的干预。数据传 送是在DMA控制器控制下进行的，
14
5Байду номын сангаас1.3 设备控制器
• 设备控制器是CPU和设备之间的一个接口,它接收 从CPU发来的命令,控制I/O设备操作,实现主存和 设备之间的数据传输
建立设备寄存器；检查状态
中断处理程序 当I/O结束时，唤醒驱动程序
硬件
执行I/O操作
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5.3 具有通道的I/O系统管理
5.3.1 通道命令和通道程序 5.3.2 I/O指令和主机I/O程序 5.3.3 通道启动和I/O操作过程
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5.3.1 通道命令和通道程序(1)
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5.1.2 I/O控制方式
四种I/O方式: (1)轮询方式 (2)中断方式 (3)DMA方式 (4)通道方式
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5.1.2 I/O控制方式
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1.轮询方式
9
2.中断方式
中断（Interrupt） 是指CPU暂时中止 现行程序，转去处 理随机发生的紧急 事件，处理完后自 动返回原程序的功 能和技术。
传送字节个数
• 命令码 规定设备所执行的操作（数据传输类、通道转移类、设备控制类）。
• 数据主存地址 数据传输类，规定所访问数据的起始位置；通道转移类，规定转移地址。
• 标志码 定义通道程序的链接方式或标志通道命令的特点。
• 传送字节个数 数据传输类，规定本次交换的字节个数；通道转移类，填一个非0数。
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2.中断方式
11
3.DMA方式
直接存储器访问（Direct Memory Address）DMA方式 是为了在主存储器与I／O设备间高速交换批量数据而 设置的。
基本思想是：通过硬件控制实现主存与I／O设备间的 直接数据传送，在传送过程中无需CPU的干预。数据传 送是在DMA控制器控制下进行的，
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5Байду номын сангаас1.3 设备控制器
• 设备控制器是CPU和设备之间的一个接口,它接收 从CPU发来的命令,控制I/O设备操作,实现主存和 设备之间的数据传输
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② 共享设备：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
③ 虚拟设备：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
6
2. 设备与控制器之间的接口 • 通常，I/O设备并不是直接与CPU进行通
17
② 设备控制器与设备的接口 • 在一个设备控制器上，可以连接一个或多 个设备 • 相应地，在控制器中便有一个或多个设备 接口，一个接口连接一台设备 • 在每个接口中都存在数据、控制和状态三 种类型的信号 • 控制器中的I/O逻辑根据CPU发来的地址信 号去选择一个设备接口
• 输出设备：打印机、绘图仪、显示器、数字视 频显示设备、音响输出设备等。
• 交互式设备：集成上述两类设备，利用输入设 备接收用户命令，通过输出设备显示执行的结 果
3
② 按传输速率分类
① 低速设备：传输速率仅为每秒钟几个字节至 数百个字节 • 键盘、鼠标器、语音的输入和输出等
② 中速设备：传输速率在每秒钟数千个字节至 数十万个字节 • 行式打印机、 激光打印机等
作、写操作，或移动磁头等操作 ③ 状态信号线 • 用于传送设备当前状态的信号 • 设备的当前状态有正在读/写；设备已读/
写完成，并准备好新的数据传送
10
3. 设备控制器
• 设备控制器的基本功能
① 接收和识别命令
• CPU向控制器发送多种不同的命令，设备控制 器应能接收并识别这些命令。
• 为此，在控制器中应具有相应的控制寄存器， 用来控制 • 设备控制器兼管对由I/O设备传送来的数据 进行差错检测。 • 若发现传送中出现了错误，便向CPU报告， 然后CPU将本次传送来的数据作废，并重 新进行一次传送。 • 这样，便可保证数据输入的正确性
16
• 设备控制器的组成
① 设备控制器与处理机的接口 • 用于实现CPU与设备控制器之间的通信。 共有三类信号线: 数据线、地址线、控制线 • 数据线通常与两类寄存器相连接 ①数据寄存器 – 用于存放从设备送来的数据(输入)或 从CPU送来的数据(输出)； ② 控制/状态寄存器 – 用于存放从CPU送来的控制信息或设 备的状态信息
数据，通常先送入缓冲器中，当数据量达 到一定的比特(字符)数后，再从缓冲器通 过一组数据信号线传送给设备控制器。 • 对输出设备而言，将从设备控制器经过数 据信号线传送来的一批数据先暂存于缓冲 器中，经转换后再逐个字符地输出。
9
② 控制信号线 • 是设备控制器向I/O设备发送控制信号时
的通路 • 信号规定了设备将要执行的操作，如读操
③ 高速设备：传输速率在数百个千字节至千兆 字节 • 磁盘机、光盘机等
4
③ 按信息交换的单位分类
① 块设备：用于存储信息
• 由于信息的存取总是以数据块为单位，故 而得名
• 属于有结构设备。典型的块设备是磁盘， 每个盘块的大小为512 B～4 KB
• 基本特征：速率高，可寻址，DMA方式 ② 字符设备：用于数据的输入和输出。
第五章 设备管理
5.1 I/O系统 5.2 I/O控制方式 5.3 缓冲管理 5.4 设备分配 5.5 设备处理 5.6 磁盘存储器的管理
1
5.1 I/O系统
1. I/O设备的类型 • I/O设备的类型繁多，从OS观点看，其重
要的性能指标有:
① 设备使用特性 ② 数据传输速率 ③ 数据的传输单位 ④ 设备共享属性 ……
• 因而，可以从不同角度对它们进行分类
2
① 按设备的使用特性分类
1. 存储设备：也称外存或后备存储器、辅助存 储器。
• 该类设备存取速度较内存慢，但容量比内存大 得多，相对价格也便宜
2. 输入/输出设备：分为输入设备、输出设备和 交互式设备。
• 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、视频摄像、 各类传感器等。
• 例如，磁盘控制器可以接收CPU发来的Read、 Write、Format等15条不同的命令，而且有些 命令还带有参数；
• 相应地，在磁盘控制器中有多个寄存器和命令 译码器等
11
② 数据交换 • 指实现CPU与控制器之间、控制器与设备 之间的数据交换。 • 对于前者，是通过数据总线，由CPU并行 地把数据写入控制器，或从控制器中并行 地读出数据； • 对于后者，是设备将数据输入到控制器， 或从控制器传送给设备。 • 为此，在控制器中须设置数据寄存器
信，而是与设备控制器通信 • 在I/O设备中含有与设备控制器的接口，
在该接口中有三种类型的信号，各对应一 条信号线
7
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
设备与控制器之间的接口
8
① 数据信号线 • 用于设备和设备控制器之间传送数据信号。 • 对输入设备而言，外界输入的信号转换成
14
⑤ 数据缓冲 • 由于I/O设备的速率较低而CPU和内存的速 率很高，故在控制器中必须设置一缓冲器。 • 在输出时，用此缓冲器暂存由主机高速传 来的数据，然后才以I/O设备所具有的速率 将缓冲器中的数据传送给I/O设备； • 在输入时，缓冲器则用于暂存从I/O设备送 来的数据，待接收到一批数据后，再将缓 冲器中的数据高速地传送给主机
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③ 标识和报告设备的状态 • 控制器应记下设备的状态供CPU了解 • 例如，仅当设备处于发送就绪状态时， CPU才能启动控制器从设备中读出数据 • 为此，在控制器中应设置一状态寄存器， 用其中的每一位来反映设备的某一种状态 • 当CPU将该寄存器的内容读入后，便可了 解该设备的状态
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④ 地址识别 • 就像内存中的每一个单元都有一个地址一 样，系统中的每一个设备也都有一个地址， 而设备控制器又必须能够识别它所控制的 每个设备的地址。 • 此外，为使CPU能向(或从)寄存器中写入 (或读出)数据，这些寄存器都应具有唯一的 地址 • 控制器应能正确识别这些地址。为此，在 控制器中应配置地址译码器
• 基本单位是字符，故称为字符设备。 • 属于无结构类型。 • 基本特征：速率低，不可寻址，中断驱动
方式
5
④ 按设备的共享属性分类
① 独占设备：指在一段时间内只允许一个进程 访问的设备，即临界资源
• 系统一旦把这类设备分配给了某进程后， 便由该进程独占，直至用完释放
• 注意：独占设备的分配有可能引起进程死 锁
• 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
③ 虚拟设备：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
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2. 设备与控制器之间的接口 • 通常，I/O设备并不是直接与CPU进行通
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② 设备控制器与设备的接口 • 在一个设备控制器上，可以连接一个或多 个设备 • 相应地，在控制器中便有一个或多个设备 接口，一个接口连接一台设备 • 在每个接口中都存在数据、控制和状态三 种类型的信号 • 控制器中的I/O逻辑根据CPU发来的地址信 号去选择一个设备接口
• 输出设备：打印机、绘图仪、显示器、数字视 频显示设备、音响输出设备等。
• 交互式设备：集成上述两类设备，利用输入设 备接收用户命令，通过输出设备显示执行的结 果
3
② 按传输速率分类
① 低速设备：传输速率仅为每秒钟几个字节至 数百个字节 • 键盘、鼠标器、语音的输入和输出等
② 中速设备：传输速率在每秒钟数千个字节至 数十万个字节 • 行式打印机、 激光打印机等
作、写操作，或移动磁头等操作 ③ 状态信号线 • 用于传送设备当前状态的信号 • 设备的当前状态有正在读/写；设备已读/
写完成，并准备好新的数据传送
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3. 设备控制器
• 设备控制器的基本功能
① 接收和识别命令
• CPU向控制器发送多种不同的命令，设备控制 器应能接收并识别这些命令。
• 为此，在控制器中应具有相应的控制寄存器， 用来控制 • 设备控制器兼管对由I/O设备传送来的数据 进行差错检测。 • 若发现传送中出现了错误，便向CPU报告， 然后CPU将本次传送来的数据作废，并重 新进行一次传送。 • 这样，便可保证数据输入的正确性
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• 设备控制器的组成
① 设备控制器与处理机的接口 • 用于实现CPU与设备控制器之间的通信。 共有三类信号线: 数据线、地址线、控制线 • 数据线通常与两类寄存器相连接 ①数据寄存器 – 用于存放从设备送来的数据(输入)或 从CPU送来的数据(输出)； ② 控制/状态寄存器 – 用于存放从CPU送来的控制信息或设 备的状态信息
数据，通常先送入缓冲器中，当数据量达 到一定的比特(字符)数后，再从缓冲器通 过一组数据信号线传送给设备控制器。 • 对输出设备而言，将从设备控制器经过数 据信号线传送来的一批数据先暂存于缓冲 器中，经转换后再逐个字符地输出。
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② 控制信号线 • 是设备控制器向I/O设备发送控制信号时
的通路 • 信号规定了设备将要执行的操作，如读操
③ 高速设备：传输速率在数百个千字节至千兆 字节 • 磁盘机、光盘机等
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③ 按信息交换的单位分类
① 块设备：用于存储信息
• 由于信息的存取总是以数据块为单位，故 而得名
• 属于有结构设备。典型的块设备是磁盘， 每个盘块的大小为512 B～4 KB
• 基本特征：速率高，可寻址，DMA方式 ② 字符设备：用于数据的输入和输出。
第五章 设备管理
5.1 I/O系统 5.2 I/O控制方式 5.3 缓冲管理 5.4 设备分配 5.5 设备处理 5.6 磁盘存储器的管理
1
5.1 I/O系统
1. I/O设备的类型 • I/O设备的类型繁多，从OS观点看，其重
要的性能指标有:
① 设备使用特性 ② 数据传输速率 ③ 数据的传输单位 ④ 设备共享属性 ……
• 因而，可以从不同角度对它们进行分类
2
① 按设备的使用特性分类
1. 存储设备：也称外存或后备存储器、辅助存 储器。
• 该类设备存取速度较内存慢，但容量比内存大 得多，相对价格也便宜
2. 输入/输出设备：分为输入设备、输出设备和 交互式设备。
• 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、视频摄像、 各类传感器等。
• 例如，磁盘控制器可以接收CPU发来的Read、 Write、Format等15条不同的命令，而且有些 命令还带有参数；
• 相应地，在磁盘控制器中有多个寄存器和命令 译码器等
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② 数据交换 • 指实现CPU与控制器之间、控制器与设备 之间的数据交换。 • 对于前者，是通过数据总线，由CPU并行 地把数据写入控制器，或从控制器中并行 地读出数据； • 对于后者，是设备将数据输入到控制器， 或从控制器传送给设备。 • 为此，在控制器中须设置数据寄存器
信，而是与设备控制器通信 • 在I/O设备中含有与设备控制器的接口，
在该接口中有三种类型的信号，各对应一 条信号线
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至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
设备与控制器之间的接口
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① 数据信号线 • 用于设备和设备控制器之间传送数据信号。 • 对输入设备而言，外界输入的信号转换成
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⑤ 数据缓冲 • 由于I/O设备的速率较低而CPU和内存的速 率很高，故在控制器中必须设置一缓冲器。 • 在输出时，用此缓冲器暂存由主机高速传 来的数据，然后才以I/O设备所具有的速率 将缓冲器中的数据传送给I/O设备； • 在输入时，缓冲器则用于暂存从I/O设备送 来的数据，待接收到一批数据后，再将缓 冲器中的数据高速地传送给主机
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③ 标识和报告设备的状态 • 控制器应记下设备的状态供CPU了解 • 例如，仅当设备处于发送就绪状态时， CPU才能启动控制器从设备中读出数据 • 为此，在控制器中应设置一状态寄存器， 用其中的每一位来反映设备的某一种状态 • 当CPU将该寄存器的内容读入后，便可了 解该设备的状态
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④ 地址识别 • 就像内存中的每一个单元都有一个地址一 样，系统中的每一个设备也都有一个地址， 而设备控制器又必须能够识别它所控制的 每个设备的地址。 • 此外，为使CPU能向(或从)寄存器中写入 (或读出)数据，这些寄存器都应具有唯一的 地址 • 控制器应能正确识别这些地址。为此，在 控制器中应配置地址译码器
• 基本单位是字符，故称为字符设备。 • 属于无结构类型。 • 基本特征：速率低，不可寻址，中断驱动
方式
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④ 按设备的共享属性分类
① 独占设备：指在一段时间内只允许一个进程 访问的设备，即临界资源
• 系统一旦把这类设备分配给了某进程后， 便由该进程独占，直至用完释放
• 注意：独占设备的分配有可能引起进程死 锁