计算机操作系统--设备管理
操作系统复习5_设备管理
第五章 设备管理设备管理的对象是：I/O 设备为主，包括设备控制器和I/O 通道；设备管理的基本任务是：完成用户I/O 请求、提高I/O 速度及提高I/O 设备利用率； 设备管理的主要功能是：缓冲区管理、设备分配 、设备处理、虚拟设备及设备独立性。
5.1 I/O 系统5.1.2 设备控制器－CPU 和I/O 设备的接口，解脱CPU ；可编址，含有多个设备地址，以连接多个设备。
1. 设备控制器的基本功能1) 接收和识别命令：接收CPU 命令存放于控制寄存器；命令译码 2) 数据交换： CPU(总线)<-->控制器(数据寄存器)<-->设备； 3) 标识和报告设备的状态：供CPU 了解；状态寄存器； 4) 地址识别：设备和寄存器地址；地址译码器5) 数据缓冲：用缓冲器暂存来自CPU 和I/O 设备的数据；6) 差错控制：对I/O 数据差错检测，并向CPU 报告，错误重发。
2. 设备控制器的组成1).设备控制器与处理机的接口—通信线路(三类)：数据线、控制线和地址线,数据线连接数据寄存器和控制/状态寄存器；2).设备控制器与设备的接口—连接多个设备，每个接口有数据、状态和控制三种信号； 3).I/O 逻辑—根据CPU 发来信号对设备控制。
CPU 启动设备时，将I/O 启动命令和地址分别通过数据线和地址线发送给控制器，由I/O 逻辑对地址进行译码，再根据所译出的命令对相应设备进行控制。
图 5-2 设备控制器的组成5.1.3 I/O 通道1.I/O 通道(I/O Channel)设备的引入数据寄存器控制/状态寄存器数据线I/O 逻辑…控制器与设备接口1控制器与设备接口i数据状态控制数据状态控制…地址线控制线CPU 与控制器接口控制器与设备接口虽然设备控制器能减少CPU 对I/O 的干预，但当外设很多时，CPU 负担仍很重。
为建立更独立的I/O 操作，在CPU 和控制器之间又增设了通道，其目的是将CPU 从繁杂的I/O 任务解脱出来。
计算机操作系统原理
计算机操作系统原理计算机操作系统是计算机系统中的核心软件之一，它负责管理和控制计算机硬件资源的分配和使用。
了解计算机操作系统的原理对于学习和理解计算机系统的工作方式至关重要。
本文将介绍计算机操作系统的基本原理，并详细列出步骤。
1. 操作系统概述：- 定义：操作系统是一种软件，用于管理和控制计算机系统中的硬件资源。
- 作用：提供用户与计算机系统之间的接口，协调和管理硬件和软件资源，为应用程序提供便捷的运行环境。
2. 操作系统的组成：- 内核：操作系统的核心部分，负责管理和控制计算机系统的各种硬件资源。
- Shell：操作系统与用户之间的接口，用户可以通过命令行或图形化界面与操作系统进行交互。
- 文件系统：用于存储和管理计算机系统中的文件和目录。
- 进程管理：负责协调和管理系统中的各个进程，包括进程的创建、调度、通信和终止等。
- 内存管理：负责管理计算机系统中的主存储器，包括内存的分配和释放、虚拟内存的管理等。
- 文件系统：负责管理计算机系统中的文件和目录，包括文件的创建、读写、删除等操作。
- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，包括输入输出设备和存储设备等。
3. 操作系统的基本原理：- 多道程序设计：操作系统能够在同一时间内并发执行多个程序，提高计算机系统的利用率和响应速度。
- 中断机制：操作系统通过中断机制来响应和处理外部设备的请求和异常情况。
- 内存管理：操作系统负责管理计算机系统中的主存储器，包括内存的分配和释放、虚拟内存的管理等。
- 进程管理：操作系统负责协调和管理系统中的各个进程，包括进程的创建、调度、通信和终止等。
- 设备管理：操作系统负责管理计算机系统中的各种设备，包括输入输出设备和存储设备等。
4. 操作系统的工作步骤：- 引导：计算机启动时，操作系统首先被加载到内存中，通过引导程序启动操作系统。
- 初始化：操作系统启动后会对计算机系统的各个硬件进行初始化，并建立系统数据结构。
操作系统基本概念
操作系统基本概念操作系统是指计算机系统中的核心软件，它是一组管理计算机硬件与软件资源、控制程序运行、提供用户接口、实现文件管理和网络通信等功能的程序集合。
操作系统的基本概念主要包括四个方面：进程管理、存储管理、文件系统和设备管理。
1.进程管理：进程是指正在运行的程序的实例，它是计算机系统中最基本的运行单位。
操作系统通过进程管理来控制和分配计算机系统中的资源。
进程管理包括进程的创建与撤销、进程状态的转换（就绪、运行、等待）、进程调度和进程间通信等。
进程调度是操作系统的核心功能之一，它决定了计算机系统中各个进程的运行顺序和调度策略。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、最高优先级优先（PRIORITY）和时间片轮转（RR）等。
2.存储管理：存储管理是操作系统管理计算机的内存资源，它主要包括内存分配与回收、地址映射和内存保护等。
操作系统通过存储管理来实现程序的加载和运行、保护不同进程的内存空间和实现虚拟内存等功能。
内存分配与回收是存储管理的核心功能之一，它负责为不同的进程分配内存空间，以满足程序的运行需求。
常见的内存分配算法包括首次适应算法（FFA）、最佳适应算法（BFA）和最坏适应算法（WFA）等。
地址映射是操作系统将逻辑地址转换为物理地址的过程，它涉及到页表、分段表等数据结构来实现。
通过地址映射，操作系统能够为进程提供一致性的内存访问，实现虚拟内存等功能。
3.文件系统：文件系统是操作系统管理计算机存储设备上的文件和目录的方法，它通过文件、目录和文件操作来为用户管理和存储数据。
文件系统还提供了对文件的共享、保护和存取控制等功能。
常见的文件系统包括FAT、NTFS（Windows操作系统）、EXT2/3/4（Linux操作系统）等。
文件系统通过将文件组织为目录树的结构，方便用户对文件进行管理和存取。
文件操作是文件系统的核心功能之一，包括文件的创建、删除、读取和写入等。
文件系统通过文件操作接口提供给用户对文件的操作和访问。
计算机操作系统中的设备管理和驱动程序
计算机操作系统中的设备管理和驱动程序计算机操作系统中的设备管理和驱动程序是一项重要的任务，它们扮演着连接硬件设备和操作系统之间的桥梁角色。
设备管理负责分配和监控计算机系统的各种硬件资源，而驱动程序则负责向操作系统提供对特定硬件设备的控制和访问。
一、设备管理设备管理是计算机操作系统中的一个关键功能，它主要包括设备的分配、调度和监控。
设备管理的目标是高效地利用计算机系统的各种硬件资源，以满足用户的需求。
1. 设备分配设备分配是指将计算机系统的各种硬件设备分配给不同的任务和进程使用。
在多任务操作系统中，设备管理需要根据任务的需求和优先级来分配设备资源。
例如，如果一个任务需要使用打印机，设备管理会分配一台可用的打印机给该任务，并确保其他任务在需要时能够顺利使用打印机资源。
2. 设备调度设备调度是设备管理的一个重要任务，它负责决定各个任务对设备资源的访问顺序以及如何处理设备请求的冲突问题。
设备调度算法可以基于多种策略，例如先来先服务、最短作业优先或者优先级调度等。
通过合理的设备调度策略，可以提高计算机系统对设备资源的利用率和响应速度。
3. 设备监控设备监控是设备管理的重要组成部分，它负责监控计算机系统中各种设备的状态和运行情况。
通过设备监控，操作系统能够实时了解设备的可用性、工作状态以及错误信息，并及时采取相应的措施，例如重新分配设备资源或者提醒用户进行维护。
二、驱动程序驱动程序是计算机操作系统中的一个关键组件，它负责向操作系统提供对具体硬件设备的控制和访问能力。
每个硬件设备都需要有相应的驱动程序才能够被操作系统正确地识别和访问。
1. 驱动程序的功能驱动程序的主要功能是提供对硬件设备的底层控制和访问接口。
它通过操作硬件设备的寄存器、端口或者内存映射等方式与硬件进行通信。
驱动程序负责解析和执行与硬件设备相关的指令，并将相应的结果返回给操作系统。
2. 驱动程序的分类驱动程序可以按照硬件设备的类型进行分类。
常见的硬件设备包括显示器、键盘、鼠标、打印机、硬盘等。
操作系统的概念和功能
操作系统的概念和功能操作系统是计算机系统中最基本的软件之一，它是计算机硬件和应用程序之间的桥梁，负责管理和控制计算机硬件资源，并为应用程序提供运行环境。
操作系统具备多种功能，包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户接口等方面。
一、概念操作系统是一种系统软件，它是计算机系统中最基本的软件之一、它位于计算机系统的最底层，是应用程序与计算机硬件之间的桥梁。
操作系统通过管理和控制计算机硬件资源，为应用程序提供运行环境，使计算机能够高效、可靠地运行。
二、功能1.进程管理：操作系统可以创建、调度和终止进程。
进程是指正在运行的程序的实例。
操作系统负责分配计算机资源给进程，并决定何时执行哪个进程。
它还负责进程间的通信和同步。
2.内存管理：操作系统负责管理计算机的内存。
它将可用的内存空间分配给进程，并处理内存的分配和释放。
操作系统还负责虚拟内存的管理，将内存的部分内容存储在硬盘上，以满足进程的需要。
3.文件管理：操作系统负责管理计算机上的文件和目录。
它提供了访问文件和目录的接口，允许应用程序打开、读取、写入和关闭文件。
操作系统还负责文件的存储和组织，以及文件的保护和安全。
4.设备管理：操作系统负责管理计算机的硬件设备。
它控制设备的启动和关闭，以及设备的输入和输出。
操作系统还提供了设备驱动程序的接口，使设备能够和应用程序进行通信。
5.用户接口：操作系统提供了用户与计算机系统之间的接口。
它可以是命令行界面，用户通过输入命令来控制计算机；也可以是图形用户界面，用户通过鼠标和键盘与计算机进行交互。
操作系统还提供了系统调用和应用程序接口，使应用程序能够利用系统的功能。
6.安全性和保护：操作系统负责保护计算机系统的安全和稳定。
它以多种方式防止未经授权的访问和恶意软件的运行。
操作系统还提供了用户认证和权限管理，以确保只有经过授权的用户才能访问系统资源。
7.故障处理和恢复：操作系统能够检测和处理硬件故障和系统错误。
它可以通过重启系统或自动恢复机制来恢复系统的正常运行。
计算机操作系统第五章设备管理复习资料
第五章设备管理（一）简答题1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。
以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。
如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
（2）减少中断CPU的次数。
例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。
在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。
2、引入缓冲的主要原因是什么？P155【解】引入缓冲的主要原因是：●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制●提高CPU和I/O设备之间的并行性。
3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。
答：引入缓冲的主要原因：（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。
（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。
4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。
解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。
什么是计算机操作系统它的主要功能是什么
什么是计算机操作系统它的主要功能是什么计算机操作系统是一种软件，它负责管理和协调计算机硬件和软件资源，为用户提供方便、高效的计算环境。
计算机操作系统的主要功能包括文件管理、内存管理、进程管理、设备管理和用户接口等。
一、文件管理计算机操作系统通过文件管理功能来管理计算机中的各种文件。
文件管理的主要任务包括创建、删除、修改、查找和存储文件等。
操作系统通过文件系统来组织和存储文件，使得用户可以方便地访问和管理文件。
文件管理还包括文件权限控制、文件保护和文件共享等功能，确保文件的安全性和可靠性。
二、内存管理内存管理是操作系统的核心功能之一，它负责管理计算机的内存资源。
操作系统通过内存管理功能来分配和回收内存空间，为不同的程序和进程提供运行所需的内存空间。
内存管理还包括内存保护、内存共享和虚拟内存等功能，提高内存的利用效率和系统的性能。
三、进程管理进程管理是操作系统的重要功能之一，它负责管理和控制计算机中的进程。
操作系统通过进程管理功能来创建、调度、终止和同步进程，确保计算机系统中各个进程的正常运行。
进程管理还包括进程通信、进程调度和进程资源分配等功能，提高系统的并发性和响应性。
四、设备管理设备管理是操作系统的功能之一，它负责管理和控制计算机中的各种硬件设备。
操作系统通过设备管理功能来分配和控制设备资源，为进程和用户提供访问设备的接口和服务。
设备管理还包括设备驱动程序的开发和设备的故障处理等功能，提高设备的利用效率和系统的可靠性。
五、用户接口用户接口是操作系统的界面，它负责用户和操作系统之间的交互。
操作系统通过用户接口来接收和处理用户的请求，向用户提供操作系统的功能和服务。
用户接口可以有命令行界面、图形用户界面和Web 界面等形式，使得用户可以方便地操作和管理计算机系统。
综上所述，计算机操作系统是一种管理和协调计算机资源的软件，它的主要功能包括文件管理、内存管理、进程管理、设备管理和用户接口等。
操作系统的功能的实现，不仅为用户提供了方便和高效的计算环境，而且保证了计算机系统的安全性、可靠性和性能。
计算机系统管理操作规程与设备管理
计算机系统管理操作规程与设备管理一、引言计算机系统在现代工作环境中扮演着重要角色，其稳定和高效运行对企业的正常运作至关重要。
为了确保计算机系统的良好管理和设备的有效维护，制定一套操作规程和设备管理措施是必不可少的。
本文将详细介绍计算机系统管理操作规程以及设备管理的重要性和具体要求。
二、计算机系统管理操作规程1. 规范开机和关机程序为确保计算机系统的正常运行，开机和关机的程序应按照以下步骤进行：(1) 开机前检查电源、显示器、键盘等设备是否正常连接；(2) 按照指定顺序开启计算机系统；(3) 关机前先关闭所有运行的程序和文件，确保数据保存完整；(4) 按照规定的步骤关闭计算机系统。
2. 确保系统安全(1) 定期更新和安装系统和应用程序的安全补丁；(2) 安装安全防护软件，并定期更新病毒库；(3) 设置强密码，并定期更换密码；(4) 禁止非授权人员访问和更改系统设置。
3. 数据备份与恢复(1) 定期备份重要数据，并将备份文件储存在安全的地方；(2) 定期测试备份文件的有效性，确保能够正常恢复数据；(3) 灾难恢复计划，针对系统故障或灾难情况，建立有效的恢复计划。
4. 用户权限管理(1) 限制用户账号的权限，确保只有合适的人员可以进行特定操作；(2) 管理和审查用户账号，及时注销离职员工的账号；(3) 实施强制访问控制，只允许授权用户访问敏感信息。
三、设备管理1. 设备分类和登记(1) 将所有计算机设备进行分类，包括服务器、个人电脑、打印机等；(2) 编制设备登记册，记录设备的基本信息，包括设备型号、序列号、购买日期等；(3) 定期检查设备状态，清理设备内部灰尘，确保设备良好运行。
2. 设备维护与保养(1) 建立设备维护计划，包括定期清洁设备外壳、更换耗材、检查设备温度等；(2) 对于设备故障，及时维修或更换；(3) 提供合适的设备保养指南给用户，教育用户正确使用设备。
3. 设备报废与更新(1) 对于老旧设备，建立报废程序，包括设备清理、数据安全处理等；(2) 定期评估设备的性能和使用情况，制定合理的设备更新计划；(3) 对于设备更新，确保与系统要求兼容，同时进行测试和数据迁移。
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设备与CPU或内存的数据交互
传送方式
程序直接控制 中断控制 DMA控制 通道控制 评价指标 速度快、数据不丢失、系统开销小
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程序直接控制
由用户进程直接控制内存与外部设备的数据传输 当用户进程需要数据时，它通过CPU发送“设备
启动命令”，用户进程进入测试等待状态; 在等待时间内CPU不断用一条测试指令检查设备
由于这种方式是依靠测试设备的状态寄存器 的状态位来控制数据的传输，所以，无法发 现和处理由于设备或其他硬件所产生的错误。
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7.2.2 中断方式
与程序直接方式不同，它是 1.当进程要求数据时，由CPU发出START命令，启动外设
准备数据。同时中断允许位打开。 2. 现运行进程放弃CPU，等待输入完成。进程调度程序
I/O设备 用来向计算机输入和输出信息的设备，如 键盘、鼠标、显示器、打印机等
2
7.1.1 外部设备分类
按系统和用戶分：系统、用戶
按输入输出传送方式分(UNIX或Linux系统)： 字符型设备、块设备
按资源特点分：独享设备、共享设备、虚拟 设备
按设备硬件物理特性分：顺序存取设备、直 接存取设备
选择一个新的进程在CPU上运行。 3. 当数据从相应的设备送到缓冲区后，由I/O控制器发
中断请求，CPU接到请求后，中断现运行进程，转中断 处理程序执行数据传输。 4. 在以后某个时刻，被中断进程由于获得了数据而继续 运行。
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中断方式的特点
1. 由于I/O控制器的数据缓冲寄存器比较小，装满数据 后发生中断，因此一次数据传输中会造成多次中 断，消耗大量的CPU时间。
3
按输入输出传送方式分
字符型设备：以字符为单位进行输入、输出 的设备。每输入或输出一个字符就中断一次 主机CPU，请求进行处理。所以又称慢速字符 设备。
块设备：以字符块为单位进行输入、输出的 设备。例如：硬盘。
4
按资源特点分
独享设备：所有字符设备都是独享设备。在一个用户 作业未完成或退出之前，此设备不能分配给其他作业 用。
第七章 设备管理
第一节 概述 第二节 数据传送控制方式 第三节 中断技术 第四节 缓冲技术 第五节 设备分配 第六节 I/O进程控制 第七节 设备驱动程序
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7.1 概述
设备 除cpu及内存以外的所有设备和装置(I/O设 备，存储设备等)。
存储设备 用来存放各种信息的设备称为存储设备， 例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等
仅在传送一个或多个数据块的开始和结束 时，才需CPU干预，整块数据的传送是在 控制器的控制下完成的
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7.2.4 I/O通道方式
需要使用一个专门的DMA控制器（DMAC， Direct Memory Access Controller）。 DMAC中有控制、状态寄存器、传送字节计 数器、内存地址寄存器和数据缓冲寄存器
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DMA方式
采用盗窃总线控制权的方法，由DMAC送出 内存地址和发出内存读、设备写或设备读、 内存写的控制信号来完成内存与设备之间 的直接数据传送，而不用CPU的干预。有 的DMA传送甚至不经过DMAC的数据缓冲寄 存器的再吞吐，传输速率非常高。
2. 由于系统中的设备较多，中断太多，会使CPU无法 响应中断，造成数据丢失。
3. 如果外部设备的速度也比较高，CPU不能及时取走 缓冲寄存器的数据，那么就会出现数据丢失。
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7.2.3 DMA方式
当需要传输大量数据时，程序I/O方式和中 断I/O方式都会浪费大量的CPU时间，因此， 需要一种更有效的技术处理大量数据的传输
顺序存取设备：存取时间与物理上当前 位置有关。如：磁带
直接存取设备：存取时间与物理上当前 位置关系不大。如：磁盘
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7.1.2 设备管理的任务
选择和分配输入输出设备 控制输入输出设备和CPU或内存之间的数据交
换。 为用户提供一个友好的接口，把用户和设备
硬件特性分开，使用户编程时不必关心设备 的物理特性。 尽量提高输入输出设备的利用率，发挥主机 与外设以及外设与外设之间的真正并行工作 能力。
打印机不能同时打印多个用户作业，否则输出结果将会混 在一起。
共享设备：多个用户作业或多个进程可以“同时”从 这些设备上存取信息。
软硬盘、光盘等块设备都是共享设备。
虚拟设备：通过软件技术将独享设备改造成共享设备。
例如：通过SPOOLing技术将一台打印机虚拟成多台打印机。 5
按设备硬件物理特性分
当传送完成后，DMA模块给处理器发一个中断信号。 因此，只有在开始传送和结束传送时才会用到处理器
System Bus
Processor
DMA Controller
I/O Controller
.....
I/O Controller
Memory
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DMA方式
DMA方式的特点：
作为高速的外围设备与内存之间进行成批 的数据交换，但不对数据作加工处理。数 据传输的基本单位是数据块，I/O操作的类 型比较简单
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7.1.3 设备管理的功能
提供与进程管理系统的接口，将进程要求传达 给设备管理程序。
按设备类型和算法分配设备，包括相应的通道、 设备控制器。对未分配到设备的任务或作业进 入等待队列。
实现设备和设备、设备和CPU之间的并行操作。 这需要一些硬件设备的支持。
进行存储缓冲区管理。
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7.2 数据传送控制方式
DMA(直接存储器存取)方式：当处理器希望 读或写一块数据时，它给DMA模块产生一条 指令，发送以下信息
涉及的I/O设备的地址 开始读或写的存储器单元 需要读或写的字数
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DMA方式
处理器然后继续其他工作，而把这个操作委托给DMA模 块，由该模块处理。
DMA模块直接从存储器中或者往存储器中传送整个数据 块，每次传送一个字。
的工作状态 当数据准备好后，状态寄存器的状态置为完成状
态，发出“Done”信号，开始向内存传送数据
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程序直接控制方式的特点
CPU和外部设备之间只能串行工作
CPU在一段时间只能与一台外部设备交换信息， 所以不能实现设备之间的并行工作
CPU的处理速度远远高于外部设备，所以 CPU的利用率大大降低。