操作系统原理 第8章输入输出设备管理综述
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I/O设备管理概述
I/O请求 I/O响应
命名、保护、 阻塞、缓冲
用户I/O软件 设备无关软件
提供系统库 调用，供人 员使用；提 供类似 Spooling这 样的精灵守 护进程管理 共享设备
I/O软件体系结构
建立设备 寄存器、 解决错误
处理中 断信号
设备驱动程序 中断处理程序 底层硬件设备
《计算机操作系统》- 第8章 5/86
2018/10/11 《计算机操作系统》- 第8章
–缓冲池
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I/O设备管理概述
上层用户程序（应用层）
操作系统 I/O软件管理 I/O硬件管理 底层硬件设备（物理层）
用户进程 设备无关程序 设备驱动程序 中断处理程序 设备 控制器
DMA 命令寄存器
键盘
2018/10/11
《计算机操作系统》- 第8章
以数据块的方式进行数据的输入和输出 传输速率较高，可寻址，DMA方式进行传输 磁盘,可定位
块设备
2018/10/11
《计算机操作系统》- 第8章
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按照设备的数据组织形式分类
字符设备
以字符方式进行数据的输入和输出 传输率较低，不可寻址，中断驱动方式传输 交互式终端、打印机
以数据块的方式进行数据的输入和输出 传输速率较高，可寻址，DMA方式进行传输 磁盘,可定位
如：视频显示设备、键盘、鼠标、打印机
与计算机或其他电子设备交互的设备
如：磁盘、磁带、传感器、控制器
计算机间的通信设备
如：网卡、调制解调器
2018/10/11
《计算机操作系统》- 第8章
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按照设备的交互方向分类
输入（可读）
如：键盘、扫描仪
输出（可写）
如：显示设备、打印机
输入/输出（可读写）
2018/10/11
《计算机操作系统》- 第8章
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大型机输入/输出系统
大型机的组织结构：
主机Host
通道Channel
设备控制单元DCU
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《计算机操作系统》- 第8章
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大型机输入/输出系统
通过网络应用进行扩展
在通道和设备控
制单元之间增加
交换机，将一个
系统连接到多个 系统
回顾：操作系统的功能
输入/输出设备管理：
输入/输出设备控制
缓冲管理 设备独立性 设备分配 虚拟设备
设备控制方式：
–程序控制方式 –中断方式 –直接存储器访问（DMA）方式 –通道方式
虚拟设备：SPOOLing 磁盘存储器管理
缓冲管理：
–单缓冲区 –双缓冲区 –循环缓冲
磁盘存储器管理：磁盘存储空间的划 分，磁盘存储空间的分配和回收。
通用计算机组织结构 -- 具有全局总线和局部总线的PCI总线
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《计算机操作系统》- 第8章
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8.1.2 输入/输出设备
输入设备
将各种外部设备的信息送入到计算机
输出设备
将计算机内存中已经处理好的信息输出到外部 设备中
计算机输入/输出设备的种类和数量繁多， 按照应用和速度等的不同有不同的分类
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《计算机操作系统》- 第8章
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小型机和微机的输入/输出系统
小型机的总线组织结构：
ISA: 工业标准结构总线 EISA: 扩展工业标准结构 VESA: 32位标准的计算机局部总线 PCI: 外设组件互连标准
基于总线的组织结构: 形式简单，实现方便，性能可靠
2018/10/11 《计算机操作系统》- 第8章 11/86
传输率 数据组织形式 共享属性
设备管理的功能
2018/10/11
8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
设备控制器 输入/输出控制方式 缓冲管理 输入/输出软件 设备分配和回收
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8.1.1 输入/输出系统
大型计算机的输入/输出系统
小型计算机和微型计算机的输入/输出系统
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按照输入/输出设备的传输率分类
即按速度分：
低速设备
键盘、打印机 磁盘、监视器 网卡、调制解调器
中速设备
高速设备
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《计算机操作系统》- 第8章
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按照设备的数据组织形式分类
字符设备
以字符方式进行数据的输入和输出 传输率较低，不可寻址，中断驱动方式传输 交式终端、打印机
–双缓冲区 将一台独占的物理设备变为多个逻辑设备，从而能够接收多 个进程对设备的请求 –循环缓冲
–缓冲池
对设备状态进行跟踪和分配
实现虚拟设备 –单缓冲区
缓冲管理
虚拟设备：SPOOLing
实现低速的输入/输出设备与高速处理器之间的协调工作
《计算机操作系统》- 第8章 20/86
如：磁盘、网卡
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《计算机操作系统》- 第8章
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8.1.3 设备管理的功能
设备控制方式：
–程序、中断、DMA、通道
对设备的控制
将用户的输入/输出请求转换为每个设备能够识别的输入/输 出指令，并实施设备驱动和中断处理工作
跟踪设备的状态，保留在设备控制表中 根据作业或进程的请求而分配设备，并在作业或进程使用设 备结束后回收设备，重新分配 缓冲管理：
操作系统原理
Operating System Principles
四川大学计算机学院
段 磊 leiduan@
2014
第8章 输入/输出设备管理
设备管理是操作系统管理功能中最庞杂和琐 碎的部分。 设备管理的主要目标：
提高系统效率 为用户或高层应用提供方便的接口 支持设备共享
块设备
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《计算机操作系统》- 第8章
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按照设备的共享属性分类
独占设备
如：临界资源
共享设备
如：磁盘。
虚拟设备
本身固有属性为独占，但将其虚拟为几个逻辑 设备。
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《计算机操作系统》- 第8章
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按照设备的交互对象分类
人机交互设备
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本章目录
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
输入/输出系统 设备控制器 输入/输出控制方式 缓冲管理 输入/输出软件 设备分配和回收
2018/10/11
《计算机操作系统》- 第8章
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本章目录
8.1 输入/输出系统
输入/输出系统（发展） 输入/输出设备（分类）
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第八章输入输出管理
（三）通道
字节多路通道。以字节为单位传输数据，主要用于中低速设备。它通 常含有多个非分配型子通道；每一子通道都连接一台I/O设备，通过时 间片轮转方式来共享一个主通道；每一子通道一次可以完成一个字节 的数据传送。这样，当扫描每个子通道一遍后，所有连接在该字节多 路通道上的设备都会连接到主通道一次。
在设备输入数据期间，处理机通过循环执行测试指令来不 间断地检测设备状态寄存器的值。当该值仍为1时，代表 输入尚未结束，继续进行循环测试；当值为0时，代表数 据已经被输入到设备控制器的数据寄存器中，处理机就从 数据寄存器中取出数据，送入内存指定位置，再继续启动 设备读入下一个数据；
当用户进程需要用输出设备输出数据时，也必须同样发启 动命令启动设备输出，并等待输出操作完成。
为管理好I/O系统，I/O管理需要解决的关键技术有：
I/O调度技术。当有一组I/O请求需要响应时，用来确定一个最佳 的顺序来执行这些I/O请求。使进程可以公平地共享设备访问，减 少完成I/O需要的平均等待时间，从而提高系统的整体性能。
缓冲区管理技术。组织好缓冲区，提供获得和释放缓冲区的方法。 设备分配与回收技术。当某进程向系统提出I/O请求时，按一定策
8.1.4 I/O管理目标与功能
（二）I/O管理功能
设备控制
完成这一功能的是设备处理程序。设备处理程序要根据用户提出的 I/O请求，启动指定的I/O设备进行I/O操作；在处理I/O请求时，需 要进行I/O调度，以提高系统的整体性能。
设备分配和回收
实现这一功能的是设备分配程序。设备分配程序需要记录I/O设备 的状态，根据用户的请求和I/O设备的类型，选择一条数据通路， 分配相应的I/O设备、控制器和通道。凡未分配到所需I/O设备的进 程被放入一个等待序列。回收时也要修改I/O设备状态记录。
字节多路通道。以字节为单位传输数据，主要用于中低速设备。它通 常含有多个非分配型子通道；每一子通道都连接一台I/O设备，通过时 间片轮转方式来共享一个主通道；每一子通道一次可以完成一个字节 的数据传送。这样，当扫描每个子通道一遍后，所有连接在该字节多 路通道上的设备都会连接到主通道一次。
在设备输入数据期间，处理机通过循环执行测试指令来不 间断地检测设备状态寄存器的值。当该值仍为1时，代表 输入尚未结束，继续进行循环测试；当值为0时，代表数 据已经被输入到设备控制器的数据寄存器中，处理机就从 数据寄存器中取出数据，送入内存指定位置，再继续启动 设备读入下一个数据；
当用户进程需要用输出设备输出数据时，也必须同样发启 动命令启动设备输出，并等待输出操作完成。
为管理好I/O系统，I/O管理需要解决的关键技术有：
I/O调度技术。当有一组I/O请求需要响应时，用来确定一个最佳 的顺序来执行这些I/O请求。使进程可以公平地共享设备访问，减 少完成I/O需要的平均等待时间，从而提高系统的整体性能。
缓冲区管理技术。组织好缓冲区，提供获得和释放缓冲区的方法。 设备分配与回收技术。当某进程向系统提出I/O请求时，按一定策
8.1.4 I/O管理目标与功能
（二）I/O管理功能
设备控制
完成这一功能的是设备处理程序。设备处理程序要根据用户提出的 I/O请求，启动指定的I/O设备进行I/O操作；在处理I/O请求时，需 要进行I/O调度，以提高系统的整体性能。
设备分配和回收
实现这一功能的是设备分配程序。设备分配程序需要记录I/O设备 的状态，根据用户的请求和I/O设备的类型，选择一条数据通路， 分配相应的I/O设备、控制器和通道。凡未分配到所需I/O设备的进 程被放入一个等待序列。回收时也要修改I/O设备状态记录。
计算机组成原理第八章输入输出系统
计算机组成原理第八章输入输出系统1. 概述输入输出系统是计算机的重要组成部分，它负责处理计算机与外部设备之间的数据交换。
本文将介绍计算机组成原理第八章输入输出系统的相关内容。
2. 输入输出系统的基本概念输入输出系统是计算机与外设之间数据传输和控制的桥梁。
它由输入和输出两部分组成。
输入系统负责将外设传输的数据转换为计算机可识别的形式，输出系统则将计算机处理的数据转换为外设可识别的形式。
输入输出系统通常由输入输出设备、输入输出接口和输入输出控制器组成。
输入输出设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，输入输出接口实现设备与计算机之间的数据传输，输入输出控制器负责控制输入输出接口的工作。
3. 输入输出系统的工作原理输入输出系统的工作可以分为五个阶段：命令传递、数据传送、缓冲操作、中断处理和错误处理。
命令传递阶段是指计算机向输入输出设备发送控制信息，包括读写命令、纠错命令等。
数据传送阶段是指计算机将数据从存储器传送到输入输出设备或将输入输出设备的数据传送到存储器。
缓冲操作阶段是指输入输出设备与计算机之间的数据缓冲区进行数据交换，以提高数据传输效率。
中断处理阶段是指在输入输出过程中，若发生异常情况会触发中断并由中断处理程序进行处理。
错误处理阶段是指在输入输出过程中，若发生错误会进行相应的错误处理操作。
4. 输入输出系统的分类输入输出系统可以根据数据传输方式进行分类，常见的分类有程序控制输入输出和直接存储器访问输入输出。
程序控制输入输出是指计算机通过控制程序来实现输入输出设备的数据传输和控制。
它的优点是控制灵活、适用范围广，但缺点是效率低，对计算机性能有较大的影响。
直接存储器访问输入输出是指计算机通过专门的输入输出控制器直接与存储器进行数据交换。
它的优点是效率高，不会对计算机性能产生较大影响，但缺点是硬件复杂，需要专门的输入输出控制器支持。
5. 输入输出系统的性能指标输入输出系统的性能指标主要包括响应时间、吞吐量和可靠性。
第八章-输入输出系统(共64张PPT)全文编辑修改
3、中断类型：
– 按中断产生的位置： • 外部中断：CPU以外的部件引起的中断。 外中断又可分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断 两种。不可屏蔽中断优先级较高，常用于 应急处理，如掉电、内存读写校验错等。 可屏蔽中断级别较低，常用于一般I/O设 备的数据传送。
• 内部中断：由CPU内部硬件或软件引起的中 断，如单步中断、溢出中断。
路之前，还要受到屏蔽触发器的控制。
当MASK=1，表示对应中断源的请求被屏蔽。 当MASK=0，才允许对应中断源的请求参与排队判优
中断屏蔽寄存器的作用
INT
≥1
由程序 控制
中断屏蔽 0 1 0 1 0 1 0 1 寄存器 ＆
向 量 地 址
……
编 码 器
排 队 逻 辑
＆
＆
＆ 0 1 0 1 0 1 0 1 中断请求 寄存器
程序查询方式——程序流程图
设置计数值
修改计数器
设置内存缓冲区首址
比如指令系统中的软中断指令INT n。 中断处理次序和中断响应次序是两个不同的概念：
否
中断事件在提出中断请求的同时，通过硬件向主机提供中断服务程序的入口地址，即向量地址。 传送完？
CPU等候输入设备的数据成为有效
（2）数据通道中断源，也称直接启存动储外器设存放（DMA）操作。
3级
4级
则 只 需 使 中 断 屏 蔽 码 改 （1）一般的输入、输出外围设备。
一般是故障引起的中断最优先；
为： 第1级 1 1 1 1 （4）DMA传送速度快，CPU和外设并行工作，提高了系统的效率；
先由主机通过启动指令启动外设工作，启动后主机用测试指令不断查询外设工作状态，当输入设备处于准备好状态或输出设备处于空闲状态时，
计算机操作系统-第8章-输入输出设备管理解析
输入/输出系统 设备控制器 输入/输出控制方式 缓冲管理 输入/输出软件 设备分配和回收
2018/12/30
《计算机操作系统》- 第8章
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本章目录
8.1 输入/输出系统
输入/输出系统（发展） 输入/输出设备（分类）
传输率 数据组织形式 共享属性
设备管理的功能
以数据块的方式进行数据的输入和输出 传输速率较高，可寻址，DMA方式进行传输 磁盘,可定位
块设备
2018/12/30
《计算机操作系统》- 第8章
14/86
按照设备的数据组织形式分类
字符设备
以字符方式进行数据的输入和输出 传输率较低，不可寻址，中断驱动方式传输 交互式终端、打印机
以数据块的方式进行数据的输入和输出 传输速率较高，可寻址，DMA方式进行传输 磁盘,可定位
2018/12/30
8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
设备控制器 输入/输出控制方式 缓冲管理 输入/输出软件 设备分配和回收
《计算机操作系统》- 第8章 6/86
8.1.1 输入/输出系统
大型计算机的输入/输Байду номын сангаас系统
小型计算机和微型计算机的输入/输出系统
2018/12/30
《计算机操作系统》- 第8章
–程序控制方式 –中断方式 –直接存储器访问（DMA）方式 –通道方式
虚拟设备：SPOOLing 磁盘存储器管理
缓冲管理：
–单缓冲区 –双缓冲区 –循环缓冲
磁盘存储器管理：磁盘存储空间的划 分，磁盘存储空间的分配和回收。
第8章输入输出设备2PPT课件
8.2 输入输出接口 I/O接口的功能 1、实现数据缓冲 实现输入缓冲、输出锁存，协调CPU与外设在速度上的差异 2、执行CPU的命令 CPU对外设的各种命令以控制代码的形式发送到接口电路 3、向CPU返回外设的状态 为了控制CPU与外设之间的数据传送，接口电路还要向CPU提
供诸如数据寄存器“空”、“满”、“准备就绪”、“忙” 、“闲”等状态信号，并在CPU查询时反馈这些状态信息
➢ 外设的编址方式 • 独立编址（I/O映射方式） - 存储单元和I/O端口统一分开编址，各自有独立的地址空间 - 指令系统中设置了专用I/O指令来用访问I/O端口，通过指令
来区分寻址对象（I/O 还是Memory） - 优点：I/O端口不占用存储器空间；I/O端口数目不多，占用
地址线少，译码电路简单；I/O指令长度短，速度快 - 缺点： 专用I/O指令增加指令系统复杂性，且指令较少，程
I/O接口的功能 4、设备选择 外设接口应具有识别自我的能力，只有当CPU给出的端口地址
处于自己的地址范围内（即被选中），接口才与CPU交换信 息，否则不允许有任何操作 5、实现数据格式的转换 CPU与接口的数据传送是并行数据传送，而有的外设是串行数 据传送，因此接口应具有数据并行→串行或串行→并行的功 能
设的核心
8.3 主机与外设交换信息的方式 ➢ 计算机的基本功能之一是能够与外部设备交换信息 ➢ 主机与外设交换数据有5种方式 • 程序查询方式 • 程序中断方式 • 直接存储器访问（DMA）方式 • 通道方式 • 输入输出处理机（IOP）方式
程序查询方式
开始
• 工作原理：CPU查询外设是否 准备好。准备好交换数据，否则
I/O指令格式 • I/O设备统一编址时，指令系统中不设置专用的I/O指令，用
输入输出设备概述(PPT 111页)
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8
4．终端设备
• 终端设备：与计算机网络的用户一端相连接的 设备。
• 在大型计算机系统中，通过通信线路连接到主 机的输入输出装置也是一种终端设备。
• 终端在不同系统不同场合有不同的含义。
• 智能终端：具有一定的数据处理能力的终端。
• 哑终端：只负责输入输出的终端。
• 本地终端：与主机距离较近的终端。如在一个 计算中心的机房中的终端。
• 如果由于CPU延缓接收而发生多键重叠，中间 的按键编码就会丢失。所以在功能更强的键盘 中，采取存储多个键码的方法，来解决重键问 题。
24.03.2020
23
• 硬件扫描键盘的优点： 不需要主机担负扫描任务。当键盘产生键码之 后，才向主机发出中断请求，CPU以响应中断 方式，接收随机按键产生的键码。
• 随着计算机技术的发展与进步，现代计算机的 外存储器，也同时具有I/O设备的功能。
• 主机：CPU与内存等在系统中主要进行数据运算 处理的部分。
• 外设（外部设备或外围设备）：主机以外的系 统中其余部分，如外存储器，I/O设备等。
• 传统意义上的I/O设备，只是外设的一个组成部 分。
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4
24.03.2020
5
1. 输入设备
• ① 字符输入设备：键盘、联机手写识别器等。 • ② 图形输入设备：数字化仪、鼠标器、跟踪球、
操纵杆等。 • ③ 图像输入设备：摄像机、扫描仪等。 • ④ 其它类型的设备：如数模转换、声音输入等。 • ⑤ 特殊的输入设备：磁盘，磁带及光盘等。
24.03.2020
• 现已很少用小规模集成电路来构成这种硬件扫 描键盘，而是尽可能利用全集成化的键盘接口 芯片，如Intel 8279。
计算机原理 第八章输入输出系统第一~三节“外围设备工作原理”的相关知识。
计算机原理第八章输入输出系统第一~三节“外围设备工作原理”的相关知识。
主题：第八章输入输出系统第一~三节“外围设备工作原理”的相关知识。
学习时间：2016年12月19日--12月25日内容：我们这周主要学习第八章输入输出系统第一~三节“外围设备的信息交换方式”、“程序查询方式”、“程序中断方式”的相关知识。
希望通过这三节内容的学习能使同学们进一步掌握计算机外围设备的工作原理。
一、学习要求1．掌握外围设备的信息交换方式；2．掌握程序查询方式；3．掌握程序中断方式。
二、主要内容（一）外围设备的信息交换方式为了实现CPU与I/O设备之间的数据传送，通常采用以下五种I/O传送方式：程序传送方式、中断传送方式、直接存储器存取(DMA)方式、通道方式和外围处理机方式。
1．程序传送方式它包括无条件传送方式和查询传送方式。
在这种传送方式中，微型机与外部设备之间的数据传送由程序来控制，这是最简单的传送方式。
无条件传送方式是指在外部控制过程的定时是固定的或是已知的条件下，进行数据传送的方式。
在这种传送方式中，外设总是被认为处于“待命”状态，可以根据其固定的或已知的定时，将I/O指令插在程序中。
当程序执行至该I/O 指令时，就开始发送或接收数据。
查询式I/O传送或称异步传送方式，或称条件传送方式。
查询式I/O操作是由微处理机驱动程序来完成的，所以又把查询方式称为程序控制方式。
它的特点是外部设备受微型机存储器中程序的支配，微处理机控制所有的传送过程。
使用这种技术时，通常都在接口电路中设有供CPU查阅的状态输入寄存器，它的置位表示设备发生了某种情况，需要微处理机加以注意。
采用查询I/O方式，微型机在执行一个I/O操作之前，必须先对外围设备的状态进行测试。
完成一次数据传送的步骤如下。
测试所选择的外围设备的现行状态。
根据该设备的状态进行条件转移，如该设备处于“忙”状态，则程序转至重复测试设备状态循环等待；若该设备已准备“就绪”，便发出一条I/O指令，执行数据传送（输入或输出）。
输入输出设备ppt课件
• 2．电子编码式键盘
• 以ASCII码键盘为例来阐明编码式键盘的任 务原理。由于ASCII码的每个字符码用7位 二进制数表示，可表示128个键，键盘矩阵 由8行×16列组成。用一个7位计数器进展 循环计数，用计数器的值来控制行线和列 线，实现对键盘上的字键扫描，图8-2电子 编码式键盘。
• 键盘上矩阵中的128键与7位计数器值相对 应，未按键时，行列都是高电平。
• 1．无编码键盘
• 无编码键盘是由一组行线和一组列线组成 一个二维矩阵，按键开关是跨接在行、列 线的交叉点〔交叉点不相连〕，图8-1由8 行8列〔8×8〕构成的64键无编码键盘原理 框图。
• 判键原理：首先，主机将8位行线全置0， 读8位列线，假设全1，那么无键按下，只 需有1位是0阐明有键被按下，然后主机再 逐行送0〔其他行依然为1，常称键盘扫 描〕，每送一次读一次列线，假设列线为0， 阐明送0的行线与读0的列线交叉的按键被 按下。
• 当鼠标在桌面上挪动时，滚球会带动X、Y 转轴的两只光栅码盘转动，而X、Y方向的 发光二极管发出的光便会照射在各自方向 的光栅码盘上，由于光栅码盘存在栅缝， 当二极管发射出的光透过栅缝直接照射在 接纳二极管组成的检测头上时，便会产生 “1〞信号。假设光被遮挡，接纳二极管没 有接纳到光信号，那么将之定为信号“0〞。 接下来，这些信号被送入专门的控制芯片 内运算生成对应的坐标偏移量，确定光标 在屏幕上的位置，
• 感光芯片将光信号转变为对应的数字信号 后将之送到定位芯片中专门处置，进而产 生X-Y坐标偏移数据。
• 由于光学板携带不方便，光电鼠标的造价 颇高，且反射板不慎被严重损坏或遗失， 那么整个鼠标就无法运用，目前这种光电 鼠标已很少运用。
• 4．光学鼠标
• 光学鼠标的定位原理采用了照相技术和图 像处置技术〔做成专业芯片〕，不再需求 光学板。
第8章输入输出设备及系统
（3）DMA控制器得到总线控制权后，要往地址总 线发送地址信号，修改所用的存储器或接口的地址 指针。
（4）在DMA传送期间，DMA控制器应能发出读/写 控制信号。
（5）在DMA控制器内部必须有一个字节计数器， 用来存放所传送的字节数，即数据长度。开始时由 软件设置数据长度，在DMA传送过程中，每传送一 个字节，字节计数器的值便自动减1，当减为0时， 则DMA传送过程结束。
（6）DMA传送过程结束时，DMA控制器应向CPU 发出结束信号，将总线控制权交还给CPU。
• 3．DMA控制器工作的特点 （1） DMA控制器是接口电路。 （2）DMA控制器不同于一般的接口电路。
8.5.5 通道控制方式
• 1．通道的功能 （1）通道的功能
通道的基本功能是执行通道指令，组织外围设备 和内存进行数据传输，按I/O指令要求启动外围设 备，向CPU报告中断等。具体有5项任务。
D7～D0
选通
中断 请求 +5V
DQ R
地址 译码
地址总线
中断
屏蔽 —
触发 器
图8-18 中断方式输入的接口电路图
• 2．中断源
重新启动中断 机器检验出错中断。 程序性错误引起的中断。 访问管理程序中断。 外部事件中断。 输入输出中断。
3．中断优先级
一般来讲，中断优先级考虑以下一些因素： 中断源的紧急程度。 设备的工作速度。 数据恢复的难易程度。
在计算机系统中，根据使用目的和系统设 计的不同，总线的连接方式可以有三种，即 单总线结构、双总线结构和三总线结构。
• 1.单总线结构 是在单处理器的计算机中，使用一条单一
的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备。
8.1 输入输出设备的概述 8.2 显 示 设 备 8.3 输 入 设 备 8.4 打 印 设 备 8.5 输入输出系统 8.6 总 线
《操作系统原理》 第8章 设备管理
1、缓冲技术的实现原理
当某个进程进行数据输出操作时，先将数据 送入缓冲区，当缓冲区满时再将缓冲区的内容送 到输出设备上；反之，当一个进程完成输入操作 时，先将输入设备上的数据送入缓冲区，当缓冲 区满时，再由CPU将数据取走。在缓冲管理中必 须建立缓冲区，缓冲区的设定有两种方式：可以 采用专门的硬件方法来实现缓冲，但会增加硬件 成本，除了在关键的地方采用少量必要的硬件缓 冲器外，在许多操作系统中都采用另一种称为软 件缓冲的方式，即从主存空间中划定出一个特殊 的内存区域作为缓冲区。
8.1.2
设备管理子系统的主要功能
设备管理属于操作系统中最烦琐、 最具复杂性的部分。为了有效的提高系统 中设备的效率，在设备管理中不仅涉及了 I/O中断、缓冲及通道技术,而且还包括了 各种类型设备的分配、启动以及虚拟设备 等多方面的管理。为了对物理特性各异的 设备,在调用时具有统一的格式和界面，以 方便用户,在设备管理中应追求如下的目标：
3.从资源分配角度进行划分 1)独占设备（Independence Device）：一 次只允许分给一个用户作业使用的设备。 设备一旦被分出去后，在作业的整个执行 期间都被单独占用，别的作业不能与之共 用，必须等占用释放后才可再用。而且， 这类设备如果分配不当，可能会造成死锁。 多数是一些慢速设备，如磁卡机、打印机、 A/D、D/A转换器等。
3．多缓冲及缓冲池管理
双缓冲技术提高了I/O设备的并行度，但由于 在计算机系统中，CPU的速度总是比外设快得多， 真正要实现CPU与外设的并行操作，双缓冲技术还 不能达到要求，为此，在计算机中都采用多缓冲或 缓冲池结构。多缓冲是把主存中的多个缓冲区组织 成两部分，一部分用于做输入缓冲区，另一部分作 为输出缓冲区。缓冲池则是将多个缓冲区连接成一 个完整的区域，其中每个区既可以作为输入又可以 作为输出用。多缓冲及缓冲池是系统中的共享资源， 可供各进程使用，由系统统一分配和管理。它的使 用必须互斥地进行。