操作系统——设备管理
windows操作系统原理
windows操作系统原理Windows操作系统原理是指Windows操作系统设计与实现的基本原理和机制。
Windows操作系统是由微软公司开发的一种面向个人计算机的操作系统。
Windows操作系统的原理包括以下几个方面：1. 多任务管理：Windows操作系统采用了抢占式的多任务处理机制，通过任务调度器来管理多个任务的执行。
每个任务独立运行在自己的进程中，操作系统根据进程的优先级和时间片来进行任务调度。
2. 内存管理：Windows操作系统使用虚拟内存管理机制，将物理内存划分为多个页框，每个进程有自己的虚拟地址空间。
操作系统通过分页机制将虚拟内存映射到物理内存中，以便实现进程间的隔离和保护。
3. 文件系统：Windows操作系统使用NTFS文件系统作为默认的文件系统。
NTFS文件系统支持文件和目录的权限控制、文件压缩和加密等功能。
4. 设备管理：Windows操作系统通过设备驱动程序来管理硬件设备。
每个设备驱动程序负责与特定设备的通信，并提供统一的接口供应用程序调用。
5. 网络通信：Windows操作系统支持TCP/IP协议栈，并提供了各种网络通信服务，如网络协议栈、网络接口、套接字接口等，以实现应用程序之间的网络通信。
6. 用户界面：Windows操作系统提供了图形用户界面（GUI），包括窗口管理、菜单、对话框等，使得用户可以通过鼠标、键盘等输入设备与计算机进行交互。
7. 安全性：Windows操作系统通过用户账户和权限管理来保护系统和用户数据的安全性。
每个用户都有自己的账户，并且可以通过权限控制来限制对文件和系统资源的访问。
这些原理和机制共同构成了Windows操作系统的核心。
通过合理地设计和实现，Windows操作系统能够提供稳定、安全、高效的计算环境，满足用户的各种需求。
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。
操作系统的五大管理功能和四大分类
操作系统的五大管理功能和四大分类操作系统是计算机系统中的重要组成部分，它是管理计算机硬件和软件资源的核心软件。
操作系统的功能主要包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面。
本文将详细介绍操作系统的五大管理功能和四大分类。
一、进程管理进程是计算机中正在运行的程序的实例。
进程管理是操作系统对进程的创建、调度、同步和通信等进行控制和管理的功能。
它主要通过进程调度算法来合理安排进程的执行顺序，确保系统资源的合理分配和高效利用。
1.1 进程创建与撤销进程创建是指操作系统在一个程序运行时，为它分配必要的资源和建立进程控制块。
进程撤销则是指操作系统根据某些条件主动终止一个正在运行的进程。
1.2 进程切换与调度进程切换是指操作系统在多任务环境下，将CPU的执行权从一个进程转移到另一个进程的过程。
进程调度则是指操作系统根据一定的优先级和调度算法，决定将CPU分配给哪个进程来执行。
1.3 进程同步与通信进程同步是指操作系统通过各种机制来协调多个并发执行的进程，防止它们之间的冲突和竞争导致的问题。
进程通信则是指操作系统提供的一种机制，使得进程之间可以传递信息和共享资源。
二、内存管理内存是计算机中用于存储程序和数据的物理设备，内存管理是操作系统对内存空间的分配、回收和保护等进行管理的功能。
它主要通过内存分区、动态分配和页式存储等技术，来提高内存的利用率和访问效率。
2.1 内存分区与地址映射内存分区是将计算机的内存空间划分为若干个逻辑区域，以方便管理不同的程序和数据。
地址映射则是将程序的逻辑地址转换为实际的物理地址，以便于访问内存中的内容。
2.2 虚拟内存与页面置换虚拟内存是指操作系统利用磁盘空间来扩展实际的物理内存，以解决内存不足的问题。
页面置换则是指操作系统根据一定的置换算法，将不常用的内存页面换出到磁盘，以便为其他进程提供更多的内存空间。
三、文件管理文件是计算机中用于存储和组织数据的逻辑单元，文件管理是操作系统对文件的创建、读写、删除和保护等进行管理的功能。
操作系统课程的主要内容
操作系统课程的主要内容1、操作系统的发展，分类，特征，功能，结构，内核，多道程序设计，并发，处理机状态等等。
2、功能主要有：(1)处理机管理：可归结为进程管理，包括以下方面–进程控制。
创建进程，撤销进程，控制进程的运行状态转换。
–进程调度。
从就绪的进程队列中选择一进程并把处理机分配给它，设置现场并是指投入运行。
–进程同步。
设置进程同步信息，以协调系统中各进程的运行。
–进程通信。
负责进程间的信息交换。
–死锁。
死锁如何解决的各种方法。
–线程。
线程的实现方式，和进程的关系。
(2)存储管理：为多道程序的运行提供良好的环境，并提高利用率，包括以下方面：地址重定位。
实现逻辑地址到物理地址的转换。
存储分配。
为每道程序分配内存空间，并在作业结束后收回其所占用内存。
存储保护。
保证每道程序之间不能互相侵犯，尤其是不能侵犯操作系统。
存储扩充。
通过建立虚拟存储系统来实现内存逻辑上的扩充。
(3)设备管理：设备管理的主要目标是方便的设备使用、提高CPU与I/O设备利用率。
主要包括：缓冲管理：设立I/O缓冲区，并对缓冲区进行有效管理。
设备分配：按一定策略和设备使用情况，分配并回收设备。
设备处理：即设备驱动程序，实现CPU和设备控制器之间的通讯等。
设备独立性和虚拟设备：独立性指应用程序独立于物理设备，使用户编程与实际使用的设备无关，增强了可移植性。
虚拟设备指将低速的设备改造为高速的共享设备。
(4)信息管理（文件系统管理）：对用户文件和系统文件进行管理，解决文件资源的存储、共享、保密和保护。
包括以下方面：目录管理：为每一文件建立目录项，并对目录实施有效的组织与管理。
文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。
系统设口令“哪个用户”、用户分类“哪个用户组”、文件权限“针对用户或用户组的读写权”。
文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空间利用率和读写性能。
软件管理：软件的版本、相互依赖关系、安装和拆除等。
(5)用户接口目标是提供一个友好的用户访问操作系统的接口。
操作系统的主要功能有哪些
操作系统的主要功能有哪些操作系统的主要功能有哪些操作系统是计算机系统中最基本的系统软件，它用于有效地管理系统资源，并为用户使用计算机提供了便利的环境。
下面店铺为大家介绍操作系统的主要功能有哪些吧！主要功能操作系统的主要功能是资源管理，程序控制和人机交互等。
计算机系统的资源可分为设备资源和信息资源两大类。
设备资源指的是组成计算机的硬件设备，如中央处理器，主存储器，磁盘存储器，打印机，磁带存储器，显示器，键盘输入设备和鼠标等。
信息资源指的是存放于计算机内的各种数据，如文件，程序库，知识库，系统软件和应用软件等。
操作系统位于底层硬件与用户之间，是两者沟通的桥梁。
用户可以通过操作系统的用户界面，输入命令。
操作系统则对命令进行解释，驱动硬件设备，实现用户要求。
以现代观点而言，一个标准个人电脑的OS应该提供以下的功能：进程管理(Processing management)内存管理(Memory management)文件系统(File system)网络通讯(Networking)安全机制(Security)用户界面(User interface)驱动程序(Device drivers)资源管理系统的设备资源和信息资源都是操作系统根据用户需求按一定的策略来进行分配和调度的。
操作系统的存储管理就负责把内存单元分配给需要内存的程序以便让它执行，在程序执行结束后将它占用的内存单元收回以便再使用。
对于提供虚拟存储的计算机系统，操作系统还要与硬件配合做好页面调度工作，根据执行程序的要求分配页面，在执行中将页面调入和调出内存以及回收页面等。
处理器管理或称处理器调度，是操作系统资源管理功能的另一个重要内容。
在一个允许多道程序同时执行的系统里，操作系统会根据一定的策略将处理器交替地分配给系统内等待运行的程序。
一道等待运行的程序只有在获得了处理器后才能运行。
一道程序在运行中若遇到某个事件，例如启动外部设备而暂时不能继续运行下去，或一个外部事件的发生等等，操作系统就要来处理相应的事件，然后将处理器重新分配。
计算机操作系统的功能和特点
计算机操作系统的功能和特点计算机操作系统是一种软件程序，它管理和控制计算机硬件和软件资源，为用户和程序提供一个易于使用和高效的平台。
它充当计算机系统的核心，起着各种重要的功能和特点。
功能：1. 硬件管理：操作系统负责管理计算机的硬件资源，包括处理器、内存、外部设备等。
它通过分配和调度资源，确保它们被合理利用，以满足用户和程序的需求。
2. 文件管理：操作系统提供了对文件和文件系统的管理。
它允许用户创建、打开、关闭、读取和写入文件，同时处理文件的存储和组织方式，以及文件的访问权限和安全性。
3. 进程管理：操作系统可以同时运行多个程序，称为进程。
它负责对进程的创建、调度和终止进行管理。
通过使用调度算法，操作系统可以决定哪些进程在何时执行，以及如何共享和分配处理器时间片。
4. 内存管理：操作系统负责管理计算机的内存资源。
它分配和回收内存空间，跟踪可用的内存块，并处理内存的分段和分页操作，以最大限度地提高内存利用率和效率。
5. 设备管理：操作系统管理计算机的输入和输出设备，包括键盘、鼠标、打印机等。
它负责设备的初始化、驱动程序的加载和卸载，以及设备的分配和控制，确保设备正常运行并满足用户的需求。
特点：1. 多任务处理：操作系统可以同时运行多个任务或程序，并提供合适的资源分配和调度机制。
这使得用户可以同时进行多个任务，提高了计算机的利用率和效率。
2. 用户接口：操作系统为用户提供了图形用户界面（GUI）或命令行界面（CLI），使得用户可以通过简单的操作来控制计算机和运行程序。
用户可以通过图形界面的按钮和菜单来执行操作，或者通过命令行界面输入命令来完成任务。
3. 可扩展性：操作系统具有良好的可扩展性，可以根据计算机的需求进行定制和扩展。
它可以支持不同的硬件架构和设备，并允许用户安装和卸载不同的软件程序，以满足不同的需求。
4. 可靠性：操作系统需要具备高可靠性，确保计算机的安全和稳定性。
它需要能够处理错误和异常情况，提供错误检测和恢复机制，以防止故障和数据丢失。
从资源管理角度看操作系统的功能有哪些
从资源管理角度看操作系统的功能有哪些操作系统是计算机系统中非常重要的一部分，它负责管理和分配计算机系统中的资源。
从资源管理的角度来看，操作系统担当着多项重要功能。
本文将从资源管理的角度来探讨操作系统的主要功能。
进程管理进程管理是操作系统的核心功能之一。
操作系统通过创建、管理和调度进程来分配计算机系统的处理器资源。
进程是计算机系统中的活动实体，它代表着正在运行的程序。
操作系统通过进程管理来控制和监控进程的创建、运行和终止。
它还负责进程的调度，确保每个进程能够合理地使用CPU资源，以提高系统的性能和效率。
内存管理内存管理是操作系统的另一个重要功能。
计算机系统的内存是有限的资源，操作系统需要有效地管理和分配内存以满足不同进程的需求。
操作系统通过内存管理功能来跟踪内存的使用情况，并为进程分配合适的内存空间。
它还负责内存的保护和共享，以避免进程之间的干扰和冲突。
文件系统管理文件系统管理是操作系统的另一个关键功能。
文件系统是计算机系统中用于存储和组织数据的一种机制。
操作系统通过文件系统管理来提供对文件和目录的创建、读取、写入和删除等操作。
它还负责文件的保护和权限管理，确保只有授权用户才能访问和修改文件。
文件系统管理还包括文件的存储空间管理，以便有效地利用计算机系统的存储资源。
设备管理设备管理是操作系统的另一个关键功能。
计算机系统中有各种各样的设备，如打印机、硬盘、键盘等。
操作系统通过设备管理来控制和分配这些设备的访问权限，以便多个进程可以同时使用它们。
设备管理还包括设备的驱动程序管理和错误处理，确保系统能够正确地与设备进行通信和交互。
网络管理随着计算机网络的普及和发展，操作系统还承担着网络管理的功能。
操作系统通过网络管理来支持计算机系统与外部网络的通信。
它负责网络协议的实现和管理，以便计算机可以通过网络进行数据的传输和交换。
网络管理还包括对网络连接的管理和监控，确保网络的安全和稳定运行。
用户界面用户界面是操作系统的重要组成部分，它提供了用户与计算机系统进行交互的方式。
14681-第4章
为了管理设备，系统除了为每个设 备设置DCB外，整个系统还要有一张所谓 的“系统设备表（SDT—System Device Table）”。
…
…
表目 n
图4-5 系统设备表SDT
4.3.2
独享设备的分配
“独享设备”即是在使用上具有排 它性的设备。
独享设备的使用具有排它性，因此 对这类设备只能采取“静态分配”的策 略。
（2）发出I/O请求的进程被阻塞，进程 调度程序把CPU分配给另一个进程使用。
（3）通道接收CPU发来的启动命令，调 出通道程序执行，设备与CPU并行工作。
（4）通道逐条执行通道程序中的通道命 令字，指示设备完成规定的操作，与内 存储器进行数据交换。
（5）数据传输完毕，通道向CPU发出中 断请求。
a．该文件的第3680个记录应该存放在磁 盘的哪个位置？ b．第78柱面的第6磁道的第6扇区中应该 存放该文件的第几个记录？
4.4
数据传输的方式
数据传输，或发生在I/O设备与内存 之间，或发生在I/O设备与CPU之间。所 谓“数据传输的方式”，就是讨论在进 行输入/输出时，I/O设备与CPU谁做什么 的问题。
于是，求第p块在磁盘上位置的公式 为
柱面号 = M; 磁头号 = N /s;
扇区号 = N %s
（2）
例4-2 假定一个磁盘组共有100个 柱面，每个柱面上有8个磁道，每个盘面 被划分成8个扇区。现在有一个含6400个 记录的文件，记录大小与扇区尺寸相同， 编号从0开始。该文件从0柱面、0磁道、 0扇区顺序存放。试问：
为了管理起见，系统在内部对每一台 设备进行编号，以便相互识别。设备的 这种内部编号称为设备的“绝对号”。
系统操作的名词解释
系统操作的名词解释随着科技的不断发展，计算机技术在各个领域得到广泛应用。
在计算机领域中，我们常常会听到一些与系统操作相关的名词。
本文将对这些名词进行详细解释，以帮助读者更好地理解系统操作的概念。
1. 操作系统操作系统是计算机系统中的一个重要组成部分，它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源，使得应用程序可以正常运行。
操作系统提供了一个抽象的界面，使得用户可以通过交互方式操作计算机，并能够实现任务调度、文件管理、内存管理、通信等功能。
2. 用户界面用户界面是用户与计算机之间进行交互的一个窗口。
常见的用户界面有命令行界面和图形界面。
命令行界面通过输入命令来操作计算机，而图形界面通过鼠标、键盘等设备进行操作。
用户界面的设计直接影响着用户的体验，良好的用户界面能够提高用户的工作效率。
3. 文件系统文件系统是操作系统中用于组织和管理文件存储的一种机制。
它通过对文件进行命名、创建、存储、查找和访问等操作，使得用户可以方便地管理自己的文件。
文件系统可以将文件按照一定的目录结构进行组织，提高文件的可用性和查找效率。
4. 进程与线程进程是操作系统中运行中的一个程序实例，它拥有独立的内存空间和系统资源。
操作系统可以根据需要同时运行多个进程，并进行进程调度，保证每个进程都能得到适当的资源。
线程是进程的一个实体，它是进程中的一个执行路径。
相比于进程，线程的切换速度更快，可以实现更高效的并发操作。
5. 调度算法调度算法是操作系统中用于决定进程执行顺序的一种算法。
调度算法的目标是尽量提高系统的吞吐量和响应速度，并使得各个进程能够公平地共享系统资源。
常见的调度算法有先来先服务、短作业优先、轮转调度等。
6. 缓存管理缓存管理是操作系统中对缓存的管理和控制。
缓存是一个存储介质，在计算机系统中用于提高数据访问速度。
操作系统通过缓存管理机制，将经常访问的数据暂时存储在缓存中，减少了对主存的访问时间。
7. 设备管理设备管理是操作系统中对计算机硬件设备进行管理和控制的一种机制。
专业知识 计算机操作系统通常具有的五大功能
计算机操作系统通常具有的五大功能计算机操作系统通常具有的5大功能：CPU管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。
操作系统（英语：Operating System，缩写：OS）是一组主管并控制计算机操作、运用和运行硬件、软件资源和提供公共服务来组织用户交互的相互关联的系统软件程序。
根据运行的环境，操作系统可以分为桌面操作系统，手机操作系统，服务器操作系统，嵌入式操作系统等。
从资源管理的角度来看，操作系统对计算机资源进行控制和管理的功能主要分为如下5部分：1、CPU的控制与管理：CPU是计算机系统中最重要的硬件资源，任何程序只有占有了CPU才能运行，其处理信息的速度远比存储器存取速度和外部设备工作速度快，只有协调好它们之间的关系才能充分发挥 CPU 的作用。
操作系统可以使 CPU 按预先规定的优先顺序和管理原则，轮流地为外部设备和用户服务，或在同一段时间内并行地处理多项任务，以达到资源共享，从而使计算机系统的工作效率得到最大的发挥。
2、内存的分配与管理：计算机在处理问题时不仅需要硬件资源，还要用到操作系统、编译系统、用户程序和数据等许多软件资源，而这些软件资源何时放到内存的什么地方，用户数据存放到哪里，都需要由操作系统对内存进行统一的分配并加以管理，使它们既保持联系，又避免互相干扰。
如何合理地分配与使用有限的内存空间，是操作系统对内存管理的一项重要工作。
3、外部设备的控制和管理：操作系统控制外部设备和 CPU 之间的通道，提出请求的外部设备按一定的优先顺序排好队，等待CPU 响应。
为提高 CPU 与输入／输出设备之间并行操作的程度，以及为了协调高 CPU 和低速输入输出设备之间的工作节奏，操作系统通常在内存中设定一些缓冲区，使 CPU 与外部设备通过缓冲区成批传送数据。
数据传输方式是，先从外部设备一次读入一组数据到内存的缓冲区， CPU 依次从缓冲区读取数据，待缓冲区中的数据用完后再从外部设备读入一组数据到缓冲区。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
通道1
图 6-7 单通路I/O系统
第五章 设 备 管 理
I/O设备 通道1 存储器 I/O设备 通道2 控制器2 I/O设备 控制器1 I/O设备
图 6-8 多通路I/O系统
第五章 设 备 管 理
6.4 设备驱动程序
6.4.1 设备驱动程序概述
1. 设备驱动程序的功能 (1) 接收由I/O进程发来的命令和参数， 并将命令中的抽 象要求转换为具体要求，例如，将磁盘块号转换为磁盘的 盘面、 磁道号及扇区号。 (2) 检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传 递有关参数，设置设备的工作方式。
第五章 设 备 管 理
6.2.2 设备控制器
1. 设备控制器的基本功能 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
2. 设备控制器的组成
CPU与控制器接口 控制 器与设 备接口 数据 状态 控制
数据线
数据寄存器 控制/ 状态 寄存器
须用汇编语言书写。
第五章 设 备 管 理
3. 设备处理方式 (1) 为每一类设备设置一个进程，专门用于执行这类设 备的I/O操作 . (2) 在整个系统中设置一个I/O进程，专门用于执行系统 中所有各类设备的I/O操作。
(3) 不设置专门的设备处理进程，而只为各类设备设置
相应的设备处理程序(模块)， 供用户进程或系统进程调用。
A 1 A 2 A 3 „子通道A B1 B2 B3 „子通道B A 1 B1 C1 „A 2 B2 C2 … C1 C2 C3 „子通道C
„
控制器N
图 6-6 字节多路通道的工作原理
第五章 设 备 管 理
2) 数组选择通道(Block Selector Channel) 字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方 式进行数据传送的数组选择通道的形成。这种通道虽然可以 连接多台高速设备，但由于它只含有一个分配型子通道，在 一段时间内只能执行一道通道程序， 控制一台设备进行数据 传送， 致使当某台设备占用了该通道后，便一直由它独占，
据I/O的循环测试中， 造成对CPU的极大浪费。在该方式中，
CPU之所以要不断地测试I/O设备的状态，就是因为在CPU 中无中断机构， 使I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个 字符的输入操作。
第五章 设 备 管 理
第五章 设 备 管 理
2. 使用中断的可编程I/O方式
在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无须 CPU干预， 因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才 需 CPU 花费极短的时间去做些中断处理。可见，这样可使 CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高了整个系统的资源 利用率及吞吐量。例如，从终端输入一个字符的时间约为100 ms， 而将字符送入终端缓冲区的时间小于 0.1 ms。 若采用程
(1) DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入
该方式的特点是：① 数据传输的基本单位是数据块，即在
CPU与I/O设备之间，每次传送至少一个数据块；② 所传送的
数据是从设备直接送入内存的，或者相反； ③ 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。可见， DMA 方式较之中断驱 动方式，又是成百倍地减少了 CPU 对 I/O 的干预，进一步提高 了CPU与I/O设备的并行操作程度。
第五章 设 备 管 理
3) 按设备的共享属性分类 这种分类方式可将I/O设备分为如下三类： (1) 独占设备。
(2) 共享设备。
(3) 虚拟设备。
第五章 设 备 管 理
2. 设备与控制器之间的接口
I/O设备 至设备 控制器 数据信号线 状态信号线 控制逻辑 控制信号线 缓冲 转换器 信号 数据
图 6-3 设备与控制器间的接口
的优点相结合而形成的一种新通道。它含有多个非分配型
子通道， 因而这种通道既具有很高的数据传输速率，又能 获得令人满意的通道利用率。也正因此，才使该通道能被 广泛地用于连接多台高、中速的外围设备，其数据传送是 按数组方式进行的。
第五章 设 备 管 理
3. “瓶颈”问题
控制器1 控制器2 存储器 控制器3 通道2 控制器4 设备1 设备2 设备3 设备4 设备5 设备6 设备7
序I/O方式，CPU约有 99.9 ms的时间处于忙—等待中。 采用中
断驱动方式后，CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其它事情， 而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。可见， 中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。
第五章 设 备 管 理
第五章 设 备 管 理
3. 直接存储器访问DMA I/O方式
第五章 设 备 管 理
2) 按信息交换的单位分类 可将I/O设备分成两类。第一类是块设备(Block Device)， 这类设备用于存储信息。 由于信息的存取总是以数据块为单 位，故而得名，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512 B~4 KB。磁盘设备的基本特征是其传
输速率较高，通常每秒钟为几兆位；另一特征是可寻址，即 对它可随机地读 / 写任一块；此外，磁盘设备的 I/O 常采用 DMA方式。 第二类是字符设备(Character Device)，用于数据 的输入和输出。 其基本单位是字符， 故称为字符设备。
预。 同时，又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作， 从而更有效地提高整个系统的资源利用率。例如，当CPU要 完成一组相关的读(或写)操作及有关控制时，只需向I/O通道 发送一条I/O指令，以给出其所要执行的通道程序的首址和要
访问的I/O设备，通道接到该指令后，通过执行通道程序便可
完成CPU指定的I/O任务。
DC ＝0 ? 是 请求中断
否
图 6-15 DMA方式的工作流程
第五章 设 备 管 理
4. I/O通道控制方式
(1) I/O通道控制方式的引入 I/O通道方式是 DMA方式的发展，它可进一步减少 CPU 的干预，即把对一个数据块的读 (或写)为单位的干预，减少
为对一组数据块的读 ( 或写) 及有关的控制和管理为单位的干
其所能执行的命令，主要局限于与I/O操作有关的指令； 再
就是通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是放在主 机的内存中的， 换言之，是通道与CPU共享内存。
第五章 设 备 管 理
2. 通道类型 1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel)
设备 控制器A 控制器B 控制器C 控制器D N1 N2 N3 „子通道N
即使是它无数据传送，通道被闲置， 也不允许其它设备使用
该通道， 直至该设备传送完毕释放该通道。可见，这种通道 的利用率很低。
第五章 设 备 管 理
3) 数组多路通道(Block Multiplexor Channel) 数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允 许一个设备传输数据。数组多路通道是将数组选择通道传 输速率高和字节多路通道能使各子通道(设备)分时并行操作
0
0 0 1
1
1 0 1
60
300 250 250
5830
2000 1850 720
第五章 设 备 管 理
6.5 与设备无关的I/O软件
6.5.3 设备分配
1. 设备控制表DCT
设 备 控 制 表 集 合 DCT 1 设备类型 typ e 设备标识符：d ev iceid DCT 2 设备状态：等待/不等待 指向控制器表的指针 重复执行次数或时间 DCT n 设备队列的队首指针 忙/ 闲
第五章 设 备 管 理6. Nhomakorabea.2 设备驱动程序的处理过程
1. 将抽象要求转换为具体要求 2. 检查I/O请求的合法性
3. 读出和检查设备的状态
4. 传送必要的参数
5. 工作方式的设置
6. 启动I/O设备
第五章 设 备 管 理
PSW 程序状态字 Y PC(N＋ 1 ) 程序计数器
R0 Rn 寄存器
第五章 设 备 管 理
第六章 输入输出系统
6.1 I/O系统
6.2 I/O设备和设备控制器
6.4 设备驱动程序
6.5 与设备无关的I/O软件 6.6 Spooling 技术 6.7 缓冲管理 6.8 磁盘存储器的性能和调度
第五章 设 备 管 理
1. I/O设备的类型 1) 按传输速率分类 按传输速度的高低，可将I/O设备分为三类。第一类是低速
控制器 与设备 接口1
„
地址线 I/O逻辑 控制线 控制器 与设备 接口i 数据 状态 控制
图 6-4 设备控制器的组成
„
第五章 设 备 管 理
6.2.4 I/O通道
1. I/O通道(I/O Channel)设备的引入 实际上，I/O通道是一种特殊的处理机。它具有执行I/O 指令的能力，并通过执行通道(I/O)程序来控制 I/O操作。但 I/O通道又与一般的处理机不同，主要表现在以下两个方面： 一是其指令类型单一，这是由于通道硬件比较简单，
第五章 设 备 管 理
(3) 发出I/O命令，如果设备空闲，便立即启动I/O设备 去完成指定的I/O操作；如果设备处于忙碌状态，则将请求 者的请求块挂在设备队列上等待。 (4) 及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据 其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。 (5) 对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够 根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。
第五章 设 备 管 理
(2) DMA控制器的组成
CPU 内存 主机—控制器接口 DR cou nt MAR DC CR 命令 系统总线 控制器与块设备接口
I/O 控 制 逻 辑
DMA 控制器