设备管理

I/O系统的组成
包括:
需要用于输入、输出和存储信息的设备;
需要相应的设备控制器;
控制器与CPU连接的高速总线;
有的大中型计算机系统,配置I/O通道;

在I/O系统与高层接口中,根据设备类型的不同,又进一步分为若干个接口。主要包括:
块设备接口
数据的存取和传输都是以数据块为单位的设备。基本特征是传输速率较高、可寻址。磁盘设备的I/O常采用DMA方式。
特点
隐藏了磁盘的二维结构:块设备接口隐藏了磁盘地址是二维结构的情况:每个扇区的地址需要用磁道号和扇区号来表示。
将抽象命令映射为低层操作:块设备接口将上层发来的抽象命令,映射为设备能识别的较低层具体操作。

流设备接口
字符设备:
数据的存取和传输是以字符为单位的设备。如键盘、打印机等。基本特征是传输速率较低、不可寻址,常采用中断驱动方式。
get和put操作:
由于字符设备是不可寻址的,因而对它只能采取顺序存取方式。(用户程序)获取或输出字符的方法是采用get和put操作。
in-control指令:
因字符设备的类型非常多,且差异甚大,系统以统一的方式提供了一种通用的in-control指令来处理它们(包含了许多参数,每个参数表示一个与具体设备相关的特定功能)。

网络通信接口
通过某种方式,把计算机连接到网络上。
操作系统必须提供相应的网络软件和网络通信接口,使得计算机能通过网络与网络上的其它计算机进行通信,或上网浏览。

I/O设备的类型
I/O设备的类型繁多,从OS的观点,按其重要的性能指标进行分类如下:
按传输速率分类:
低速、中速、高速(键盘、打印机、磁盘)
使用:存储设备、输入输出设备
按信息交换的单位分类:
块设备:有结构、速率高、可寻址、DMA方式控制
字符设备:无结构、速率低、不可寻址、中断方式控制

设备控制器
设备并不直接与CPU通信
计算机中的一个实体——“设备控制器”负责控制一个或多个I/O设备,以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。
控制器是CPU与I/O设备之间的接口,作为中间人接收从CPU发来的命令,并去控制I/O设备工作,以使处理机脱离繁杂的设备控制事务。

中断处理程序
①进行进程上下文的切换
②对处理中断信号源进行测试
③读取设备状态
④修改进程状态

设备驱动程序——最了解设备控制器的人
设备驱动程序是I/O系统的高层与设备控制器之间的通信程序,其主要任务:
接收上层软件发来的抽象I/O要求,如read、write等命令;
再把它转化为具体要求,发送给设备控制器,启动设备去执行。
反方向,它也将由设备控制器发来的信号,传送给上层软件。

I/O控制方式:

程序I/O方式

中断驱动I/O方式

直接存储器访问DMA(字节—块)

I/O通道控制方式(组织传送的独立)

宗旨:减少主机对I/O控制的干预,将CPU从繁杂的I/O控制事物中解脱出来。

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