【正文】 的狀態(tài)、與控制器連接的通道表指針、控制器隊列的隊首指針、通道隊列的隊尾指針等。設備分配主要采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有設備控制表、控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設備表。第4章 設備管理 輸入輸出系統(tǒng) 輸入輸出系統(tǒng)的控制方式3．直接存儲器存取控制方式（DMA） 直接存儲器存取方式是指對輸入輸出設備的控制由DMA控制器完成，在DMA控制器的作用下，設備和主存之間可以成批地進行數(shù)據(jù)交換，而不用CPU的干涉。步驟為： (1) 當用戶需要輸入數(shù)據(jù)時，由處理器向設備控制器發(fā)出一條輸入輸出指令，啟動設備進行輸入?？梢赃B接多臺高速設備，但是，由于它只含有一個分配型子通道，在一段時間內(nèi)只能執(zhí)行一個通道程序，控制一臺設備進行數(shù)據(jù)傳送，致使當某臺設備占用了該通道后，便一直由它獨占，（即使無數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置也不允許其他設備利用）直至該設備傳送完畢后釋放該通道。它有自己的指令系統(tǒng)（包含數(shù)據(jù)傳送指令和設備控制指令），能按照指定的要求獨立地完成輸入輸出操作。該接口用于實現(xiàn)CPU與設備控制器之間的通信。為此，在控制器中應設置一個狀態(tài)寄存器，用其中的每一位來反映設備的某一種狀態(tài)。 （2）交換數(shù)據(jù)。具有通道的輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖42所示。 1．微機輸入輸出系統(tǒng) 微機輸入輸出系統(tǒng)一般采用總線輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖41所示。虛擬設備是指通過虛擬技術將一臺獨占設備變換為若干臺邏輯設備，供若干個進程同時使用的設備，如虛擬打印機。輸入輸出設備是指向CPU傳輸信息和輸出加工處理信息的設備，如鍵盤、顯示器、打印機等。 它是把每次只允許一個進程使用的物理設備，改造為能同時供多個進程共享的設備。外存的管理和使用，請參考文件管理一章。 設備管理的主要任務是完成用戶提出的輸入輸出請求，為用戶分配輸入輸出設備，提高CPU與輸入輸出設備的利用率，提高輸入輸出設備的速度，方便用戶使用輸入輸出設備。第4章 設備管理 設備管理概述 設備的分類1．按設備的從屬關系分類 (1) 系統(tǒng)設備。第4章 設備管理 設備管理概述 設備的分類3．按設備共享屬性分類 (1) 獨享設備。第4章 設備管理 設備管理概述 設備的分類4．按信息交換單位分類 (1) 塊設備。第4章 設備管理 輸入輸出系統(tǒng) 輸入輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1．微機輸入輸出系統(tǒng) CPU和主存是直接連接到總線上的。第4章 設備管理 輸入輸出系統(tǒng) 設備控制器1．設備控制器的概念 設備控制器是CPU與外圍設備之間的接口，是一個可編址設備，每一個地址對應一個設備。實現(xiàn)CPU與控制器、控制器與設備之間的數(shù)據(jù)交換。當CPU將該寄存器的內(nèi)容讀入后，便可以了解該設備的狀態(tài)。共有三類信號線：數(shù)據(jù)線、地址線和控制線。中央處理器可以做相應的計算操作，從而使系統(tǒng)獲得CPU與外設的并行處理能力。 數(shù)據(jù)選擇通道雖然有很高的傳輸速率，但是，它每次只允許一個設備傳輸數(shù)據(jù)。 (2) 當用戶進程需要向設備輸出數(shù)據(jù)時，也必須同樣發(fā)出啟動命令啟動設備輸出，并等待輸出操作完成。 特點：數(shù)據(jù)的傳送方向、存放數(shù)據(jù)的主存始址及傳送數(shù)據(jù)的長度等都由CPU控制，具體的數(shù)據(jù)傳送由DMA控制器負責，每臺設備需要配一個DMA控制器，這樣輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸速度快，CPU負擔少。如圖45所示。其中與控制器連接的通道表指針指向該控制器的通道控制表。第4章 設備管理 設備分配與回收 設備分配應考慮的因素1．設備的使用性質(zhì) 按照設備自身的使用性質(zhì)，可以采用以下三種不同的分配方式：獨享分配、共享分配、虛擬分配。 優(yōu)先權算法是按照進程的優(yōu)先權的高低進行設備分配，誰的優(yōu)先權高就先把設備分給誰，對優(yōu)先權相同的按照先請求先服務的算法排隊。動態(tài)分配提高了設備的利用率，但是分配不當，會造成進程的死鎖。若該設備處于忙狀態(tài)，則將進程插入到該設備的等待隊列；若設備空閑，便按照一定的算法來計算本次設備分配的安全性。第4章 設備管理 設備分配與回收 設備回收 當進程撤消或設備使用完畢后，要進行設備的回收，設備回收的過程如圖49所示。這樣通過增加設備的獨立性，提高了設備分配的安全性。它主要由設備處理程序完成。 二是在整個系統(tǒng)中設置一個輸入輸出進程，專門負責對系統(tǒng)中所有各類設備的輸入輸出操作。2．檢查輸入輸出請求的合法性 任何輸入設備都只能完成一組特定的功能，如該設備不支持這次輸入輸出請求，則認為這次輸入輸出請求非法，又如用戶試圖讓打印機輸入數(shù)據(jù)?；镜妮斎胼敵霾僮魇窃诳刂破鞯目刂葡逻M行的。 單緩沖的工作原理如圖411所示。兩個緩沖區(qū)可以交替使用，提高了處理器和輸入設備的并行操作能力。 特點是：在主存中設置多個緩沖區(qū)。 特點是：緩沖池結(jié)構(gòu)復雜，在主存中設置公用緩沖池，在池中設置多個可以供多個進程共享的緩沖區(qū)。第4章 設備管理 設備管理采用的技術 中斷技術2．中斷類型 (1) 硬件故障中斷。如按壓了中斷鍵、定時時鐘時間到等。若無，繼續(xù)執(zhí)行下一條指令；若有，則停止現(xiàn)行進程，由操作系統(tǒng)中的中斷處理程序占用處理器，這一過程稱為“中斷響應”。 ③ 根據(jù)中斷碼，把該類事件處理程序的“新PSW”送入程序狀態(tài)字寄存器。SPOOLing系統(tǒng)的組成如圖416所示。第4章 設備管理 設備管理采用的技術 假脫機技術（SPOOLing） 2．假脫機技術的組成 （3）輸入進程和輸出進程。 (2) 將獨占設備改造為共享設備。這樣SPOOLing技術就把打印機等獨占設備改造成了共享設備。當CPU需要數(shù)據(jù)時，直接從輸入井讀入主存。這是在磁盤上開辟的兩個大的存儲區(qū)。 當中斷程序處理完后，再恢復現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行原先被中斷的進程。特權指令是不允許用戶程序直接使用的指令。由輸入輸出控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)外圍設備完成了輸入輸出操作或在執(zhí)行輸入輸出時通道或外圍設備產(chǎn)生錯誤而引起的中斷。如電源故障。緩沖池的設置，減少了主存空間的消耗，提高了主存的利用率，適應于現(xiàn)代操作系統(tǒng)。循環(huán)緩沖區(qū)屬于專用緩沖區(qū)。一個緩沖區(qū)用于輸入，另一個用于輸出。對于塊設備，該緩沖區(qū)可以存放一塊數(shù)據(jù)，對于字符設備，該緩沖區(qū)