【正文】 ／ O處理。循環(huán)測試傳送是一種用 程序直接控制 I／ O操作的方式 。問題：1） CPU的大量時間消耗在等待輸入輸出的循環(huán)檢測上，使CPU與外設串行工作，嚴重影響了 CPU的使用效率；2）外設的使用也不合理 (諸外設不能并行工作 )；3）無法支持多道程序并發(fā)執(zhí)行，整個系統(tǒng)效率很低。設備（ I/O）控制器： 是 CPU與 I/O設備之間的接口，設備不直接與 CPU進行通信，設備控制器接收從 CPU發(fā)來的命令，去控制 I/O設備工作，包括控制 /狀態(tài)寄存器和數(shù)據緩沖寄存器。 實現(xiàn)設備無關性的一個好辦法就是采用分層思想，逐層抽象。(二 )設備獨立性的類型：邏輯設備名 物理設備名設備管理8 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理(三 )設備管理分為兩層：1）輸入輸出控制系統(tǒng) 它與用戶相互交互，完成設備的分配、調度并向程序員提供一個統(tǒng)一的編程接口，實現(xiàn)了邏輯設備向物理設備的轉換。一個程序應該盡可能與它所使用的 I/O設備類型無關。7 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理一個程序應該獨立于分配給它的某種類型的具體設備。物理設備名 ：系統(tǒng)提供的設備標準名稱（絕對號）。例如，在 UNIX系統(tǒng)中從各種輸入設備輸入信息都使用系統(tǒng)調用read,向各種輸出設備傳送信息都使用系統(tǒng)調用 write.四、 設備獨立性 (設備無關性 )邏輯設備名： 用戶自己指定的設備名（設備類 所謂 方便 ，是指用戶能擺脫具體物理設備的繁瑣規(guī)定的束縛而方便靈活地使用設備。 指計算機的主存與設備之間的信息交換是以字符為單位進行的設備，由于每次只能傳送一個字符的信息，所以這類設備的速度較低，如 鍵盤、顯示器、打印機、卡片輸入機 等。一塊通常是 512個字節(jié)或 1K字節(jié)，由于信息交換以塊為單位進行，所以這類設備有較高的存取速度；如 磁盤、磁帶 等。5 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理4．按信息交換（單位）方式分類1）塊設備。輸入設備 ：是將外部世界來的信息輸送給計算機，如鍵盤、鼠標器、掃描儀等。2） 輸入輸出設備。4 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理3．從設備的使用特性分類1） 存儲設備。3） 虛擬設備。2） 共享設備。 指在在一段時間內只允許一個用戶（進程）訪問的設備，如 打印機、卡片輸入機 等。 指在系統(tǒng)生成時未登記于系統(tǒng)中的 非標準設備 。如鍵盤、打印機、磁盤等。1．按所屬關系分類1） 系統(tǒng)設備。2 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理三、設備的分類 計算機的 I/O設備種類很多，結構也較復雜，管理起來較困難，為了管理上的方便。 優(yōu)化設備的調度、提高設備的利用率。 向用戶提供統(tǒng)一、友好的使用界面。 啟動設備完成實際的輸入輸出操作。（ 包括：設備分配策略，分配的方式，分配技術和選擇用戶的算法 。二、設備管理的功能 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理第五章 設備管理 輸入輸出管理概念 數(shù)據傳送控制方式 中斷技術 緩沖技術 設備分配 I/O進程控制 設備驅動程序 磁盤的驅動調度 1 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理 輸入輸出管理概念一、設備管理的目的：1）合理地利用外部設備 :提高設備的并行性和均衡性 。2）方便用戶： 對各種不同的設備都使用同一界面 。 根據各類設備的特點確定相應的分配策略。） （設備獨立性） 外部設備： 除 CPU、主存之外的其它設備。通常按不同的觀點．從不同的角度對設備進行分類。 指在操作系統(tǒng)生成時已登記于系統(tǒng)中的 標準設備 。2） 用戶設備。用戶必須用某種方式把這類設備交給系統(tǒng)統(tǒng)一管理，如繪圖機、掃描儀等，3 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理2．從設備的共享屬性（資源分配角度）分類1） 獨占設備。系統(tǒng)一旦將這類設備分配給某一作業(yè)，就在作業(yè)整個運行期間都為它獨占。 指允許若干個用戶同時共享使用的設備，如磁盤、磁帶 等。 為提高設備的利用率，通過 Spooling技術把一臺獨占設備變換為若干臺邏輯設備，供若干個用戶（進程）同時使用，用來模擬獨占設備的那部分共享設備稱為 虛擬設備 。 指計算機用來存儲信息的設備：如磁盤、磁帶等。 包括輸入設備和輸出設備兩大類。輸出設備： 是將計算機處理或加工好的信息輸出給外部世界，如打印機、顯示器、繪圖機等。 指計算機的主存和外設之間的信息交換是以塊為單位進行的設備。2）字符設備。6 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理 計算機系統(tǒng)的輸入輸出設備種類、型號、規(guī)格繁多，所以必須屏蔽設備的物理特性，向用戶提供一個統(tǒng)一、簡便的使用接口，實現(xiàn)所謂的與設備無關性（設備獨立性）。 所謂 統(tǒng)一 ， 是指對各種不同的設備都使用同一界面。相對號）。(一 )設備獨立性： 用戶在編制程序時使用的設備與實際使用的設備無關，用戶程序中使用的是邏輯設備。 1）保護程序不會因為某一臺物理設備發(fā)生故障或已分配給其它程序而失效； 2）使操作系統(tǒng)根據當時總的設備配置情況自由地分配適當類型的設備。 指在 I/O信息時，可以從不同類型的設備上 I/O，若要改變設備的類型，程序只需做很少的修改。2）設備驅動程序 它直接與設備打交道，控制設備控制器，完成具體的輸入輸出。9 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理 數(shù)據傳輸控制方式一、 I／ O控制方式1）循環(huán)測試 I/O方式；2） I/O中斷方式；3） DMA方式；4）通道方式。10 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理 CPU與外設的活動本質上是異步的，為了實現(xiàn) CPU與外設間的信息傳送， CPU必須重復測試外設的狀態(tài)；僅當外設是處在準備好的狀態(tài)時， CPU才能與外設交換信息。 在早期計算機或現(xiàn)代一些簡單的微型計算機系統(tǒng)中采用循環(huán)測試傳送方式。1. 循環(huán)測試 I/O方式；11 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理2. I／ O中斷方式； 引入中斷技術后，每當設備完成 I／ O操作時，便向 CPU發(fā)出中斷請求信號，通知 CPU進行 I/O中斷處理。 例如 ,行式打印機每打印一行約需 60ms,在循環(huán)測試傳送方式中，大約有 CPU都處于循環(huán)測試中，在程序中斷 I／ O方式中， CPU僅用 務程序。12 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理優(yōu)點：1）程序中斷傳送方式改善了 CPU的利用率；2）使 CPU與外設并行操作。13 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理3. DMA傳送方式（直接內存存?。? 為了進一步減少 CPU對 I／ O的干預而引入了直接存儲器訪問方式。 為了實現(xiàn)控制器與主機之間成批數(shù)據的直接交換，必須在 DMA控制器中設置四類寄存器：(1)命令／狀態(tài)寄存器 CR；(2)數(shù)據緩沖寄存器 DR。(4)數(shù)據計數(shù)器 DC。2）同時發(fā)送本次要將數(shù)據讀入內存的起始地址到 MAR中 。4）將磁盤源地址直接送至 DMA控制器的 I/O控制邏輯上；5）然后啟動 DMA控制器進行數(shù)據傳送。此后的整個數(shù)據傳送便由 DMA控制器進行控制。 當 DMA硬件控制磁盤與存貯器之間進行信息交換時，每當磁盤把一個數(shù)據讀入控制器的數(shù)據緩沖區(qū)時， DMA控制器取代 CPU,接管地址總線的控制權，并按照 DMA控制器中的存貯器地址寄存器內容 ,把數(shù)據送入相應的存貯器單元中。16 操作系統(tǒng) 第五章 設備管理DMA方式的問題：1） DMA方式仍存在一定的局限性，如數(shù)據傳送的方向、存放數(shù)據的內存始址、傳送數(shù)據的長度都需要 CPU控制；2）每臺設備都需要配置一個 DMA控制器，當設備較多時，成本太高。 DMA方式較之中斷驅動方式，又是成百倍地減少了 CPU對I／ O的干預，進一步提高了 CPU與 I/O設備的并行程度。 它接收 CPU的委托，獨立地執(zhí)行自己的通道程序，管理和控制輸入輸出操作，實現(xiàn)主存貯器與外圍設備之間的成批數(shù)據傳送。通道有自己的簡單指令系統(tǒng)，數(shù)據傳送指令和設備控制指令等。 與 DMA方式相比，通道有更強