第七章 设备管理
7．1 I/O系统组成
7．2 I/O控制方式
7．3 缓冲管理
7．4 设备分配
7．5 设备处理
7．1 I/O系统组成
7．1．1 I/O系统的结构
一、微型机I/O系统——总线I/O系统结构
二、 主机I/O系统——通道I/O系统结构
7．1．2 I/O设备
一、I/O设备的类型
1．按传输速率分
低速设备——几个～数百个 B/S
中速设备——数K～数十KB/S
高速设备——数百K～数MB/S
2．按信息交换的单位分类
块设备——用于存储信息，信息的存取以数据块为单位。特征：传输速率较高；可寻址；采用DMA方式
字符设备——用于数据的输入和输出，基本单位是字符。特征：传输速率较低；不可寻址；采用中断驱动方式。
3．按设备的共享属性分类
独占设备——一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备。
共享设备——一段时间内允许多个进程同时访问的设备。
虚拟设备——通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备。
二、设备与控制器之间的接口
数据信号；控制信号；状态信号
7．1．3 设备控制器
一、设备控制器的功能
1．接收和识别命令
2．数据交换
3．设备状态的了解和报告
二、设备控制器的组成
1．设备控制器与处理机的接口
2．设备控制器与设备的接口
3．I/O逻辑
7．1．4 I/O通道
一、通道设备的引入
二、通道类型
1．字节多路通道（Byte Multiplexor Channal）
2．数组选择通道（Block Selector Channal）
3．数组多路通道
三、“瓶颈”问题
7．2 I/O控制方式
（学生自行阅读，着重介绍通道方式）
一、程序I/O方式
二、中断驱动I/O控制方式
三、 直接存储器访问DMA控制方式
1． DMA控制方式的引入
2． DMA控制器的组成
命令/状态寄存器CR、内存地址寄存器MAR、数据寄存器DR、数据计数器DC
3． DMA工作过程
四、I/O通道控制方式
1． I/O通道控制方式的引入
2． 通道程序
7．3 缓冲管理
1．缓冲的引入
缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；
减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制；
提高CPU和I/O设备之间的并行性。
2．单缓冲
3．双缓冲
4． 循环缓冲
⑴组成——多个缓冲区、多个指针
⑵缓冲区的使用——Getbuf过程、Releasebuf过程
⑶进程同步——Nexti指针追上Nextg指针、Nextg指针追上Nexti指针
5． 缓冲池
⑴缓冲池的组成——空缓冲队列emq、输入队列inq、输出队列outq
⑵Getbuf过程和Putbuf过程
⑶缓冲区的工作方式——收容输入工作方式、提取输出工作方式、收容输出工作方式、提取输出工作方式
7．4设备分配
1．设备分配中的数据结构
逻辑设备表（LUT）→系统设备表（SDT）→设备控制表（DCT）→控制器控制表（COCT）→通道控制表（CHCT）
2．设备分配时应考虑的若干因素
⑴考虑设备的固有属性
独享设备、共享设备、虚拟设备
⑵设备分配算法：
先来先服务、优先级高者优先
⑶设备分配的安全性
安全分配方式
不安全分配方式
3．设备独立性
⑴设备独立性
设备独立性概念：应用程序独立于具体使用的物理设备
设备独立性优点：设备分配时的灵活性；易于实现I/O重定向
⑵设备独立性软件
完成功能：执行所有设备的公有操作；向用户层（或文件层）软件提供统一的接口
⑶逻辑设备名到物理设备名映射的实现
逻辑设备表（LUT）；LUT的设置问题——整个系统设置一张LUT、每个用户设置一张LUT
4．独占设备的分配程序
⑴基本的设备分配程序
分配设备
分配控制器
分配通道
⑵设备分配程序的改进
增加设备的独立性
考虑多通路情况
5．SPOOLING技术
⑴什么是SPOOLING——（Simultaneous Peripheral Operations On-Line）假脱机操作
⑵SPOOLING系统的组成
输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程
⑶共享打印机
⑷SPOOLING系统的特点
提高了I/O速度、将独占设备改造为共享设备、实现了虚拟设备功能
7．5 设备处理
1．设备驱动程序的功能和特点
⑴设备驱动程序的功能
⑵设备处理方式
⑶设备驱动程序的特点
2．设备驱动程序的处理过程
将抽象要求转换为具体要求；
检查I/O请求的合法性；
读出和检查设备的状态；
传送必要的参数；
方式的设置；
启动I/O设备。
3．中断处理程序的处理过程
唤醒被阻塞的驱动程序进程；
保护被中断进程的CPU环境；
分析中断的原因、转入相应的设备中断处理程序；
进行中断处理；
恢复被中断进程的现场。