计算机操作系统--设备管理(PPT 71页).pptx

【计算机操作系统--设备管理】 设备管理是计算机操作系统的重要组成部分，主要负责协调计算机硬件与软件之间的交互，特别是输入输出（I/O）操作。本篇PPT详细介绍了设备管理的多个方面，包括输入输出系统、I/O控制方式、缓冲管理、设备分配、设备处理以及磁盘存储管理。 ### 第一节 输入输出系统 输入输出系统（I/O System）是计算机系统与外部设备间通信的桥梁。I/O设备根据其传输速率、信息交换单位和共享属性分为低速、中速、高速设备，块设备和字符设备，以及独占、共享和虚拟设备。设备与控制器之间的接口通常包含接口芯片或接口板，以及数据、控制和状态信号线。设备控制器的功能包括接收和识别CPU命令、数据交换、记录设备状态以及识别设备地址。 ### 第二节 输入输出控制方式 1. **程序I/O方式**：在CPU的控制下，通过程序反复检查设备状态，直到I/O操作完成，但这种方式效率低下，因为CPU大部分时间都在等待I/O操作完成。 2. **中断驱动I/O方式**：当设备完成操作时，它会向CPU发送中断请求，CPU响应后执行中断处理程序，从而解放CPU使其可以执行其他任务。 3. **DMA（直接存储器访问）控制方式**：I/O设备直接与内存交换数据，无需CPU介入，提高数据传输速度。 4. **I/O通道控制方式**：通道作为专门的I/O处理机，通过执行通道程序来控制I/O操作，如字节多路、数组选择和数组多路通道，它们能够进一步减轻CPU负担并提高系统效率。 ### 第三节 缓冲管理 缓冲技术用于解决I/O设备与CPU之间速度不匹配的问题。数据在缓冲区中暂时存储，当设备准备好数据或CPU准备好接收数据时，数据会在缓冲区中进行交换，避免了两者之间的直接同步等待。 ### 第四节 设备分配 设备分配涉及如何将设备分配给进程，包括选择合适的设备、分配设备控制器和设备号，以及管理设备状态。合理的设备分配可以提高设备利用率，减少冲突。 ### 第五节 设备处理 设备处理涉及设备驱动程序的执行，这些程序是操作系统的一部分，负责解释I/O请求，与设备控制器通信，并处理与设备操作相关的异常。 ### 第六节 磁盘存储管理 磁盘是计算机中常用的存储设备，其管理包括磁盘调度算法、磁盘空间分配策略以及磁盘的物理和逻辑组织结构。磁盘调度旨在优化I/O性能，如FIFO、短寻道时间优先和电梯调度算法。 ### 系统总线和I/O接口 系统总线是连接CPU、内存和I/O设备的关键组件，其性能指标如时钟频率、带宽和传输速率决定了系统的整体性能。常见的总线标准包括ISA、EISA、VESA和PCI，随着技术的发展，总线不断演进以适应更高的数据传输速率和更多的设备连接需求。 综上所述，设备管理在操作系统中扮演着至关重要的角色，有效地管理I/O操作和设备资源，提高了系统的整体效率和用户满意度。通过理解这些概念，我们可以更好地设计和优化操作系统，以满足现代计算环境的需求。