操作系统原理教程涵盖了设备管理的重要概念和技术，这对于理解操作系统如何高效管理硬件资源至关重要。在设备管理中，主要目标包括熟悉设备管理的功能，掌握输入输出（I/O）控制的策略，了解缓冲技术以及SPOOLing技术，并熟悉设备的分配和处理。
设备管理的任务主要是响应用户的I/O请求，合理分配和回收I/O设备，提升CPU与I/O设备的利用率，提高设备的运行效率，并简化用户对设备的使用。设备管理包含以下几个核心功能：
1. **缓冲管理**：缓冲区的使用是为了平衡不同设备间的速度差异，提高系统效率。通过设置不同类型的缓冲区，可以有效地缓存数据，减少等待时间。
2. **设备分配**：依据用户的I/O需求，操作系统需要合理分配设备。这涉及到设备控制表、控制器控制表等数据结构的使用，确保设备资源的有效分配。
3. **设备处理**：这是CPU与设备控制器之间通信的过程，通常通过设备处理程序实现。
4. **虚拟设备**：虚拟设备技术能够将原本只能被单个进程使用的物理设备改造成可被多个进程共享，提高设备利用率。
设备的分类有助于我们更好地理解和管理它们：
1. **按从属关系**：系统设备和用户设备。
2. **按操作特性**：存储设备和I/O设备。
3. **按共享属性**：独享设备、共享设备和虚拟设备。
4. **按信息交换单位**：块设备和字符设备。
输入输出系统是操作系统中关键的一部分，它包括I/O系统的结构、设备控制器、I/O通道以及控制方式。I/O系统通常有微机I/O系统结构，其中可能包含I/O通道，如字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道，这些通道负责处理I/O任务。
控制方式主要有四种：
1. **程序直接控制**：简单但可能导致CPU利用率低下，因为它需要不断地检查设备状态。
2. **中断控制**：当设备完成操作时，通过中断信号通知CPU，提高了CPU效率。
3. **直接存储器存取（DMA）控制**：数据直接在设备和内存之间传输，不经过CPU。
4. **通道控制**：使用I/O通道处理数据传输，进一步减轻CPU负担。
I/O设备控制器作为CPU和设备间的桥梁，负责接收和执行命令，进行数据交换，报告设备状态，并识别设备地址。控制器通常由控制逻辑、数据寄存器和状态寄存器三部分组成。
操作系统原理教程PPT学习教案详细讲解了设备管理的基本概念、功能和实现方法，帮助学习者理解操作系统如何高效地管理硬件资源，特别是I/O设备，以提升整个系统的性能和用户体验。
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