電腦操作系統基礎——5 設備管理

3.5 設備管理
3.5.1 設備管理概述

設備管理的重要任務是負責控制和操縱所有I/O設備；實現不同類型的I/O設備之間、I/O設備與CPU之間、I/O設備與通道和I/O設備與控制器之間的數據傳輸，使它們能協調地工作；為用戶提供高效、便捷的I/O操作服務。

（1）設備管理的目的：

n      方便用戶操作。

n      提高設備利用率和處理效率。

n      設備獨立於用戶程序。

（2）設備分類：

n      按資源分配分類：獨占設備、共享設備、虛擬設備

n      數據組織和存取方式分類：字符設備、塊設備

（3）設備控制器

n      計算機的I/O設備一般包含機械部分和電子部分。

n      電子部分被稱為設備控制器，它負責在CPU和I/O設備之間傳輸數據，機械部分負責實現I/O的操作。

（4）通道

n      在現代計算機系統中，把專門負責I/O操作的處理機稱為通道。

n      由於引入通道，使得CPU和通道、通道和通道、通道和控制器之間以及通道和設備之間充分並行工作，從而使I/O系統形成了一個完整、獨立的系統體系結構。

（5）設備管理的功能

n      建立設備管理數據記錄

n      設備分配

n      緩沖區管理

n      實現I/O操作
3.5.2 輸入/輸出控制方式

數據在計算機中處理，要解決數據在計算機中的傳輸問題。例如，信息在打印機或顯示器上輸出，就要解決把數據信息傳輸到打印機或顯示器。使用I/O設備完成輸入/輸出的過程，就是CPU和I/O設備之間數據傳送的過程。傳送數據一般有三種方式：程序控制方式、DMA方式和通道控制方式。

（1）    程序控制方式

這種方式是由CPU執行程序來控制I/O設備的數據傳輸和操作。常用方法有三種：無條件傳輸方式、循環檢測方式和中斷控制方式

無條件傳輸方式：在任何時候，只要需要，CPU就可以立即啟動I/O傳輸，這種方式適用於那些總是准備好的簡單設備，如開關、指示燈、電機、繼電器等。

循環檢測方式：它是通過設置一個測試I/O設備“忙/閒”狀態的觸發器，由CPU循環進行探測；若設備“閒”，則執行I/O操作；若“忙”，則CPU不斷對它進行探測，直到設備“閒”下來為止。在早期計算機系統中主要采用這種方式。

中斷控制方式。它的核心思想是使I/O設備具有主動“匯報”能力；每當完成I/O操作後，便給CPU發一個中斷請求信號。只有當CPU接到I/O設備中斷請求後，才處理I/O操作。這種控制方式具有支持多道程序處理和I/O設備並行操作的功能，提高了資源的利用率。但是I/O操作還依賴於CPU，還可能會發生因中斷次數劇增CPU無法及時響應而造成數據丟失的情況。

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