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1、8.1 设备管理基础,一、 设备：除开cpu以及内存以外的所有设备 (I/O设备，系统支持设备等)。,(a) 外部设备：打印机、显示器、光盘、磁盘(硬、软)、键盘、磁带、通讯设备(老式磁鼓、卡片机等),(b) 计算机设备如何与外设相连,i) 适配器(adaptr):,I/O接口：每个I/O子系统都是由,I/o设备是为computer执行某种特定功能(打印显示、存或取数据)，而I/o接口是控制I/o设备按cpu的命令工作，它也负责把computer的数据格式转换成I/o设备所要求的格式(或相反)，同时还负责发送中断请求并接受处理机发出的中断响应回答等工作， I/o接口还为I/o设备提供了数据缓冲
2、的功能。,I/O接口中通常包含,数据缓冲寄存器,状态寄存器,I/O接口常与CPU、存储器做在同一块主板上。,常用适配卡：,1) 磁盘驱动器卡、CDROM接口卡,2) 显示卡(彩显、单显),3) 扫描仪接口卡,4) 声卡、汉卡,5) 防病毒卡,ii) I/O处理器(Iop),输入输出处理机又称通道，在大型机的结构中和通常的教科书中，术语“ 通道”专指专门用来负责输入输出工作的处理机(简称IO处理机)。比起中央处理机CPU来，通道是一个比CPU功能较弱、速度较慢、价格较为便宜的处理机。,IO处理机和CPU共享主存储器。在微型计算机中，IO处理机并不是通道，它就称为 IO处理机。因为微型计算机中，“
3、 通道”指DMA或与I/O处理机相连设备的单纯的数据传递通路，并不具有处理机的功能。,(a) 按所属关系,系统设备 在o.s生成时已登记于系统中的标准设备,用户设备 在o.s生成时未已登记于系统中的非标准设备,二、 设备的简单分类,(b) 按资源分：,独占设备 低速 (打印机),共享设备 磁盘,虚拟设备 spooling 技术,人们常通过共享设备来模拟独占型设备的动作，使独占型设备成为共享设备，从而提高了设备利用率和系统的效率，这种技术被称为虚拟设备技术，实现这一技术的硬件和软件系统被称为SPOOL，或称为假脱机系统。,假定某系统的全部行式打印机采用了虚拟设备技术(即使用了SPOOL技术)，当
4、某进程要求打印输出时，输出SPOOL并不是把某台打印机分配给该进程，而是在某共享设备(磁盘)上的输出SPOOL存储区中，为其分配一块存储空间，同时为该进程的输出数据建立一个文件(文件名可缺省)。该进程的输出数据实际上并未从打印机上输出，而只是以文件形式输出，并暂存放在输出SPOOL存储区中。这个输出文件实际上相当于虚拟的行式打印机。各进程的输出都以文件形式暂时存放在输出SPOOL存储区中并形成了一个输出队列，由输出SPOOL控制打印机进程，依次将输出队列中的各进程的输出文件最后实际地打印输出。,SPOOL系统的特点：,1. 用户进程并未真正分得打印机，或者说打印机并未分给某个进程独占地使用。,
5、2. 用户进程实际被发给的不是打印设备，而是共享设备中的一个存储区，即虚拟设备。,3. 独享设备使用效率提高了，从而系统效率也提高了。,该输出SPOOL的程序结构大致可描述如下：,begin repeatif “输出队列为空” then WAIT “从输出队列取下一个文件”； “打开该文件”； begin repeat “从磁盘缓冲区中读一文件行”； “打印该文件输出行”； “等待打印机完成中断”； until (end of file) end forever end,本程序中主要是输出SPOOL的打印发送部分 由输出队列中逐个打印输出。通常还应有接收部分 将用户进程的输出放入输出队列，并为
6、之建立输出文件。这部分可与文件系统结合，在此从略。,(c) 按基本信息单位分：,字符设备 处理信息以字符为单位，慢(打印机),块设备 以一组数据为单位(512字节)，快(磁盘),三、 部分设备特性简介：,(i) 磁盘软盘、硬盘,参数：驱动器(A.B.C)，面(磁头号)，磁道(柱面号)，扇区,例：,1. 虽然同样的扇区由于所处的磁道位置不同，其实际的物理长度不同，(离园心近的磁道上的扇区长度小于离园心远的)但它们所记录的信息量却是相等，512个字节/每扇区。,2. 设备管理：接道和扇区进行读写。对磁盘迭中的一个物理记录进行定位。需要三个参数：,(1) 柱面号,(2) 磁头号,(3) 扇区号,3.
7、 磁盘容量的计算：,1) 表格(容量，道，扇区面对照表),2) 计算:,360k软盘：24090.5k360k,1.2M软盘：280150.5k1.2M,1.44M软盘：280180.5k 1.44M,A. MSDOS中文件的逻辑结构是流式文件结构，即文件存储结构采用链接文件结构，但链接指针不是保存在文件的信息块中，而是集中保存在文件定位表FAT中。在MSDOS中盘空间的分配单位是“ 簇”，簇的大小由盘的类型决定，对于双面软盘，簇的大小为1KB (两个磁盘块)。,B. 文件定位表FAT的每一个登记项用12位或16位，当硬盘大于10M字节时用16位的登记项组成FAT。 FAT的前两个登记项用来标
8、记盘的类型，双面软盘的类型标记为FDFFFF。第三个登记项开始表示盘簇的分配情况，以12位的登记项为例，它们的含意为：,C. 文件信息的起始簇号登记在该文件的目录项中，文件定位表的结构如下图：,D、E. 在MSDOS中的链接文件结构有四个特点：一是在文件目录项中只要指出文件的首簇号，因此，即使文件很大也只需要一个目录项；二是文件的长度仅受盘空间的限制；三是文件定位表FAT也起到了“ 磁盘空间分配表”的作用，而不必再另用位示图等来表示磁盘空间的分配情况了，FAT中为“ 000”的登记项所对应的簇号就是当前空闲的盘空间；四是MSDOS把文件的链接指针集中在FAT中，而不是分散在磁盘块中，因此，能很
9、快地找到文件的存放位置，这种链接结构既可采用顺序存取方式又可有效地进行随机存取。,8.2 设备管理概述,1. 设备绝对号、相对号、类型号：,一个计算机系统中的可配置有多种类型的外设，而同一类型的外设又可有多台。,通常将系统中的每一台设备按某种原则进行编号，这些编号就作为硬件区分和识别设备的代号，称为设备的绝对号。,因为用户不可能知道哪一台正被使用，那台空闲，所以为提高利用率，避免多道程序中用户使用设备时发生矛盾，把调度和管理外设的工作交给os完成，用户使用外设时，只需向系统说明所需使用的设备类型即可，至于实际使用的该类设备的那一台，由os去调度，引出设备类型号为每一类外设规定的编号。,例 ：U
10、NIX系统中,主设备号 类型号,次设备号 第几台设备,引出设备相对号：即标识的方法类似于存储管理中的相对地址，是用户自己规定并使用系统能了解他要使用的是这几台同类设备中的哪一台(通常用一个整数来表示)。,如：Lp 代表行式打印机,Lp1 代表行式打印机 第一台,优点：,方便用户编程,提高了设备的利用率,例：PC： PRN：LPT1，LPT2,CON：Com1，Com2,Type readme. TxTPRN,(1) 记住所有设备，控制器和通道的状态。,(2) 按用户要求启动具体设备进行数据传输操作，并且处理设备的中断。,(3) 在现代多道程序系统中，系统中的进程数总是多于I/O设备数，按一定的
11、算法在诸进程间调度和分配设备。,编制输入输出程序是相当复杂的，由操作系统来负责输入输出工作，使系统形成一种对“ 用户友好”的环境，目前许多系统都提供了标准的输入输出控制系统供用户使用。,方便性：,将用户所用的设备的机器中实际进行I/o操作的物理设备相分离，仅使用逻辑设备名，这样用户仅与逻辑名设备有关，而与具体的物理设备无关。设备独立性包含两个方面的内容。第一个内容，一个程序应该与给定设备类型中的哪一台设备供其使用无关。第二个内容，要求用户程序尽可能地与设备类型无关。这个要求意味着程序不要对具体的物理设备进行操作，而是从“ 虚拟设备”上进行操作。,设备独立性：,为了提高设备利用率和系统效率，设备管理的设计应能使各设备的数据传输与CPU运行能高度重叠，使各设备充分地并行工作。,并行性：,由于输入输出操作往往成为计算机系统中的“ 瓶颈”部分，因此设备管理设计应习可能地使设备有效地工作。,有效性与均衡性：,8.3 设备分配,o.s的设备管理的功能之一就是为计算机接收的每个作业分配它们所需要的外部设备。,一、分配的原则：,1. 考虑设备的固有特性，该设备仅适于某进程独占还是可供几个进程共享。,2. 所采用的分配算法,是FCFS，还是优先数最高者优先服务的方式。,3. 注意分配的安全性，避免发生死锁,
