設備管理 | 設備管理概述

I/O系統結構

微機I/O系統結構：匯流排型I/O系統結構

在匯流排型IO系統結構中，設備與CPU已經存儲器之間是用過一組匯流排進行連接的。

匯流排是一組線和一組嚴格定義的可以描述在線上傳輸信息的協議，這一組線用來連接多個設備，這種連接稱為匯流排。

匯流排的類型主要有數據匯流排、地址匯流排和控制匯流排。

數據匯流排傳輸數據，地址匯流排傳輸地址信號，控制匯流排傳輸控制信號。

為了提高CPU與主存之間的數據交換速度通常在兩者這件會設置一條局部高速匯流排。

一個典型的PC匯流排結構

主機I/O系統結構：加入通道結構

在這裡設備和CPU是通過通道來進行連接的。

I/O通道是一種特殊的處理機，它控制設備與內存直接進行數據交換 。

I/O通道與一般處理機的相同點：

• 通道有自己的指令集並且能夠執行指令。

I/O通道與一般的處理機的區別：

• 通道的指令類型單一，主要局限於與I/O操作有關的指令；
• 通道沒有自己的內存，是與CPU共享內存。

I/O設備的類型

按照設備傳輸數據的快慢可以分為高速設備、中速設備和低速設備。

按照設備的共享屬性可以分為獨佔設備、共享設備。

按信息交換的單位（一次I/O操作的最小數據傳輸單位）分類，可以分為塊設備、字元設備和網路設備（Linux中）。

塊設備

以數據塊為單位來傳送數據的設備，如磁碟，其盤面號、磁軌號和扇區號可以直接的表示它。

特點：

• 信息交換的單位為等長數據塊；
• 可定址；
• I/O控制採用DMA方式。
• 信息存儲設備

字元設備

以單個字元為單位來傳送信息的設備，如終端、印表機。

特點：

• 信息交換的單位為字元或位元組；
• 不可定址；
• I/O控制採用中斷驅動方式。
• 信息輸入輸出設備

網路設備

負責計算機之間的信息傳輸，兼具字元設備和塊設備的特點，如數據機、網卡等。其傳輸速度位於字元設備和塊設備之間。

設備管理功能

• 跟蹤設備狀態：動態地記錄各種設備的狀態
• 設備分配：獨佔設備；共享設備；虛擬設備
• 靜態分配 —— 應用程序級或作業級
• 程序進入系統時進行分配，退出系統時收回全部資源
• 動態分配 —— 進程級
• 進程提出設備申請時進行分配，使用完畢後立即收回
• 動態分配可以提高資源的利用率，但是存在著死鎖的風險。
• 緩衝管理：緩和CPU與設備間速度不匹配的矛盾
• 設備控制：設備驅動+中斷處理
• 設備驅動：控制設備完成具體的IO操作
• 中斷處理：當這次的IO操作完成後用來處理這一次IO操作的中斷工作。

設備管理的目標

• 提高設備利用率
• 合理分配設備
• 提高設備與CPU、各外部設備之間的並行性
• 方便用戶的使用
• 提供使用方便且獨立於設備的界面
• 統一：對各種不同的設備提供一致的界面
• 對於一系列的操作設備，如磁碟、鍵盤等系統都提供統一的 read 操作界面。
• 獨立於設備：用戶使用的設備與物理設備無關
• 用戶直接與邏輯設備進行交互，與設備的物理特性無關。

推薦閱讀：