操作系统之设备管理简介

操作系统之设备管理

I/O硬件
- 分类
- 组成
I/O通信——编制方式
- I/O独立编址
- 内存映射编址
- 混合编址
I/O控制方式
- - 程序直接控制
- 中断驱动方式
- DMA直接存储方式
- I/O通道
I/O软件
- 设备独立性软件
- 设备驱动程序
- 中断处理程序
- 硬件

I/O硬件

组成

一个I/O单元由两部分组成，分别是机械部分和电子部分
机械部分是指具体设备，比如显示器、键盘，电子设备是操作系统中说的硬件，是指设备控制器。

设备控制器包含各种寄存器，如控制寄存器存储读写指令，数据寄存器、状态寄存器

设备控制器负责根据物理设备读写寄存器内容，这些寄存器内容后面又驱动程序进行解析。

I/O通信——编制方式

I/O独立编址

控制器中每一个寄存器分配一个端口号，称为I/O端口地址，然后用专门的指令对端口进行读写操作。

内存映射编址

所有控制器当中每一个寄存器都映射为一个内存地址，专门用于I/O操作
但是每一次的寻址都要判断访问的是内存还是I/O
CPU、内存、I/O设备都链接在总线上，则传输速率应该按照最慢的传输

混合编址

对于设备控制器中寄存器采用独立编址
设备的数据缓冲区采用内存映射编址

编址后的获得数据的方式：单总线——双总线——南北桥

I/O控制方式

程序直接控制

CPU向I/O模块发出读写指令，CPU会从状态寄存器读取I/O状态，如果是忙碌，则继续轮询检查
优点：实现简单，在读写指令之后加入轮询查询指令即可。
缺点：CPU长期处于忙等待状态，CPU利用流程极低。

中断驱动方式

I/O控制器从CPU接受一个指令，然后从外围设备读，一旦数据读入到控制器的数据寄存器，便通过控制线给CPU发出中断信号，表示已经准备好
优点：CPU和I/O可并行，利用率提高
缺点：每个字都会触发一次中断

DMA直接存储方式

数据流向是从设备直接到内存或者是从内存直接到设备，不再使用CPU作为作为中间者
DMA控制器当所有数据块传输完成后才会触发中断
但是，DMA读入内存的时候内存忙，CPU此时无法都内存，只能访问cache，所以提出机制，CPU可以打断DMA
优点：CPU利用率再次提高
缺点：不连续的数据块依旧会多次触发中断

I/O通道

I/O软件

设备独立性软件

又称为设备无关性软件
建立逻辑设备名到物理设备名映射关系，根据设备类型选择调用相应驱动程序
例如，去学校打印店打印时，需要选择打印机1、打印机2，这就是逻辑设备名

设备驱动程序

为何不同设备需要不同驱动程序？
佳能打印机的厂家规定状态寄存器为0表示空闲，1表示忙碌，有两个数据寄存器
惠普打印机的厂家规定状态寄存器为1表示空闲，1表示忙碌，有一个数据寄存器
厂家必须提供与设备相应驱动程序，CPU执行驱动程序指令序列，完成设置寄存器，检查状态
厂家会把驱动程序上传至微软官网，微软官网会进行而已检测，不交钱就删掉对应驱动城西，识别不了无法用，

中断处理程序

当I/O任务完成之后，I/O控制器会发生中断信号，系统会根据中断号找到对应程序处理
进程需求读写时也会调用中断——进程切换

硬件

执行I/O操作，是指控制器