设备管理学习之概念篇（2）

一、设备的分类

1、按照设备传输速率分类

（1）低速设备：传输速率在几字节到几百字节的设备，如鼠标、键盘灯输入输出设备。

（2）中速设备：指传输速率在每秒钟数千个字节至数十千个字节的设备。典型的设备有行式打印机、激光打印机等

（3）高速设备：指传输速率在数百千个字节至数兆字节的设备。典型的设备有磁带机、磁盘机、光盘机等存储设备。

2、按功能分类

（1）输入输出设备：键盘、鼠标、显示器、打印机等设备，主要的任务就是输入或者输出。

（2）存储设备：磁带机、磁盘、光盘机，他们同时是输入输出设备，但是主要的功能是进行存储。

3、按数据传输的单位分类

（1）块设备（Block Device）：指以数据块为单位来组织和传送数据信息的设备。这类设备用于存储信息，有磁盘和磁带等。它属于有结构设备。典型的块设备是磁盘，每个盘块的大小为512B～4KB，磁盘设备的基本特征是：①传输速率较高，通常每秒钟为几兆位；②它是可寻址的，即可随机地读/写任意一块；③磁盘设备的I/O采用DMA方式。

（2）字符设备（Character Device）：指以单个字符为单位来传送数据信息的设备。这类设备一般用于数据的输入和输出，有交互式终端、打印机等。它属于无结构设备。字符设备的基本特征是：①传输速率较低；②不可寻址，即不能指定输入时的源地址或输出时的目标地址；③字符设备的I／O常采用中断驱动方式。

4、按资源分配角度分类

（1）独占设备：指在一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备，只有等到操作完成后才能释放资源，大多数低速的I/O设备，如用户终端、打印机等属于这类设备。因为独占设备属于临界资源，所以多个并发进程必须互斥地进行访问。

（2）共享设备：指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。宏观上是轮询访问，通过调度完成访问。显然，共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备。典型的共享设备是磁盘。共享设备不仅可以获得良好的设备利用率，而且是实现文件系统和数据库系统的物质基础。

（3）虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户（进程）共享的逻辑设备。一般可以利用假脱机技术（SPOOLing技术）实现虚拟设备。

二、设备控制器

　　设备的电子部分叫做设备控制器或适配器。设备控制器的主要职责是控制一个或多个I／O设备，以实现I／O设备和计算机之间的数据交换。在小型和微型机中，它常采用印刷电路卡插入计算机中，控制器卡上通常有一个插座，通过电缆与设备相连，控制器和设备之间的接口是一个标准接口，它符合ANSI、IEEE或ISO这样的国际标准。

　　设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它既要与CPU通信，又要与设备通信、还应具有按照CPU所发来的命令去控制设备工作的功能。因此，现有的大多数控制器都是由以下三部分组成的：设备控制器与处理器的接口、设控制器与设备的接口、I/O逻辑。设备控制器与处理机的接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信。共有三类信号线：数据线、地址线和控制线。数据线是双向的，地址线和控制线是单向的。

　　数据线通常与三类寄存器相连接，它们有不同的地址。第一类是数据寄存器(可能有多个)，用于存放从设备送来的数据(输入)或从CPU送来的数据(输出)；第二类是控制寄存器(也可能有多个)，用于存放从CPU送来的控制信息信息；第三类是状态寄存器(可以简单到只有一位状态位)，用于存放设备的状态信息。数据的传递通过数据线传输。

　　I/O逻辑是对设备进行控制和记录设备的数据和状态信息，与cpu通过控制线和地址线相连接。I/O逻辑的功能是将cpu发送的I/O命令（通过控制线）解析然后控制设备进行操作，还有将cpu发送的设备地址（通过地址线）进行解析选择设备接口。在I/O逻辑中还有中断控制逻辑，产生中断请求线INT输出，在控制状态寄存器上有相应的中断允许位，然后将中断通过控制线传递给cpu进行中断处理程序和唤醒设备驱动程序。

图4-1所示，核心是I/O逻辑。



　　设备控制器是可寻址的，跟内存的寻址方式是相同的，设备控制器的地址个数根据所连接的设备的个数确定，每个连接到设备控制器的设备都有唯一的地址。

　　设备控制器的功能：接收和识别cpu发来的命令，实现cpu和控制器及控制器和设备之间的数据交换，记录和报告设备的状态，设备的地址识别。

三、设备管理的目标

（1）提高设备的利用率。为此，应尽量提高CPU与I/O设备之间的并行操作程度，主要利用的技术有：中断技术、DMA技术、通道技术、缓冲技术。

（2）为用户提供方便、统一的界面。所谓方便，是指用户能独立于具体设备的复杂物理特性之外而方便地使用设备。所谓统一，是指对不同的设备尽量使用统一的操作方式，例如各种字符设备用一种I/O操作方式。这就要求用户操作的是简便的逻辑设备，而具体的I/O物理设备由操作系统去实现，这种性能常常被称为设备的独立性（设备无关性）。