设备管理：类别、资源与I/O技术详解

第五章设备管理深入探讨了设备在计算机系统中的角色和管理策略。设备的类别是本章的核心内容，主要包括外存/辅存和输入/输出（I/O）设备。外存负责长期存储数据，而I/O设备则是处理输入和输出操作的关键组件。这些设备根据功能和使用方式被划分为不同的类别： 1. 系统设备：操作系统在安装时就已经配置好的标准设备，如硬盘、打印机等，它们是操作系统不可或缺的一部分。 2. 用户设备：由用户自行提供或安装，通常是非标准设备，如USB驱动器、网络设备等，用户可以根据需要进行添加或管理。 设备的信息组织和处理方式根据不同类型有所不同： - 块设备：数据以固定大小的块进行处理，适用于需要大量一次性读写的场景，如硬盘驱动器。 - 字符设备：数据按字符单位处理，适合需要逐个字符传输的设备，如键盘和鼠标。 设备的资源分配机制也至关重要： - 独占设备：分配后仅限于特定进程或用户使用，直到任务完成。 - 共享设备：多个并发请求可以共享，提高了资源利用率。 - 虚拟设备：通过软件技术（SPOOLing，即Simultaneous Peripheral Operations On-line）将独占设备转换为可被多个进程共享，利用大容量共享设备的缓冲空间。 设备管理的主要任务包括： - 设备选择和分配：确保数据传输到正确的设备，并协调进程对设备的访问。 - 数据控制：管理CPU与I/O设备之间的数据交换，确保数据正确无误地传输。 - 提供接口：为用户提供易于使用的接口，隐藏设备的复杂性。 - 优化性能：通过调度和并行处理，最大化设备的使用效率。 此外，章节还讨论了设备控制器，它是硬件和I/O设备之间的桥梁，负责数据的接收、处理和发送。控制器的基本功能包括数据缓冲、地址解码和控制信号生成。I/O系统按照其功能进一步分类，如控制字符设备和块设备的控制器。 通道技术是I/O系统中的一个重要概念，它是一种特殊的处理器，独立于CPU执行I/O操作，允许多个I/O任务并行处理。通道能够执行预先编好的程序，控制数据在内存和设备间的传输，提高系统的并发性和效率。 通过对这些内容的深入理解和掌握，学习者能够更好地理解计算机系统中设备管理的复杂性和优化策略，以及如何设计和实现高效的I/O子系统。