操作系统设备管理：Lecture15 I/O控制与设备使用

“操作系统课件：Lecture15 设备控制使用方法.pdf”主要涵盖了设备管理的基础知识，包括设备管理的目标、功能、任务，以及I/O硬件的组成和控制方式。课程旨在帮助学习者理解I/O控制的原理，掌握设备的使用方法，并重点关注了三种不同的I/O控制方式和设备使用方法。 在设备管理中，目标是提高设备的利用率，通过增加CPU与I/O设备的并行操作来优化系统效率。为了便于用户使用，操作系统提供了统一且方便的设备访问接口，使得用户无需了解设备的具体物理特性。设备管理的任务包括跟踪设备状态、设备分配与释放、缓冲区管理、物理I/O操作、用户接口设计以及设备访问和控制。其中，I/O缓冲和调度是提升系统性能的关键。 I/O硬件通常包括I/O端口、I/O接口和设备控制器。I/O端口是设备在I/O总线上的地址集合，设备寄存器通过端口号进行标识。I/O接口作为连接设备控制器和I/O端口的硬件电路，而I/O总线则负责CPU与设备间的通信。设备控制器是设备的电子部分，它接收CPU的命令，控制设备的工作，降低了CPU直接参与I/O操作的负担。 设备控制器在不同类型的设备间起着桥梁作用，如字符设备、块设备、网络通信设备等，它们各自有不同的功能、控制复杂性和数据传输单位。因此，操作系统需要通过设备驱动程序来适配这些差异，提供一致的用户接口。 I/O控制方式主要有三种：程序控制方式、中断方式和DMA（直接存储器访问）方式。程序控制方式中，CPU需等待I/O操作完成；中断方式允许CPU在I/O操作期间执行其他任务，但在I/O完成后需要处理中断；DMA方式则允许数据直接在设备和内存之间传输，减少了CPU的参与。 这门课件深入讲解了设备管理的各个方面，包括硬件结构和控制策略，为理解和实践操作系统中的设备管理提供了坚实基础。学习者可以通过理解这些概念，进一步掌握如何有效地管理和使用计算机系统的各种外部设备。