计算机操作系统中的设备管理与I/O系统

"该资源是关于计算机操作系统的第五章，主要讲解了设备管理，包括输入输出系统、I/O设备、设备控制器、I/O通道以及总线系统。" 在计算机操作系统中，设备管理是一个至关重要的部分，它确保了硬件资源的有效利用和高效运行。本章首先介绍了输入输出系统（I/O系统），这是计算机与外部世界交互的关键途径。I/O设备分为不同的类别：根据传输速率分为低速、中速和高速设备；按照信息交换单位分为块设备（如硬盘）和字符设备（如键盘、鼠标）；按照共享属性则有独占设备、共享设备和虚拟设备。 设备控制器是连接CPU和I/O设备的桥梁，其主要任务包括接收并识别CPU的命令，执行数据交换，记录设备状态，以及识别设备地址。设备控制器通常包含与CPU的接口、与设备的接口以及I/O逻辑。接口芯片和接口板（卡）用于构建这些接口，而信号线则分为数据线、控制线和状态线，它们共同协调设备和控制器之间的通信。 I/O通道的引入是为了进一步减轻CPU在进行I/O操作时的负担，使得CPU可以专注于其他计算任务。通道类似于小型处理机，执行预存的通道程序来控制I/O操作。根据功能和设计，通道可分为字节多路通道、数组选择通道和数组多路通道。这些通道技术提高了数据传输速率和通道利用率，但同时也可能面临“瓶颈”问题，即当系统需要同时启动多个设备时，通道资源可能不足。解决这个问题的一种方法是增加设备到主机之间的通路。 总线系统作为连接CPU、存储器和I/O设备的基础设施，其性能直接影响系统的整体效率。例如，ISA和EISA总线是早期的扩展总线标准，ISA提供8位和16位的带宽，而EISA则进一步扩展到32位，提高了数据传输速率。 这一章详细阐述了计算机操作系统如何管理各种设备，包括它们的分类、工作原理以及如何通过控制器和通道优化I/O操作。理解这些概念对于设计和优化操作系统，以及解决实际的硬件资源管理问题至关重要。