软件工程中的设备管理与I/O控制

"软件工程 设备管理" 在软件工程中，设备管理是操作系统的重要组成部分，它涉及到计算机硬件资源的高效组织和使用。设备管理的主要目的是确保系统能够有效地与各种输入/输出(I/O)设备交互，包括低速、中速和高速设备，以及字符型和块设备。设备通常按照它们的传输速率、信息交换单位、资源分配方式和使用特性来分类。 1. **设备分类** - **传输速率**：设备分为低速（如Modem、键盘）、中速（如打印机）和高速（如磁盘）设备，不同速度的设备决定了数据传输的速度和效率。 - **信息交换单位**：字符型设备，如键盘，以字符为单位进行信息交换；块设备，如磁盘，以数据块为单位进行读写操作。 - **资源分配**：独占设备（如读卡机、打印机）一次只能被一个作业使用，而共享设备（如磁盘）可以由多个作业并发访问。 - **使用特性**：根据是否可以并发使用，设备可分为独占和共享两类。 2. **设备管理任务** - **用户界面**：提供简单易用的接口供用户与设备交互。 - **并行处理**：通过优化管理，提高CPU与设备、设备间的并行处理能力。 - **设备效率**：最大化I/O设备的利用率，减少等待时间。 3. **设备管理功能** - **接口**：与进程管理系统协调，处理设备请求。 - **设备分配**：根据需求有效地分配设备给不同的进程。 - **并行操作**：实现设备间以及设备与CPU的并发操作。 - **缓冲区管理**：通过缓冲区减少I/O冲突，提高数据传输效率。 4. **I/O控制方式** - **程序I/O**：早期的轮询方式，CPU不断检查设备状态，效率低下。 - **中断I/O**：设备准备好后发送中断信号，CPU响应中断执行数据传输。 - **DMA（直接内存访问）**：设备直接与内存交换数据，无需CPU参与。 - **通道控制**：通过I/O通道进行设备控制，进一步提高并行性。 5. **轮询方式的局限性** - 轮询方式下，CPU在等待I/O设备时被占用，降低了CPU效率。 - 数据传输时，CPU参与，导致原程序执行中断。 - 设备和CPU工作串行化，限制了系统整体性能。 随着技术的发展，I/O控制方式逐步演进，旨在提高并行度和系统效率，使得CPU和I/O设备能更好地协同工作，优化系统资源利用。在软件工程中，理解和掌握这些设备管理原理对于开发高效的系统软件至关重要。