I/O控制发展与典型问题解析：操作系统考研深度探讨

在考研操作系统的学习中，第五章关注了输入输出系统（I/O System）的关键知识点，包括I/O设备的分类、设备控制器的作用和结构、I/O通道的引入及类型、总线系统的发展以及I/O控制方式的演变。I/O控制的发展主要受三个推动因素影响：减少CPU对I/O的干预以提高CPU处理效率，缓冲高速CPU与低速I/O设备的速度差异，以及促进CPU和设备操作的并行性。 首先，章节介绍了I/O设备的多样性，如按使用特性的分类（存储设备和输入/输出设备）、传输速率分类（低速、中速和高速）、信息交换单位（块设备和字符设备），以及设备共享属性（独占、共享和虚拟）。设备与控制器间的接口涉及数据、控制和状态信号线。 设备控制器作为关键组件，负责接收命令、数据交换、错误检测等功能，其结构包括与处理器和设备的接口，以及I/O逻辑。I/O通道的引入解决了早期计算机系统中的瓶颈问题，主要的通道类型有字节多路通道、数组选择通道和数组多路通道，它们通过并行处理来提高I/O效率。 总线系统的发展历程，如ISA、EISA、VESA和PCI，反映了不同架构的性能提升。在I/O控制方式上，程序I/O方式以字符为单位操作，中断驱动I/O方式虽方便但可能导致数据丢失；DMA控制方式则是以数据块为单位，提高了数据传输效率；而I/O通道控制方式进一步提升了以数据块组为单位的并行性。 缓冲管理是缓解CPU与I/O设备速度不匹配的重要手段，通过硬件缓冲区和软件缓冲区解决。常见的缓冲策略有单缓冲和双缓冲（即缓冲对换）、循环缓冲，以及更复杂的缓冲池机制，它能减少中断频率，提高并行性，并涉及到进程同步，如Getbuf和Releasebuf过程，以及空缓冲队列和输入队列的管理。 理解这些内容对于考研操作系统的学生来说至关重要，不仅有助于掌握基础理论，还能提升对实际系统设计和优化的认识。通过深入学习和实践，考生可以更好地应对操作系统相关的问题和挑战。