目录

一、I/O设备基本概念和分类 304

1.concept

2.classification

（1）根据信息交换单位（可能考）

1)字符设备

2)块设备

（2）传输速率（以下了解即可）

（3）使用特性

（4）共享资源

二、I/O控制器(I/O接口) 305

1.function

（1）接受和识别命令(控制寄存器)

（2）数据交换(数据寄存器)

（3）标识和向CPU报告设备状态(状态寄存器)

（4）地址识别(由I/O逻辑实现)

2.construction

（1）CPU和控制器接口

（2）I/O逻辑

（3）控制器和设备接口

3.两种寄存器编码方式

（1）内存映像 

（2）寄存器独立编址

三、I/O控制方法 307

1.程序直接控制方式

（1）cpu干涉率

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

2.中断驱动方式

（1）cpu干涉率

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

3.DMA方式（直接存储器方式）(Direct Memory Access)

（1）cpu干涉率

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

4.通道控制方式

（1）cpu干涉率

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

四、I/O软件层次结构 309

​编辑

1.用户层软件

2.设备独立性软件

（1）主要功能

3.设备驱动程序

4.中断处理程序

5.考点

（1）次序

（2）每层是干嘛的

五、I/O管理 311

1.应用程序I/O接口

（1）字符设备接口

（2）块设备接口

（3）网络设备接口（网络套接字Socket接口）

（4）阻塞I/O vs 非阻塞I/O

2.设备驱动程序接口

六、设备独立性软件 318

​编辑

1.假脱机技术(SPOOLing技术) 324

(1)脱机技术(源自OS的批处理阶段)

(2)假脱机技术

（3）application

2.设备分配与回收 322

（1）应考虑的因素

（2）静态分配和动态分配

（3）设备分配管理中的DS

（4）设备分配的step

分配设备、分配控制器、分配通道

（5）分配的step改进

3.缓冲区管理(高速缓存与缓冲区) 319

（1）缓冲区concept

（2）缓冲区function

（3）单缓冲

（4） 双缓冲

（5） 循环缓冲

（6） 缓冲池

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一、I/O设备基本概念和分类 304

1.concept

进行输入输出data的设备，eg：disk、打印机

2.classification

（1）根据信息交换单位（可能考）

1)字符设备

以字符为data传输单位，传输速率低，不可寻址(不能确定是从哪开始读or写)

eg：从键盘中获取data，只能从头开始

2)块设备

以数据块为data传输单位，传输速率高，可寻址

eg:使用read or write() 函数参数为file_name,从哪开始读，读多少长度 

（2）传输速率（以下了解即可）

（3）使用特性

（4）共享资源

二、I/O控制器(I/O接口) 305

进行data传输的东西

1.function

（1）接受和识别命令(控制寄存器)

CPU发布命令，控制寄存器接受命令

（2）数据交换(数据寄存器)

CPU和I/O设备速度差距较大，为了减缓差距，先将data放在数据寄存器中

（3）标识和向CPU报告设备状态(状态寄存器)

空闲/忙碌/故障

（4）地址识别(由I/O逻辑实现)

识别文件的地址

2.construction

（1）CPU和控制器接口

（2）I/O逻辑

（3）控制器和设备接口

3.两种寄存器编码方式

（1）内存映像 

与内存中地址接着一块编码

（2）寄存器独立编址

自己编号，每个控制器的寄存器重新开始

disa:如果需要指明寄存器的时候，需指明设备管理器号和寄存器号

三、I/O控制方法 307

怎么进行data读写

1.程序直接控制方式

cpu发布命令之后，轮询的问是否完成

（1）cpu干涉率

一直干涉

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

读:I/O设备->cpu(的寄存器)->内存

写:内存->cpu(的寄存器)->I/O设备

disa:cpu一直占用，不能处理其他任务

2.中断驱动方式

cpu发出命令之后，就去处理别的任务，当命令完成之后，发回一个中断信号告诉cpu完成了

（1）cpu干涉率

cpu发任务和处理中断

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

同程序直接控制方式

3.DMA方式（直接存储器方式）(Direct Memory Access)

在I/O和内存间开辟通道，解放cpu

（1）cpu干涉率

传输一个块or多个块的开始和结束的时候才需cpu干涉

ATTn:如果每次传输的data块是一块，可以在物理上是离散的

if 传输的是连续的块，则在物理上也得是连续的

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

读:I/O设备->内存

写:内存->I/O设备

so 如果是多个1块1快的，则需要多次I/O

4.通道控制方式

建立通道，"弱鸡版CPU"，cpu只需发命令和处理中断即可，data传输是一组块

（1）cpu干涉率

cpu只需发命令和处理中断即可

（2）data流向（将I/O设备理解为disk）

同DMA

四、I/O软件层次结构 309

1.用户层软件

实现与用户交互的接口，包括库函数，对设备进行操作

2.设备独立性软件

提供与设备硬件功能无关的功能

（1）主要功能

书+补充

1)将逻辑设备名映射为物理设备名，根据设备类型选择调用相应的驱动程序

利用逻辑设备表(LUT) 324

3.设备驱动程序

eg:打印机

4.中断处理程序

用于保留中断的进程的CPU环境

5.考点

（1）次序

（2）每层是干嘛的

五、I/O管理 311

1.应用程序I/O接口

（1）字符设备接口

（2）块设备接口

（3）网络设备接口（网络套接字Socket接口）

bind：将Socket绑定到某个本地接口

connect:将Socket连接到远程地址

read/write:从Socket中读/写data

（4）阻塞I/O vs 非阻塞I/O

在进行I/O操作时，进行就被阻塞 eg:从键盘中输入字符，没有回车之前都在阻塞

在进行I/O操作时，进行不会被阻塞，cpu每隔一段时间就问询是否完成

2.设备驱动程序接口

OS规定好设备驱动程序的接口标准，各厂商必须按照要求开发设备的驱动程序接口

六、设备独立性软件 318

1.假脱机技术(SPOOLing技术) 324

(1)脱机技术(源自OS的批处理阶段)

使用外围控制器+高速设备缓冲区缓解CPU和I/O设备间速度的差距，实现预输入，缓输出

(2)假脱机技术

而假脱机技术利用程序实现脱机，从而称为假脱机技术

输入井 and 输出井、输入缓冲区 and 输出缓冲区、输入进程 and 输出进程、井管理程序

（3）application

使用SPOOLing技术将独占设备打印机实现共享

2.设备分配与回收 322

（1）应考虑的因素

（2）静态分配和动态分配

静态分配：进行运行前为其分配所有的所需资源，运行结束之后归还

破坏了"请求和保持"条件，不会“死锁”

动态分配：在执行过程中动态申请设备资源

（3）设备分配管理中的DS

多个通道，通道:控制器=1:多，控制器:设备=1:多

设备控制表(DCT)、控制器控制表(COCT)、通道控制表(CHCT)、系统控制表(SCT)

（4）设备分配的step

分配设备、分配控制器、分配通道

disa:①用户变成是使用物理设备名，底层细节对用户不透明，不方便编程

②if更换物理设备，则程序无法执行

③设备分配使用的是设备的物理名称，那么即使有同类的设备空闲，也会造成阻塞

（5）分配的step改进

将物理设备名映射为逻辑设备名，使用LUT

3.缓冲区管理(高速缓存与缓冲区) 319

（1）缓冲区concept

（2）缓冲区function

（3）单缓冲

ATTn:①缓冲区非空时不能再冲入data，只能冲出

②缓冲区冲满之后才能取data

初始条件:工作区满，缓冲区空

Summary：max(C,T)+M

ATTn:只有工作区空且缓冲区满才能从缓冲区冲入工作区

（4） 双缓冲

初始状态：工作区空，缓冲区一空一满

SUmmary:Max(T,C+M)

T<C+M时，找不到完全与初始状态完全相同的时刻，但是多几个回合之后发现每C+M的时间就处理完一次，so avgT = C+M

（5） 循环缓冲

（6） 缓冲池