总线上的调制解调器设备_设备管理 | 设备管理概述

I/O系统结构

微机I/O系统结构：总线型I/O系统结构

在总线型IO系统结构中，设备与CPU以及存储器之间是用过一组总线进行连接的。

总线是一组线和一组严格定义的可以描述在线上传输信息的协议，这一组线用来连接多个设备，这种连接称为总线。

总线的类型主要有数据总线、地址总线和控制总线。

数据总线传输数据，地址总线传输地址信号，控制总线传输控制信号。

为了提高CPU与主存之间的数据交换速度通常在两者这件会设置一条局部高速总线。

一个典型的PC总线结构

主机I/O系统结构：加入通道结构

在这里设备和CPU是通过通道来进行连接的。

I/O通道是一种特殊的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换 。

I/O通道与一般处理机的相同点：

• 通道有自己的指令集并且能够执行指令。

I/O通道与一般的处理机的区别：

• 通道的指令类型单一，主要局限于与I/O操作有关的指令；
• 通道没有自己的内存，是与CPU共享内存。

I/O设备的类型

按照设备传输数据的快慢可以分为高速设备、中速设备和低速设备。

按照设备的共享属性可以分为独占设备、共享设备。

按信息交换的单位（一次I/O操作的最小数据传输单位）分类，可以分为块设备、字符设备和网络设备（Linux中）。

块设备

以数据块为单位来传送数据的设备，如磁盘，其盘面号、磁道号和扇区号可以直接的表示它。

特点：

• 信息交换的单位为等长数据块；
• 可寻址；
• I/O控制采用DMA方式。
• 信息存储设备

字符设备

以单个字符为单位来传送信息的设备，如终端、打印机。

特点：

• 信息交换的单位为字符或字节；
• 不可寻址；
• I/O控制采用中断驱动方式。
• 信息输入输出设备

网络设备

负责计算机之间的信息传输，兼具字符设备和块设备的特点，如调制解调器、网卡等。其传输速度位于字符设备和块设备之间。

设备管理功能

• 跟踪设备状态：动态地记录各种设备的状态
• 设备分配：独占设备；共享设备；虚拟设备
  • 静态分配 —— 应用程序级或作业级
    • 程序进入系统时进行分配，退出系统时收回全部资源
  • 动态分配 —— 进程级
    • 进程提出设备申请时进行分配，使用完毕后立即收回
    • 动态分配可以提高资源的利用率，但是存在着死锁的风险。
• 缓冲管理：缓和CPU与设备间速度不匹配的矛盾
• 设备控制：设备驱动+中断处理
  • 设备驱动：控制设备完成具体的IO操作
  • 中断处理：当这次的IO操作完成后用来处理这一次IO操作的中断工作。

设备管理的目标

• 提高设备利用率
  • 合理分配设备
  • 提高设备与CPU、各外部设备之间的并行性
• 方便用户的使用
  • 提供使用方便且独立于设备的界面
    • 统一：对各种不同的设备提供一致的界面
      • 对于一系列的操作设备，如磁盘、键盘等系统都提供统一的 read 操作界面。
    • 独立于设备：用户使用的设备与物理设备无关
      • 用户直接与逻辑设备进行交互，与设备的物理特性无关。