算机加 工好的信息输出给外部世界，如打印机，显示器等。
由于输入/输出设备上的信息往往是以字符为单位组织的， 所以这种设备也称面向字符的设备，或称字符设备。
存储设备： 通常包括磁盘（硬盘和软盘）、磁带等。 在物理上往往是按字符块组织的。块设备。 ⑷按设备的共享属性 独占设备： 一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备。即临 界资源。要互斥地访问，直至释放，它的分配有可能引 起进程死锁。 共享设备： 一段时间内允许多个进程同时访问的设备。每个时刻还 是只允许一个进程访问。是可寻址和随即访问的设备， 典型是磁盘。 虚拟设备：
OS
传送 用户进程
输入 I/O设备
6.1.3 I/O系统的结构 两大类： 主机I/O系统和微机I/O系统 注：控制器的概念 是CPU和I/O之间的接口。是设备的电子部分。它接收从 CPU发送来的命令，并去控制I/O设备工作，使CPU从设 备控制中解脱出来。可分为控制字符或块设备的控制器。 它的功能有：接收和识别命令、数据交换、设备状态的 了解和报告、地址识别的功能，由与CPU的接口、与机 械部分的接口、I/O逻辑以及地址译码器、数据寄存器、 状态寄存器组成，通过三类信号线与CPU通信。
OS
传送 用户进程
输入 I/O设备
⑶多缓冲（缓冲池） 阵发性的输入、输出。 时而I/O的输入速度高于CPU的消耗数据速度，缓冲区满 而I/O空闲；时而相反，CPU处于等待。 用多个缓冲区构成缓冲池，一般就可协调CPU和I/O之间 的并行工作。提高了处理速度，但是空间消耗增加了。 在UNIX系统，使用这种多重缓冲技术。
1.引入：
★引入缓冲区的目的： ⑴缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。 凡在数据到达率与离去率不同的地方，都可设置缓冲， 以缓和它们速度不匹配的矛盾。程序是时而计算或产生 输出，有了缓冲，和打印机之间就可以并行工作了。 ⑵提高CPU和I/O设备之间的并行性。 显著地提高CPU和设备的并行操作程度，提高系统的吞 吐量和设备的利用率。 ⑶减少对CPU的中断次数，对中断响应时间的要求。 假设从远地终端发来的数据仅用一位缓冲接收和8位缓冲 寄存器，CPU的中断频率明显减少。
3.缓冲区的设置
⑴单缓冲
每当一个用户进程发出一I/O请求时，OS便在内存中为之
分配一缓冲区。用于当数据到达率与离去率相差很大情
况。
OS
用户进程
传送
输入 I/O设备
⑵双缓冲 为了加快输入、输出速度和提高设备利用率，引入了双 缓冲工作方式，适用于信息的输入和输出速率相同（或 相差不大）而且低频度活动的I/O系统。又称为缓冲对换 技术。 为输入或输出分配两个缓冲区。 在读入时，输入设备首先填满buf1，进程从buf1提取数据 的同时，输入设备填充buf2。当buf1出空时，进程又可从 buf2提取数据，与此同时，输入设备又可填充buf1。这两 个缓冲区如此交替使用，使CPU和输入设备并行操作程 度进一步提高。只有当两个缓冲区都出空，进程还要提 取数据时，该进程才被迫等待。
第六章 设备管理
I/O管理是负责数据传输控制和对计算机系统中除中央处 理机、主存之外的所有其他设备的管理. 在计算机中，除了CPU和内存外，还需要用于实现信息 输入、输出和存储的设备。 设备管理程序便是用于对这类设备进行控制和管理的一 组程序。
6.1设备管理概述
6.1.1设备的分类和标识 1.设备分类：
字符设备：用于数据的输入输出。无结构设备。传输速 率低，不可寻址，字符设备在I/O时常采用中断驱动方式。 如打印机、交互式终端等。 ⑶按照工作特性， 输入/输出设备 ①输入设备 计算机用来“感受”或“接触”外部世界的设备，将从
外部来 的信息输入给计算机，如卡片输入机，电传输入机等。 ②输出设备 计算机用来“影响”或“控制”外部世界的设备，将计
2.缓冲区的工作思想： 读和写的过程
写
写
CPU
缓冲区
I/O
读ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
读
当用户要求在某个设备上进行读操作时，从系统中获得一个空的 缓冲区，并将数据读到缓冲区中。当用户要求使用这些数据时， 系统从缓冲区中提取并发送到用户的进程存贮区中。当缓冲区 空而进程又要求从中取用数据时，该进程被迫等待。此时， 操作系统需要重新送数据填满缓冲区，然后进程从中取数据 继续运行。 用户要求写时，获空缓冲区，将数据从进程存贮区写到缓冲区，直 到完全填满，后系统将缓冲区中内容写到设备上，使缓冲区空。当 设备来不及使寄存器空，而进程还要写，则等待。
通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供 若干用户（进程）同时使用的设备。 ⑸按从属关系 系统设备 用户设备
2.设备标识：
各系统对设备命名的基本思想相似，系统按照某种原则为 每台设备分配一个惟一的号码，用作设备控制器识别设备 的代号，称作设备的绝对号（或绝对地址）。如同内存中 每一单元都有一个地址那样。
从OS系统观点看，重要的性能指标有：数据传输速率、 数据的传输单位、设备共享属性等。所以可以从不同角 度对它们分类。 ⑴按传输速率， 低速设备，几个至数百字节每秒。有键盘、鼠标等； 中速设备，数千至数十千字节每秒。有行式打印机、激 光打印机等； 高速设备，数百千至数兆字节每秒。有磁盘机、磁带机、 光盘机等。 ⑵按信息的交换单位： 块设备：用于存储信息。有结构设备，典型的块设备是 磁盘，基本特征是其传输速率较高，可寻址I/O采用DMA 方式。
设备被多个用户共享，设备名由两部分构成：主设备号 （类型号）和次设备号。用户自己规定的所用同类设备 中的第几台。用户提出使用设备申请，使用系统规定的 设备类型号以及用户自己规定的设备相对号，由操作系 统进行“地址转换”，变成系统中的设备绝对号。
6.1.2缓冲技术
在现代OS 中，几乎所有的I/O设备在与处理机（内存） 交换数据时，都使用了缓冲区。因为提高I/O速度和设备 的利用率，在很大程度上都需要借助于缓冲技术来实现。 缓冲管理的主要功能就是组织好这些缓冲区，并提供获 得和释放缓冲区的手段。
缓冲是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑 传输过程的常用手段。 缓冲器容量较小，是用来暂时存放数据的一种存贮装置， 且是以硬件的方法来实现缓冲的。由于经济上的考虑， 除了在关键的地方采用少量必要的硬件缓冲器之外，大 都采用软件缓冲。 软件缓冲区是指在I/O期间用来临时存放输入输出数据的 一块存贮区域。缓冲是为了解决中央处理机的速度和I/O 设备的速度不匹配的问题而提出来的。