# 6.1 I/O管理概述

## 一、I/O设备的概念

### 1.1 什么是I/O设备

**I/O设备**：用于计算机与外部世界进行信息交换的设备。

**分类**：
- **输入设备**：键盘、鼠标、扫描仪等
- **输出设备**：显示器、打印机等
- **输入输出设备**：磁盘、网卡等

### 1.2 I/O设备的特点

- **种类繁多**：不同类型的设备
- **速度差异大**：从毫秒到纳秒
- **控制方式不同**：不同的控制命令
- **数据传输单位不同**：字节、块等

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## 二、I/O设备的分类

### 2.1 按传输速率分类

**低速设备**：
- 键盘、鼠标
- 传输速率：每秒几个字节到几百字节

**中速设备**：
- 打印机
- 传输速率：每秒几千字节到几万字节

**高速设备**：
- 磁盘、网卡
- 传输速率：每秒几十万字节到几兆字节

### 2.2 按信息交换单位分类

**块设备**：
- 以数据块为单位传输
- 如：磁盘
- 传输速率高，可寻址

**字符设备**：
- 以字符为单位传输
- 如：键盘、打印机
- 传输速率低，不可寻址

### 2.3 按设备的共享属性分类

**独占设备**：
- 一段时间内只能被一个进程使用
- 如：打印机

**共享设备**：
- 可以被多个进程同时使用
- 如：磁盘

**虚拟设备**：
- 通过虚拟技术将独占设备变为共享设备
- 如：SPOOLing技术

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## 三、I/O管理的目标

### 3.1 提高I/O效率

- 减少CPU干预
- 提高设备利用率
- 减少I/O等待时间

### 3.2 方便用户使用

- 提供统一的接口
- 隐藏设备细节
- 提供设备独立性

### 3.3 提高系统可靠性

- 设备分配安全
- 错误处理
- 设备保护

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## 四、I/O管理的功能

### 4.1 设备分配

- 根据用户请求分配设备
- 考虑设备类型、状态、安全性

### 4.2 设备映射

- 逻辑设备到物理设备的映射
- 实现设备独立性

### 4.3 设备驱动

- 控制设备工作
- 处理设备中断

### 4.4 中断处理

- 响应设备中断
- 处理I/O完成

### 4.5 缓冲区管理

- 管理I/O缓冲区
- 提高I/O效率

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## 五、I/O系统的层次结构

### 5.1 层次划分

```
+------------------+
|   用户层I/O软件   |  用户程序
+------------------+
|   设备独立性软件  |  系统调用处理
+------------------+
|   设备驱动程序    |  设备控制
+------------------+
|   中断处理程序    |  中断处理
+------------------+
|      硬件        |  I/O设备
+------------------+
```

### 5.2 各层功能

**用户层I/O软件**：
- 用户程序中的I/O操作
- 库函数

**设备独立性软件**：
- 设备名到设备驱动程序的映射
- 设备保护
- 缓冲管理
- 差错控制

**设备驱动程序**：
- 与设备控制器通信
- 发出I/O命令
- 检查设备状态

**中断处理程序**：
- 处理设备中断
- 唤醒等待进程

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## 六、考研重点

1. **I/O设备的分类**：
   - 按传输速率：低速、中速、高速
   - 按信息交换单位：块设备、字符设备
   - 按共享属性：独占、共享、虚拟
2. **I/O管理的目标**：提高效率、方便使用、提高可靠性
3. **I/O管理的功能**：设备分配、设备映射、设备驱动、中断处理、缓冲区管理
4. **I/O系统的层次结构**：各层的功能

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*下一节：6.2 I/O控制方式*