【正文】 I/O中斷事件或由于設(shè)備（通道）工作引起，或由外界的原因產(chǎn)生。 ②檢查 I/O ③讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 108頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)是啟動(dòng)指定的設(shè)備 。它將輸入 /輸出請(qǐng)求轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動(dòng)設(shè)備執(zhí)行，同時(shí)將設(shè)備控制器中記錄的設(shè)備狀態(tài)和輸入 /輸出操作完成的情況傳送給輸入 /輸出的請(qǐng)求者，起著上傳下達(dá)的作用；由于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與輸入 /輸出設(shè)備的硬件特性密切相關(guān)，因此對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備需要配置不同的驅(qū)動(dòng)程序，而設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的一部分必須用匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)；此外驅(qū)動(dòng)程序與輸入 /輸出設(shè)備所采用的 I/O控制方式緊密相關(guān)，在不同的 I/O控制方式下，驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)設(shè)備以及中斷處理的方式也不同。 ? 磁盤(pán)高速緩存并非主存和 CPU之間增設(shè)的一個(gè)小容量高速存儲(chǔ)器，而是指利用主存中的存儲(chǔ)空間，暫時(shí)存放從磁盤(pán)中讀出的一系列盤(pán)塊中的信息。因此，對(duì)于一些能預(yù)知處理要求的信息采用優(yōu)化分布可以提高系統(tǒng)的效率。處理程序要求順序處理這 8個(gè)記錄，每次請(qǐng)求從磁盤(pán)上讀一個(gè)記錄，然后對(duì)讀出的記錄要花 5ms的時(shí)間進(jìn)行處理，以后再讀下一個(gè)記錄進(jìn)行處理，直至 8個(gè)記錄全部處理結(jié)束。由于移動(dòng)臂改變方向是機(jī)械動(dòng)作，速度相對(duì)較慢。 操作系統(tǒng)教程課件 第 89頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動(dòng)調(diào)度 圖 528給出了采用單向掃描算法決定訪問(wèn)者執(zhí)行輸入輸出操作的次序，讀寫(xiě)磁頭總共的移動(dòng)距離為 382個(gè)柱面。 操作系統(tǒng)教程課件 第 85頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 驅(qū)動(dòng)調(diào)度 ? 例如，現(xiàn)在讀寫(xiě)磁頭正在 53號(hào)柱面上執(zhí)行輸入 /輸出操作，而訪問(wèn)者請(qǐng)求訪問(wèn)的柱面順序?yàn)椋?98， 183， 37，122， 14， 124， 65， 67。對(duì)磁盤(pán)來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)調(diào)度先進(jìn)行“ 移臂調(diào)度 ” ，以盡可能地減少尋找時(shí)間，再進(jìn)行 “ 旋轉(zhuǎn)調(diào)度 ” ，以減少延遲時(shí)間。 延遲時(shí)間 （ Latency Time） 指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方位置所需的時(shí)間 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 77頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 ? 假定在磁盤(pán)存儲(chǔ)器中用 t表示每個(gè)柱面上的磁道數(shù)，用 s表示每個(gè)磁道上的扇區(qū)數(shù)，則第 i柱面號(hào)、 j磁頭號(hào)、 k扇區(qū)號(hào)所對(duì)應(yīng)的塊號(hào) b可用如下公式確定： b=k+s (j+i t) 同樣，根據(jù)塊號(hào)也可以確定該塊在磁盤(pán)上的位置。 操作系統(tǒng)教程課件 第 76頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 將磁頭按從上到下次序編號(hào)，稱(chēng)為磁頭號(hào)。因此，了解磁盤(pán)的結(jié)構(gòu)、空間管理和工作原理是十分必要的。若不可以，則將該進(jìn)程的 PCB掛在該控制器的等待隊(duì)列上。整個(gè)系統(tǒng)一張系統(tǒng)設(shè)備表，用于記錄已被連接到系統(tǒng)中所有類(lèi)型設(shè)備的基本情況，包括設(shè)備類(lèi)型、設(shè)備標(biāo)識(shí)符、擁有同類(lèi)型設(shè)備的數(shù)量、DCT及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的入口地址等，如圖 520所示。動(dòng)態(tài)分配方式有利于提高設(shè)備的利用率，但如果分配策略使用不當(dāng)，則有可能造成進(jìn)程死鎖。例如，對(duì)各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序眾多使用 read，而對(duì)各種設(shè)備的寫(xiě)操作，都使用write。 用戶(hù)編制程序時(shí) ， 不必指明特定的設(shè)備 ， 而是在程序中使用 “ 設(shè)備類(lèi) 、 相對(duì)號(hào) ” 定義的邏輯設(shè)備 ， 程序執(zhí)行時(shí)系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)指定的邏輯設(shè)備轉(zhuǎn)換成與其對(duì)應(yīng)的具體物理設(shè)備 ， 并啟動(dòng)該物理設(shè)備工作 。為了對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為每一臺(tái)設(shè)備確定一個(gè)編號(hào)，以便區(qū)分和識(shí)別，這個(gè)編號(hào) ? 在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，由于用戶(hù)無(wú)法知道當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)備的使用狀態(tài)，因此，一般用戶(hù)不直接使用設(shè)備的絕對(duì)號(hào)，用戶(hù)可以向系統(tǒng)說(shuō)明所要使用的設(shè)備類(lèi)型。 四個(gè)工作緩沖區(qū)為： 操作系統(tǒng)教程課件 第 52頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 多緩沖 在 UNIX系統(tǒng)中，不論是塊設(shè)備管理，還是字符設(shè)備管理，都是采用多緩沖技術(shù)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)處理完時(shí)，進(jìn)程可以接著從另一個(gè)緩沖區(qū)中獲得數(shù)據(jù)，同時(shí)，輸入數(shù)據(jù)可以繼續(xù)存入第一個(gè)緩沖區(qū)，如圖514所示，僅當(dāng)輸入設(shè)備的速度高于進(jìn)程處理這些數(shù)據(jù)的速度，兩個(gè)緩沖區(qū)都存滿(mǎn)時(shí)，造成輸入進(jìn)程等待。 根據(jù) I/O控制方式 ， 緩沖的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一是采用專(zhuān)用硬件緩沖器 ， 例如 I/O控制器中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器；另外一種方法是在主存儲(chǔ)器中劃出一個(gè)具有 n個(gè)單元的專(zhuān)用區(qū)域 ， 以便存放輸入 /輸出數(shù)據(jù) ， 主存緩沖區(qū)又稱(chēng)軟件緩沖 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 44頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 在操作系統(tǒng)中引入緩沖區(qū)的主要原因有： （ 1） 緩和 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 高速的 CPU與慢速 I/O設(shè)備之間存在著速度差異很大 ，CPU是以微秒甚至微毫秒時(shí)間量級(jí)高速工作 ， 而 I/O設(shè)備則一般以毫秒甚至秒時(shí)間量級(jí)的速率工作 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 42頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 I/O控制方式 ②控制器接收通道發(fā)來(lái)的命令之后，檢查設(shè)備狀態(tài)，若設(shè)備不忙，則告知通道釋放 CPU，開(kāi)始 I/O操作。例如 IBM系統(tǒng)的通道指令用雙機(jī)器字表示，每條通道指令用 8個(gè)字節(jié)表示，其格式如下所示： 操作系統(tǒng)教程課件 第 39頁(yè) 0 7 8 31 32 39 40 63 機(jī)械工業(yè)出版社 I/O控制方式 下面給出一個(gè)由三條通道指令所組成的簡(jiǎn)單通道程序。 (3) 數(shù)據(jù)寄存器 DR，用于暫存從設(shè)備到內(nèi)存，或從內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)。為了進(jìn)一步減少CPU對(duì)輸入 /輸出的干預(yù)，防止并行操作設(shè)備過(guò)多 CPU來(lái)不及處理或因速度不匹配而造成的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，而引入 DMA控制方式。 例如 ， 從終端輸入一個(gè)字符的時(shí)間約為 100 ms， 而將字符送入終端緩沖區(qū)的時(shí)間小于 ms。 操作系統(tǒng)教程課件 第 30頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 I/O控制方式 當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí) ， 通過(guò) CPU向控制器發(fā)出一條I/O指令 ， 啟動(dòng)設(shè)備輸入數(shù)據(jù) ， 同時(shí)把狀態(tài)寄存器中的忙 /閑狀態(tài) busy置為 “1”， 用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)入測(cè)試等待狀態(tài) ， 在等待過(guò)程中 ， CPU不斷地用一條測(cè)試指令檢查外圍設(shè)備狀態(tài)寄存器中的 busy位 ， 而外圍設(shè)備只有在數(shù)據(jù)送入控制器的數(shù)據(jù)寄存器之后 ， 才將該 busy位置為 “0”， 于是處理器將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)取出 ， 送入主存指定單元中 ， 完成一個(gè)字符的輸入/輸出 ， 接著進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)的輸入 /輸出操作 ， 如 圖 59所示 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 27頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 I/O控制方式 為了有效地實(shí)現(xiàn)物理 I/O操作，必須通過(guò)硬件和軟件技術(shù)，對(duì) CPU和 I/O設(shè)備的職能進(jìn)行合理的分工，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能和硬件成本之間的矛盾。如 圖 55所示單通路 I/O系統(tǒng)，為了驅(qū)動(dòng)設(shè)備 1，必須連通控制器 1和通道1，若通道 1已被其他設(shè)備（如設(shè)備 2，設(shè)備 3或設(shè)備 4）所占用或存在故障，則設(shè)備 1無(wú)法啟動(dòng)，這就是由于通道不足而造成輸入 /輸出操作中的 “瓶頸 ”現(xiàn)象。 字節(jié)多路通道主要用于連接大量的低速外圍設(shè)備 ， 如軟盤(pán)輸入輸出機(jī) 、 紙帶輸入輸出機(jī) 、 卡片輸入輸入機(jī) 、 控制臺(tái)打印機(jī)等設(shè)備 。 通道又稱(chēng)輸入 /輸出處理機(jī) 。該接口通過(guò)數(shù)據(jù)線、地址線和控制線實(shí)現(xiàn) CPU與設(shè)備控制器之間的通信。例如，在 IBM PC機(jī)中規(guī)定，硬盤(pán)控制器中寄存器的地址在 320~32F之中?？刂破髋c設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，則是設(shè)備將數(shù)據(jù)輸入到控制器，或從控制器傳送到設(shè)備。 設(shè)備控制器分為兩類(lèi)：控制字符設(shè)備的控制器和控制塊設(shè)備的控制器 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 9頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2. 設(shè)備控制器 （ 1）接口線路 通常，外圍設(shè)備并不是直接與 CPU進(jìn)行通信，而是與設(shè)備控制器通信。第二類(lèi)是字符設(shè)備，以字符為單位與主存交換信息，屬于無(wú)結(jié)構(gòu)設(shè)備。 操作系統(tǒng)教程課件 第 4頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 I/O系統(tǒng) ? 通常把 I/O設(shè)備及其接口線路、控制部件、通道以及管理軟件統(tǒng)稱(chēng)為 I/O系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 2頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備管理概述 外圍設(shè)備的分類(lèi) 早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由于速度慢、應(yīng)用面窄，外圍設(shè)備主要以紙帶、卡片等作為輸入輸出介質(zhì)，相應(yīng)的設(shè)備管理程序也比較簡(jiǎn)單，進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代以后，由于個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等的發(fā)展，外圍設(shè)備開(kāi)始走向多樣化、復(fù)雜化和智能化。用戶(hù)可以從不同的角度對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)。主存與外圍設(shè)備之間的信息傳輸操作，稱(chēng)為 I/O操作。字符設(shè)備種類(lèi)繁多，如交互式終端、打印機(jī)等。在設(shè)備與設(shè)備控制器之間有一個(gè)接口，通過(guò)數(shù)據(jù)線、控制線和狀態(tài)線傳輸數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)三種類(lèi)型信號(hào)，如 圖 52所示。 設(shè)備控制器是一個(gè)可編址設(shè)備 ， 它含有多少個(gè)設(shè)備地址 ， 就可以連接多少個(gè)同類(lèi)型設(shè)備 ， 并且為它所控制的每一個(gè)設(shè)備分配了一個(gè)地址 。為此，在控制寄存器中必須設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。為使 CPU能向 (或從 )寄存器中正確寫(xiě)入 (或讀出 )數(shù)據(jù)，必須做到正確識(shí)別。數(shù)據(jù)線通常與數(shù)據(jù)寄 ②設(shè)備控制器與設(shè)備的接口。 它具有執(zhí)行 I/O指令的能力 ， 并通過(guò)執(zhí)行通道程序來(lái)控制 I/O操作 ， 完成主存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備之間的信息傳送 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 19頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)教程課件 第 20頁(yè) 圖 54 字節(jié)多路通道的工作原理 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （ 2） 數(shù)組選擇通道 （ Block Selector Channel） 數(shù)組選擇通道以塊為單位成批傳送數(shù)據(jù) 。解決 “瓶頸 ”問(wèn)題的最有效辦法，便是增加設(shè)備到主機(jī)之間的通路而不增加通道，如 圖 56所示，即把一個(gè)設(shè)備連接到多個(gè)控制器上，而一個(gè)控制器又連接到多個(gè)通道上，實(shí)現(xiàn)多路交叉連接，即使個(gè)別通道或控制器出現(xiàn)故障時(shí)，也不會(huì)使設(shè)備和存儲(chǔ)器之間沒(méi)有通路。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， I/O控制方式也在不斷地發(fā)展。 直接程序控制方式雖然簡(jiǎn)單 ， 不需要多少硬件的支持 ，但由于高速的 CPU和低速的 I/O設(shè)備之間的速度不匹配 ， 因此， CPU與外圍設(shè)備只能串行工作 ， 使 CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待是否完成輸入 /輸出操作的循環(huán)測(cè)試中 ， 造成 CPU的極大浪費(fèi) ， 外圍設(shè)備也不能得到合理的使用 ， 整個(gè)系統(tǒng)的效率很低 。 若采用程序I/O控制方式 ， CPU約有 ms的時(shí)間處于等待中 。它不僅設(shè)有中斷機(jī)構(gòu)，而且增加了 DMA控制機(jī)構(gòu)。 (4) 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 DC，存放本次 CPU要讀或?qū)懙淖?(節(jié) )數(shù)。該程序的功能是要求在新的一頁(yè)第 4行的位置打印輸出一行信息： “Operating System”。執(zhí)行完畢后，如果還有下一條通道指令，則返回①，否則轉(zhuǎn)③。 在不同階段 ， 系統(tǒng)各部分的負(fù)載往往很不平衡 。 對(duì)于不同的系統(tǒng) ， 可以采用不同類(lèi)型的緩沖區(qū)機(jī)制 。這樣，兩個(gè)緩沖區(qū)交替使用，使 CPU和 I/O設(shè)備的并行性進(jìn)一步提高，但在輸入 /輸出設(shè)備和處理進(jìn)程速度不匹配時(shí)仍不能適應(yīng)。 UNIX的塊設(shè)備共設(shè)置了15個(gè) 512字節(jié)的緩沖區(qū)；字符設(shè)備共設(shè)置了 100個(gè) 6字節(jié)的緩沖區(qū)。用于收容設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) hin； 至于實(shí)際使用哪一臺(tái)設(shè)備，由系統(tǒng)根據(jù)該類(lèi)設(shè)備的分配情況來(lái)決定。 于是 ， 用戶(hù)在編制程序時(shí)使用的設(shè)備與實(shí)際使用哪臺(tái)設(shè)備無(wú)關(guān) ， 這種特性稱(chēng)為 “ 設(shè)備的獨(dú)立性 ” 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 62頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 獨(dú)占設(shè)備的分配 設(shè)備分配方式有兩種 ， 即靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 63頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 獨(dú)占設(shè)備的分配 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備分配，系統(tǒng)設(shè)置了設(shè)備控制表、控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄相應(yīng)設(shè)備或控制器的狀態(tài)以及對(duì)設(shè)備或控制器進(jìn)行控制所需要的信息。 操作系統(tǒng)教程課件 第 68頁(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社 獨(dú)占設(shè)備的分配 (LUT) 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的獨(dú)立性，系統(tǒng)還必須設(shè)置一張邏輯設(shè)備表 (Logical Unit Table， LUT)，用于將應(yīng)用程序中使用的邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名。 ? 通過(guò) COCT可找出與該控制器