【正文】 求的先后次序先移到 98號往面，最后到達(dá)67號柱面，如下頁圖所示。是訪問磁盤的操作時間示意。●每個扇區(qū)的各磁道上均可存放相等數(shù)量的字符，我們稱它為 “塊 ”，塊是信息讀寫的最小單位。2．共享設(shè)備的分配和磁盤調(diào)度策略2023/1/28100n 由于磁盤、磁鼓等共享設(shè)備，可讓多個作業(yè)同時使用，所以一般不必進(jìn)行分配。 n 虛擬設(shè)備是指通過 Spooling技術(shù)把獨(dú)占設(shè)備變?yōu)榭捎啥鄠€用戶共享的設(shè)備，以提高獨(dú)占設(shè)備的利用率， Spooling技術(shù)把一臺共享設(shè)備模擬成獨(dú)占設(shè)備，從而使獨(dú)占設(shè)備能為多個用戶共享。n 為了提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和均衡性，應(yīng)考慮設(shè)備的獨(dú)立性，即不能因物理設(shè)備的更換而影響用戶程序的正常進(jìn)行。2023/1/2886n 在 計 算機(jī)外部 設(shè)備 ，尤其是存 儲設(shè)備 的接口方面 SCSI接口和 IDE接口一直是 飛 速 發(fā) 展的兩大 陣營 。2023/1/2877IEEE1394的特點(diǎn)n 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸率分三種： 100Mbps、200Mbps和 400Mbps, IEEE1394商業(yè)聯(lián)盟計劃將它提高到 800Mbps、 1Gbps和；n 支持同步模式傳輸 ,可實(shí)現(xiàn) “準(zhǔn)實(shí)時 ”的多媒體數(shù)據(jù)傳輸；n 連接方便，易于擴(kuò)展，不必設(shè)定標(biāo)識號和連接終端負(fù)載，可采用菊花鏈或樹形方式連接，所有連接的設(shè)備是平等關(guān)系，不用個人計算機(jī)介入也可形成系統(tǒng)，支持熱插拔；2023/1/2878n 單根線纜最長為 ，最大可進(jìn)行 15級級聯(lián)，連接最大距離為 72米；n 采用 6股銅芯線纜，兩股用于供電，另外四股分為兩對雙絞線，接頭小巧耐用。2023/1/2874PCI （外圍部件互連）n 1993年 Intel發(fā)表 ， PCI開始走進(jìn)主板。把系統(tǒng)內(nèi)的緩沖區(qū)統(tǒng)一管理起來，變專用為通用，這就是緩沖池，它由若干個大小相同緩沖區(qū)組成。2023/1/2864 2023/1/2865n 雖然在采用雙緩沖時，能實(shí)現(xiàn) CPU和 I/O操作并行化，但在一般情況下，并不能獲得令人滿意的CPU和 I/O設(shè)備的并行操作。由于經(jīng)濟(jì)上的考慮，除了在最必要的地方采用少量硬件緩沖器外，大都采用軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)緩沖。2023/1/2859n 大、中型計算機(jī)系統(tǒng)普遍用通道方式去控制設(shè)備完成 I/O操作，以提高 CPU與外設(shè)，外設(shè)與外設(shè)并行的程度。通常，通道程序存放在通道自己的存儲部件里。用戶請求 I/O時， CPU對通道的通信是向通道發(fā)出查詢、啟動和停止通道程序工作，而通道向CPU的通信則采用中斷方式。因此成組多路通道技術(shù)相當(dāng)于通道程序的多道程序設(shè)計技術(shù)。選擇通道只有一個分配型子通道，即這個子通道可以連接多臺設(shè)備，但每次只能把子通道分配給一臺設(shè)備使用。因其是專用，故有很強(qiáng)的 I/O處理能力。 （ 4）每傳送一個數(shù)據(jù)并不產(chǎn)生中斷，只有 DMAC中的傳送字?jǐn)?shù)計數(shù)器減 1至 0時，也就是本次DMA傳送的數(shù)據(jù)全部傳送完畢時，才產(chǎn)生中斷，請求 CPU進(jìn)行結(jié)束處理。DMA控制器組成 :2023/1/2836 DMA方式n 直接存儲器存取控制方式的步驟 :u ① 當(dāng)進(jìn)程要求設(shè)備輸入一批數(shù)據(jù)時， CPU將設(shè)備存放輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址以及要傳送的字節(jié)數(shù)分別送入 DMA控制器中的地址寄存器和傳送字節(jié)計數(shù)器；另外，還要將中斷位和啟動位置為 1，以啟動設(shè)備開始進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入并允許中斷。在中斷處理程序中，完成指定的 I/O操作之后應(yīng)把等待此結(jié)果的進(jìn)程喚醒，而后由進(jìn)程調(diào)度程序在適當(dāng)時機(jī)把此進(jìn)程投入運(yùn)行。顯然，這是對 CPU的極大浪費(fèi)。此外，為改善系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，應(yīng)使用戶程序與實(shí)際的設(shè)備無關(guān)。例如對于用戶的同一個程序，操作系統(tǒng)應(yīng)該能夠讓用戶程序?qū)Σ煌拇蛴C(jī)進(jìn)行操作，而對不同的打印機(jī)的具體特性不必理睬，且用戶程序也不必修改。2023/1/28162023/1/2817n 由于是設(shè)備掛接在控制器上，因此要讓設(shè)備做輸入 /輸出操作，操作系統(tǒng)總是與控制器交往，而不是與設(shè)備交往。n 設(shè)備控制器上有供插接用的連接器，通過電纜與設(shè)備內(nèi)部相連。這樣，用戶或進(jìn)程是直接和磁盤打交道，而間接地使用打印機(jī)。3．按設(shè)備的使用特性分類2023/1/287n 獨(dú)占設(shè)備 :這類設(shè)備在用戶作業(yè)的整個運(yùn)行期間必須為此用戶所占有，才能保證傳送設(shè)備的連貫性。 設(shè)備管理概述2023/1/284n 系統(tǒng)設(shè)備：在操作系統(tǒng)生成時已登記于系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，一般至少有鍵盤、顯示器、打印機(jī)、磁盤或磁帶設(shè)備等?！裨O(shè)備管理是操作系統(tǒng)的重要和基本的組成部分，對設(shè)備管理的好壞，直接影響系統(tǒng)的效率。如何有效而又方便地使用這些設(shè)備是設(shè)備管理的重要任務(wù)。 2023/1/2834． 1． 1設(shè)備的分類n 計算機(jī)系統(tǒng)的外圍設(shè)備包括：顯示器、鍵盤、紙帶閱讀器、紙帶穿孔機(jī)、打印機(jī)、磁帶、磁盤、光盤、激光打印機(jī)、繪圖儀、圖形數(shù)字化儀、鼠標(biāo)器、聲音輸入、聲音輸出設(shè)備以及辦公自動化設(shè)備等等，種類相當(dāng)繁多，可從不同的角度對它們進(jìn)行分類。n 終端設(shè)備：通用終端（會話型、批量型、智能型）、多用終端、虛終端。 2023/1/289n 例如用磁盤中的某一部分代替打印機(jī)，程序欲打印輸出的信息先寫入磁盤的這部分存儲空間中，適當(dāng)?shù)臅r候，例如打印機(jī)空閑時，再從盤中取出該信息交由打印機(jī)輸出。為了使設(shè)計模塊化、具有通用性，也為了降低設(shè)備成本，通?？偸前堰@兩部分分開：機(jī)械部稱為設(shè)備本身，電子部分稱為 “ 設(shè)備控制器（或適配器） ” 。比如圖列出了 IBM PC機(jī)上某些控制器所配置的 I/O地址和相應(yīng)的中斷向量。 （ 2）為用戶提供方便、統(tǒng)一的界面2023/1/2821n 有時把系統(tǒng)的這種性能稱為設(shè)備的獨(dú)立性。 （ 2）實(shí)現(xiàn)物理 I/O操作2023/1/2824n 設(shè)備管理程序應(yīng)具有對緩沖區(qū)進(jìn)行管理的功能。4． 2． 1 查詢方式2023/1/2827就緒向設(shè)備控制器發(fā)讀命令讀設(shè)備控制器的狀態(tài)檢查狀態(tài)從設(shè)備控制器中讀入字向存儲器中寫字傳送完成CPUI/OCPU內(nèi)存I/O CPU出錯I/O CPU完成下條指令未完成未就緒2023/1/2828n 由于 CPU的速度遠(yuǎn)高于設(shè)備 I/O的速度，使得CPU絕大部分時間都處于等待 I/O完成的循環(huán)測試中。在多道程序中的環(huán)境下，一個程序或進(jìn)程啟動 I/O設(shè)備并允許中斷后，不是自己主動去執(zhí)行別的程序或繼續(xù)執(zhí)行主流程，而是應(yīng)當(dāng)把自己掛起，控制權(quán)交還給進(jìn)程調(diào)度程序。在 DMA控制器的控制下，設(shè)備同主存之間可成批交換數(shù)據(jù)，不用 CPU干預(yù)。有的 DMA傳送甚至不經(jīng)過 DMAC內(nèi)的數(shù)據(jù)緩沖寄存器的再吞吐，傳輸速率非常高。n 通道是一種硬件機(jī)構(gòu)，又稱 I/O處理機(jī)。（ 2）選擇通道選擇通道2023/1/2849n 它適用于連接高速 I/O設(shè)備，如磁帶、磁盤等。 （ 3）成組多路通道2023/1/2851n 它首先為某臺設(shè)備執(zhí)行一條通道命令，傳送一批數(shù)據(jù)，然后再選擇另一臺設(shè)備執(zhí)行另一條通道命令，即幾臺設(shè)備的通道程序都在同時執(zhí)行中；但任何時刻，通道只能為一臺設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)。n 通道程序存放在內(nèi)存中，由 I/O指令啟動執(zhí)行。在 CPU啟動通道后，由通道執(zhí)行通道程序，完成 CPU所交給的 I/O任務(wù)。n 而通道不同于 DMA控制器，它能夠去取和執(zhí)行它自己的指令； 而且這些指令的功能已不僅僅是數(shù)據(jù)傳送，還包括檢索、分支轉(zhuǎn)移，甚至一些簡單的算術(shù)、邏輯運(yùn)算。n 硬件緩沖是以專用的寄存器作為緩沖器。此時 CPU和打印機(jī)已處于并行工作狀態(tài)， I/O設(shè)備得到充分利用。另外，專用緩沖區(qū)的利用率也不高。n 隨著系統(tǒng)工作頻率的迅速提高，其配用的擴(kuò)展卡也逐漸被淘汰，現(xiàn)在最新的主板已開始取消 ISA槽。n IEEE1394適用于聲音、圖像和視頻多媒體產(chǎn)品、高速打印機(jī)和掃描儀產(chǎn)品、硬盤等存儲設(shè)備、數(shù)碼攝影機(jī)、顯示器和影音錄放設(shè)備等。n USB 480 Mbps2023/1/28853 SCSI接口技術(shù)n 小型計算機(jī)系統(tǒng)接口（ Small Computer System Interface）最早研制于 1979年，原是為小型機(jī)的研制出的一種接口技術(shù)，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植到了普通微機(jī)上。n 除分配設(shè)備外，有些設(shè)備還要分配緩沖區(qū)、控制器和通道。例如磁盤、磁鼓等設(shè)備，可由多個進(jìn)程同時進(jìn)行訪問。特別在多道程序系統(tǒng)中，用戶對磁盤和磁鼓等設(shè)備的訪問是十分頻繁的，因此對磁盤或磁鼓等設(shè)備的使用是否適當(dāng)，直接影響著系統(tǒng)的效率。2023/1/28102 ● 在磁盤初始化時把每個盤面劃分成相等數(shù)量的扇區(qū)，按磁盤旋轉(zhuǎn)的反向從 0開始給各扇區(qū)編號，稱為扇區(qū)號。其中傳送信息所花的時間是硬件設(shè)計就固定的，而尋找時間和延遲時間是與信息在磁盤上的位置有關(guān)。1）先來先服務(wù)策略：2023/1/28110例如，如果現(xiàn)在讀寫磁頭正在 53號柱面上執(zhí)行輸入輸出操作，而等待訪問者依次要訪問的柱面為 98， 183， 37， 122， 14， 124， 65， 67。因而有些請求的響應(yīng)時間將不可預(yù)期。相對于 53最近的磁筒為 65。 總的臂移動量為：（ 19953） +200+37 = 383 2023/1/28119 2023/1/28120n 作為對掃描策略的改進(jìn)提出了 N步掃描策略與循環(huán)掃描策略。 這好比乘電梯，如果電梯已向上運(yùn)動到 4層時，依次有 3位乘客 A， B， C， 他們的要求是： A在 2層等待去 10層； B在 5層等待去底層； C在 8層等待上 15層。 總的臂移動量為： （ 183 – 53） + （ 183 – 14） = 2992023/1/28125 2023/1/28126磁盤調(diào)度算法總結(jié) ●除了 “先來先服務(wù) ”調(diào)度算法外，其余幾 種調(diào)度算法都是根據(jù)欲訪問的柱面位置來進(jìn)行調(diào)度的。：是一個比較合理、優(yōu)化的算法?！癫捎?Spooling技術(shù)后，用預(yù)輸入程序和緩輸出程序取代外圍處理機(jī)，通過管理程序，用一臺磁盤機(jī)代替兩臺磁盤機(jī)，所以把這種系統(tǒng)稱為假脫機(jī)系統(tǒng)。在 Spooling系統(tǒng)設(shè)計中，為了彌補(bǔ)獨(dú)占設(shè)備與共享設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸速度的差異，需要使用緩沖技術(shù)，另外，需要注意同步和互斥的問題。（ 1）系統(tǒng)設(shè)備表2023/1/28139 表目 i ┊ 設(shè)備類型 設(shè)備標(biāo)識符 進(jìn)程標(biāo)識符 設(shè)備接口模塊標(biāo)識符 表目 1 ┊圖 48 系統(tǒng)設(shè)備表 2023/1/28140n 其中，設(shè)備類型：說明設(shè)備的類別，如打印機(jī)、磁盤等；n 設(shè)備標(biāo)識符：設(shè)備控制表中所用的設(shè)備標(biāo)識符；n 進(jìn)程標(biāo)識符：當(dāng)設(shè)備未分配時，該項為 0，設(shè)備不能工作時為 1，若設(shè)備以被分配給某進(jìn)程，則填上該進(jìn)程標(biāo)識符。若設(shè)備自身也處于忙的狀態(tài)，則置位 “忙 /閑 ”標(biāo)志位。2023/1/28147n 系統(tǒng)中設(shè)置一張用以記錄系統(tǒng)中所有控制器情況的控制器表，該表的具體內(nèi)容如下 410所示。（ 1）設(shè)備分配中的安全性n 設(shè)備分配程序應(yīng)保證不發(fā)生進(jìn)程死鎖。 2023/1/28154n 為提高系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，希望所編制的程序與實(shí)際使用的物理設(shè)備無關(guān)，即與設(shè)備的無關(guān)性。2023/1/281573．設(shè)備分配流程n 當(dāng)系統(tǒng)中已經(jīng)具備了設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且確定了一定的分配原則后，若某進(jìn)程提出了 I/O請求，便可按照下述步驟實(shí)施設(shè)備分配。 2023/1/28160從系統(tǒng)設(shè)備表中找到該設(shè)備的設(shè)備控制表 此設(shè)備是否忙？ 檢查設(shè)備的安全性？ 分配此設(shè)備給進(jìn)程 檢查控制器忙否？ 分配此控制器給進(jìn)程 檢查通道忙否？ 分配通道給進(jìn)程 啟 動 I/O， 進(jìn) 行具體的 I/O操作 從系統(tǒng)設(shè)備表中找到該設(shè)備的設(shè)備控制表 將進(jìn)程放入此設(shè)備的等待隊列 將進(jìn)程放入此控制器的等待隊列 進(jìn)程申請 I/O設(shè)備 將進(jìn)程放入此通道的等待隊列 忙 不安全 不忙 安全 不忙 不忙 忙 忙圖 412 設(shè)備分配流程圖 2023/1/28161n Microsoft Windows 2023 I/O系統(tǒng)是 Windows 2023 執(zhí)行體的組件，并且存在于 中。6）通過添加驅(qū)動程序透明地修改其他驅(qū)動程序或設(shè)備的行為。n 設(shè)備驅(qū)動程序：負(fù)責(zé)把 I/O請求轉(zhuǎn)化為對硬件設(shè)備的特定的控制請求。2023/1/28169驅(qū)動程序支持例程 用戶模式 API I/O系 統(tǒng) 服 務(wù) API I/O管理器核心模式設(shè)備驅(qū)動程序 設(shè)備 抽象 層 I/O訪問 例程 I/O端口和寄存器 圖 414 典型的 I/O請求流程 2023/1/28170n I/O管理器實(shí)現(xiàn)與設(shè)備無關(guān)的輸入輸出，并建立執(zhí)行體 I/O的模型，它并不進(jìn)行實(shí)際的 I/O處理。2023/1/28173n I/O管理器還管理用于 I/O請求的緩沖區(qū)，為驅(qū)動程序提供超時支持，并記錄操作系統(tǒng)中加