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2025-08-31 08:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 及有關(guān)的控制和管理為單位的干預(yù) ? 可實現(xiàn) CPU、 通道和 I/O設(shè)備三者的并行工作 24 通道方式的數(shù)據(jù)傳送結(jié)構(gòu) 25 通道控制方式的數(shù)據(jù)過程 （ 1） 當進程要求設(shè)備輸入時 ， CPU發(fā)指令指明 I/O操作 、設(shè)備號和對應(yīng)通道 。 （ 2） 對應(yīng)通道收到 CPU發(fā)來的啟動指令后 ， 讀出內(nèi)存中的通道指令程序 、 設(shè)置對應(yīng)設(shè)備的控制狀態(tài)寄存器的初值 。 （ 3） 設(shè)備按通道指令的要求 ， 把數(shù)據(jù)送往內(nèi)存指定區(qū)域 。 （ 4） 若傳送結(jié)束 ， I/O控制器通過中斷請求線發(fā)中斷信號請求 CPU做中斷處理 。 （ 5） 中斷處理結(jié)束后 ， CPU返回到被中斷進程處繼續(xù)執(zhí)行 。 （ 6） 當進程調(diào)度程序選中這個已得到數(shù)據(jù)的進程后 ，才能進行加工處理 。 26 緩沖技術(shù) 緩沖的引入 ? “ 緩沖 ” 即是過渡一下的意思 。 引入緩沖的 主要目的： ? 緩和處理機和 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 :在計算機系統(tǒng)的輸入 /輸出中 ， 由于 CPU的處理速度很快 ， 而設(shè)備的工作速度相對較慢 ， 快和慢之間為了匹配 ， 就需要緩沖 。否則 ， 快者就不得不等待慢者 ， 從而影響了快者速度的發(fā)揮 ? 減少對 CPU的中斷次數(shù) ， 放寬對中斷響應(yīng)時間的限制 : 若 I/O操作每傳輸一個字節(jié)就產(chǎn)生一次中斷 ， 那么系統(tǒng)花費在 I/O處理上的時間就會直線上升 。 但如果我們設(shè)置 4個字節(jié)的緩沖區(qū) ， 等放滿 4個字節(jié)后才產(chǎn)生一次中斷 ， 那么中斷次數(shù)就會減少 ， 系統(tǒng)花費在中斷處理上的時間也就明顯減少 。 ? 提高 CPU和 I/O設(shè)備之間的并行性 27 ? 可見 ， 在處理 I/O時 ， 引入緩沖技術(shù)是非常有必要的 。 通過緩沖 ， 能夠調(diào)節(jié)計算機系統(tǒng)各部分的負荷 ， 使 CPU和外部設(shè)備的工作都盡量保持在一個較為平穩(wěn)的良好狀態(tài) 。 ? 緩沖的實現(xiàn)有兩種方法：一種是采用專門的硬件寄存器 ， 比如設(shè)備控制器里的數(shù)據(jù)寄存器 ， 這是“ 硬件緩沖 ” ；另一種是在內(nèi)存儲器中開辟出 n個單元 ， 作為專用的 I/O緩沖區(qū) ， 以便存放輸入 /輸出的數(shù)據(jù) ， 這種內(nèi)存緩沖區(qū)就是 “ 軟件緩沖 ” 。 由于硬件緩沖價格較貴 ， 因此在 I/O管理中 ， 主要采用的是軟件緩沖 。 28 緩沖的種類 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置緩沖區(qū)的個數(shù) ， 可以分為單緩沖 、 雙緩沖 、 多緩沖以及緩沖池等四種 。 ? 單緩沖 ：只為設(shè)備設(shè)置一個緩沖區(qū)的情形稱為 “ 單緩沖 ” 。 是操作系統(tǒng)提供的最簡單的一種緩沖形式 。每當一個進程發(fā)出一個 I/O請求時 ， 操作系統(tǒng)便在主存中為之分配一緩沖區(qū) ， 該緩沖區(qū)用來臨時存放輸入 /輸出數(shù)據(jù) 。 如： 下圖 (a)表示單緩沖的工作示意 ，它表示產(chǎn)生數(shù)據(jù)者 （ 即生產(chǎn)者 ） 不是把數(shù)據(jù)直接送給接收數(shù)據(jù)者 （ 即接收者 ） ， 而是把數(shù)據(jù)送入到所設(shè)置的緩沖區(qū)中 。 接收數(shù)據(jù)者總是從緩沖區(qū)中去取所需要的數(shù)據(jù) 。 29 30 ? 雙緩沖 ：為 I/O設(shè)備設(shè)置兩個緩沖區(qū) ， 就稱為 “ 雙緩沖 ” 。 解決外設(shè)之間并行工作的最簡單的辦法是設(shè)置雙緩沖 。 在雙緩沖方案中 ， 具體的做法是為輸入或輸出操作設(shè)置兩個緩沖區(qū) buffer1和 buffer2。 如圖(b)： 它表示產(chǎn)生數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者總是先把產(chǎn)生的數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū) 1中 ， 下一次把產(chǎn)生的數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū) 2中；接收者總是先從緩沖區(qū) 1中取數(shù)據(jù) ， 再從緩沖區(qū)2中取數(shù)據(jù) 。 所以 ， 整個 I/O的路線是先 1后 2， 并且交替進行 。 雙緩沖方式和單緩沖方式相比 ， 雖然雙緩沖方式能進一步提高 CPU和外設(shè)的并行程度 ， 并能使輸入設(shè)備和輸出設(shè)備并行工作 ， 但是在實際系統(tǒng)中很少采用這一方式 ， 這是因為在計算機系統(tǒng)中的外設(shè)很多 ，又有大量的輸入和輸出 ， 同時雙緩沖很難匹配設(shè)備和 CPU的處理速度 。 因此現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中一般使用多緩沖或緩沖池結(jié)構(gòu) 。 31 ?多緩沖 ：系統(tǒng)為同類型的 I/O設(shè)備設(shè)置兩個公共緩沖隊列 ， 一個專門用于輸入 ， 一個專門用于輸出 ， 這就是 “ 多緩沖 ” 。 當輸入設(shè)備進行輸入時 ， 就到輸入緩沖首指針所指的緩沖區(qū)隊列里申請一個緩沖區(qū)使用 ， 使用完畢后仍歸還到該隊列；當輸出設(shè)備進行輸出時 ， 就到輸出緩沖首指針所指的緩沖區(qū)隊列中申請一個緩沖區(qū)使用 ， 使用完畢后仍歸還到該隊列 。 32 ?緩沖池 ：系統(tǒng)為同類型的 I/O設(shè)備設(shè)置一個公共緩沖隊列 ， 既用于輸入 ， 也用于輸出 。 它是多緩沖的一種變異 ， 以避免緩沖區(qū)使用上忙閑不均的現(xiàn)象 。 于是 ， 在緩沖池中有 3類緩沖區(qū) ， 一類現(xiàn)在用于輸入；一類現(xiàn)在用于輸出；還有一類為空閑 ， 既可用于輸入 ， 也可用于輸出 。 無論現(xiàn)在用于輸入的還是用于輸出的 ， 它們在用完后 ， 都歸還到空閑的緩沖區(qū)隊列中
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