第5章設備管理(編輯修改稿)
2025-03-17 02:16 本頁面
【文章內容簡介】 及有關的控制和管理為單位的干預n 可實現(xiàn) CPU、 通道和 I/O設備三者的并行工作23通道方式的數(shù)據(jù)傳送結構 24通道控制方式的數(shù)據(jù)過程（ 1）當進程要求設備輸入時， CPU發(fā)指令指明 I/O操作、設備號和對應通道。（ 2）對應通道收到 CPU發(fā)來的啟動指令后，讀出內存中的通道指令程序、設置對應設備的控制狀態(tài)寄存器的初值。（ 3）設備按通道指令的要求，把數(shù)據(jù)送往內存指定區(qū)域。（ 4）若傳送結束， 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）中斷處理結束后， CPU返回到被中斷進程處繼續(xù)執(zhí)行。（ 6）當進程調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。25 緩沖技術緩沖技術 緩沖的引入n “緩沖 ”即是過渡一下的意思。引入緩沖的 主要目的：n 緩和處理機和 I/O設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n 減少對 CPU的中斷次數(shù)，放寬對中斷響應時間的限制 : 若 I/O操作每傳輸一個字節(jié)就產生一次中斷，那么系統(tǒng)花費在 I/O處理上的時間就會直線上升。但如果我們設置 4個字節(jié)的緩沖區(qū)，等放滿 4個字節(jié)后才產生一次中斷，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。n 提高 CPU和 I/O設備之間的并行性26n 可見，在處理 I/O時，引入緩沖技術是非常有必要的。通過緩沖，能夠調節(jié)計算機系統(tǒng)各部分的負荷，使 CPU和外部設備的工作都盡量保持在一個較為平穩(wěn)的良好狀態(tài)。n 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。27 緩沖的種類緩沖的種類 根據(jù)系統(tǒng)設置緩沖區(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。n 單緩沖 ：只為設備設置一個緩沖區(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，它表示產生數(shù)據(jù)者（即生產者）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)。 2829n 雙緩沖 ：為 I/O設備設置兩個緩沖區(qū)，就稱為 “雙緩沖 ”。解決外設之間并行工作的最簡單的辦法是設置雙緩沖。在雙緩沖方案中，具體的做法是為輸入或輸出操作設置兩個緩沖區(qū) buffer1和 buffer2。 如圖 (b)： 它表示產生數(shù)據(jù)的生產者總是先把產生的數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū) 1中，下一次把產生的數(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和外設的并行程度，并能使輸入設備和輸出設備并行工作，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)中的外設很多，又有大量的輸入和輸出，同時雙緩沖很難匹配設備和 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構。30167。 多緩沖 ：系統(tǒng)為同類型的 I/O設備設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。31167。 緩沖池 ：系統(tǒng)為同類型的 I/O設備設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
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