【正文】 每條磁道上都有一讀 /寫磁頭 ， 所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中 。 (3) 驅(qū)動(dòng)程序與 I/O設(shè)備所采用的 I/O控制方式緊密相關(guān) 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn) (1) 驅(qū)動(dòng)程序主要是指在請(qǐng)求 I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信和轉(zhuǎn)換程序。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 設(shè)備處理方式 (1) 為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門用于執(zhí)行這類設(shè)備的 I/O操作 . (2) 在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè) I/O進(jìn)程，專門用于執(zhí)行系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的 I/O操作。 (4) 及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求 ， 并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理 。 (2) 檢查用戶 I/O請(qǐng)求的合法性 ， 了解 I/O設(shè)備的狀態(tài) ， 傳遞有關(guān)參數(shù) ， 設(shè)置設(shè)備的工作方式 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 (3) 每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序處理一種設(shè)備類型 每個(gè)設(shè)備一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序或者一類設(shè)備一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序或者幾類相近的設(shè)備一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序 (4)一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有多個(gè)子程序組成 ,每個(gè)子程序?qū)嵤┮粋€(gè)或一組物理操作 如在 UNIX中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由 read（實(shí)施讀設(shè)備的物理操作）、 write（寫設(shè)備）、 open（設(shè)備初始化）、close、 control（控制和設(shè)置設(shè)備）、 int（該設(shè)備的中斷處理）等若干子程序構(gòu)成。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn) (1) 包括操作系統(tǒng)中所有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 由操作系統(tǒng)提供，也可以由廠家提供。 (3) 實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 4. SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn) (1) 提高了 I/O的速度。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. SPOOLing系統(tǒng)的組成 圖 519 SPOOLing系統(tǒng)的組成 輸入進(jìn) 程 SPi輸入進(jìn) 程 SPo輸入緩 沖區(qū) Bi輸出緩 沖區(qū) Bo輸入井輸出井磁盤輸入設(shè) 備輸出設(shè) 備第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. 共享打印機(jī) 共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)中 。 這樣 ，便可在主機(jī)的直接控制下 ， 實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入 、 輸出功能 。 該技術(shù)是利用專門的外圍控制機(jī) ， 將低速 I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；或者相反 。 而對(duì)各種設(shè)備的寫操作，也都使用 write。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2) 向用戶層 (或文件層 ) 無(wú)論何種設(shè)備， 它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同的。 1) 設(shè)備分配時(shí)的靈活性 2) 易于實(shí)現(xiàn) I/O 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 設(shè)備獨(dú)立性軟件 1) 這些公有操作包括： ① 對(duì)獨(dú)立設(shè)備的分配與回收； ② 將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名 ， 進(jìn)一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序； ③ 對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù) ， 禁止用戶直接訪問設(shè)備； ④ 緩沖管理 ， 即對(duì)字符設(shè)備和塊設(shè)備的緩沖區(qū)進(jìn)行有效的管理 ， 以提高 I/O的效率； ⑤ 差錯(cuò)控制 。 因此 ， 系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)換為某物理設(shè)備名稱的功能 ， 這非常類似于存儲(chǔ)器管理中所介紹的邏輯地址和物理地址的概念 。 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性而引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個(gè)概念 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. 設(shè)備分配中的安全性 1) 安全分配方式 2) 不安全分配方式 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 設(shè)備獨(dú)立性 1. 設(shè)備獨(dú)立性 (Device Independence) 為了提高 OS的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性 ， 在現(xiàn)代 OS中都毫無(wú)例外地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性 ， 也稱為設(shè)備無(wú)關(guān)性 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. (1) 先來(lái)先服務(wù)。 (2) 共享設(shè)備。 Signal(RS(type))。 Addbuf(type, number)。 Signal(MS(type))。 Wait(MS(type))。 (3) 輸出隊(duì)列 outq。 隊(duì)首指針 F(emq)和隊(duì)尾 L(emq)指針分別指向該隊(duì)列的首尾緩沖區(qū) 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 緩沖池 (Buffer Pool) 1. 緩沖池的組成 1. 緩沖池的組成 對(duì)于既可用于輸入又可用于輸出的公用緩沖池 ， 其中至少應(yīng)含有以下三種類型的緩沖區(qū)： ① 空 (閑 )緩沖區(qū)； ② 裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)； ③ 裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. 進(jìn)程同步 (1) Nexti指針追趕上 Nextg指針。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 圖 513 雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置 緩沖區(qū) 緩沖區(qū)A 機(jī) B 機(jī)( a ) 單緩沖發(fā)送緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)A 機(jī) B 機(jī)( b ) 雙緩沖第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 循環(huán)緩沖 1. 循環(huán)緩沖的組成 圖 514 循環(huán)緩沖 RGGGRG165423N e x t iN e x t gRGGGRC165423N e x t iN e x t gc u r r e n t第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. (1) Getbuf過(guò)程。 (3) 提高 CPU和 I/O設(shè)備之間的并行性。 – 速度匹配技術(shù) – 快方的快是陣發(fā)性 (包括突發(fā)性與間歇性 )的快，而不是持續(xù)性的快 – 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有哪些類型緩沖區(qū)呢？（討論） 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 五種緩沖區(qū) (1) 在 CPU和內(nèi)存間的 CACHE (2) 設(shè)在 I/O設(shè)備或控制器內(nèi)部的純硬件緩沖區(qū)， 如打印機(jī)內(nèi)部的硬緩沖區(qū) (3) 操作系統(tǒng)的內(nèi)存緩沖區(qū)，主要是 I/O緩沖 (4) 用戶程序內(nèi)自設(shè)的緩沖區(qū) (5) 脫機(jī)與假脫機(jī)技術(shù)本質(zhì)上也屬緩沖技術(shù)，即 為慢速 I/O設(shè)備在外存開設(shè)的緩沖區(qū) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 (1) 緩和 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。 (5) 記錄結(jié)束標(biāo)志 R。 (3) 計(jì)數(shù)。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 通道程序 (1) 操作碼。 同時(shí) ， 又可實(shí)現(xiàn) CPU、 通道和 I/O設(shè)備三者的并行操作 ，從而更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率 。 存放本次 CPU要讀或?qū)懙淖?(節(jié) )數(shù)。 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) 。 在輸入時(shí) ， 它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的起始目標(biāo)地址；在輸出時(shí) ， 它存放由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址 。 用于接收從 CPU發(fā)來(lái)的 I/O命令或有關(guān)控制信息 ， 或設(shè)備的狀態(tài) 。 可見 ， DMA方式較之中斷驅(qū)動(dòng)方式 ， 又是成百倍地減少了 CPU對(duì) I/O的干預(yù) ， 進(jìn)一步提高了 CPU與 I/O設(shè)備的并行操作程度 。 可見 ，中斷驅(qū)動(dòng)方式可以成百倍地提高 CPU的利用率 。 若采用程序 I/O方式 ， CPU約有 ms的時(shí)間處于忙 —等待中 。 可見 ， 這樣可使CPU和 I/O設(shè)備都處于忙碌狀態(tài) ， 從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 圖 57 程序 I/O和中斷驅(qū)動(dòng)方式的流程 向 I / O 控制器發(fā)讀命 令讀 I / O 控制器的狀態(tài)檢查狀態(tài)？從 I / O 控制器中讀入 字向存儲(chǔ) 器中寫字傳送完成？未就緒就緒出錯(cuò)C P U →I /OI /O →C P UI /O →C P UC P U → 內(nèi)存下條指 令完成未完向 I / O 控制器發(fā)讀命 令讀 I / O 控制器的狀態(tài)檢查狀態(tài)？從 I / O 控制器中讀 字向內(nèi)存中寫字傳送完成？就緒出錯(cuò)C P U →I /OI /O →C P UI /O →C P UC P U → 內(nèi)存下條指 令完成未完中斷C P U 做其它 事向 I / O 控制器發(fā)布讀 塊命令C P U →D M AC P U 做其它 事讀 D MA 控制器的狀 態(tài)中斷D M A →C P U下條指 令( a ) 程序 I / O 方式 ( b ) 中斷驅(qū) 動(dòng)方式( c ) D M A 方式第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 中斷驅(qū)動(dòng) I/O控制方式 在 I/O設(shè)備輸入每個(gè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中 ， 由于無(wú)須 CPU干預(yù) ，因而可使 CPU與 I/O設(shè)備并行工作 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 局部總線 (Local Bus) 1) VESA(Video Electronic Standard Association)總線 2) PCI(Peripheral Component Interface) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 I/O控制方式 程序 I/O方式 在程序 I/O方式中 ， 由于 CPU的高速性和 I/O設(shè)備的低速性 ， 致使 CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待 I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測(cè)試中 ， 造成對(duì) CPU的極大浪費(fèi) 。 之后不久又推出了 16位的 (EISA)總線 ， 其最高傳輸速率為 8 Mb/s， 后又升至 16 Mb/s， 能連接 12臺(tái)設(shè)備 。當(dāng)操作系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，它重復(fù)地從控制器緩沖區(qū)中一次一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字地讀這個(gè)磁盤塊的信息，并將其送入內(nèi)存中 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 控制器按照指定存儲(chǔ)器地址，把第一個(gè)字節(jié)送入主存 然后，按指定字節(jié)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 每當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)后，字節(jié)計(jì)數(shù)器值減 1，直到字節(jié)計(jì)數(shù)器等于 0 此時(shí)，控制器引發(fā)中斷，通知操作系統(tǒng)，操作完成 CPU提供 被讀取塊磁盤地址 目標(biāo)存儲(chǔ)地址 待讀取字節(jié)數(shù) 整塊數(shù)據(jù)讀進(jìn)緩沖區(qū) 核準(zhǔn)校驗(yàn) DMA工作示例 （以硬盤為例） 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 DMA工作原理 ——竊取總線控制權(quán) ? 存放輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址、要傳送的字節(jié)數(shù) 送入 DMA控制器的內(nèi)存地址寄存器和傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器 中斷允許位和啟動(dòng)位置成 1，啟動(dòng)設(shè)備 ? 發(fā)出傳輸要求的進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài) 執(zhí)行指令被暫時(shí)掛起，進(jìn)程調(diào)度其他進(jìn)程占據(jù) CPU ? 輸入設(shè)備不斷竊取 CPU工作周期，數(shù)據(jù)不斷寫入內(nèi)存 ? 傳送完畢，發(fā)出中斷信號(hào) ? CPU接到中斷信號(hào)轉(zhuǎn)入中斷處理程序處理 ? 中斷處理結(jié)束， CPU返回原進(jìn)程或切換到新的進(jìn)程 第五章 設(shè) 備 管