【正文】 ? 對輸入輸出緩沖區(qū)進(jìn)行管理。 I/O硬件 原理 I/O設(shè)備對不同的人有不同的理解，設(shè)計(jì)硬件的人員和對硬件編程的人員和用戶都有不同的觀點(diǎn)和見解，我們主要分析如何對這些設(shè)備編程控制，更好地使設(shè)備之間協(xié)調(diào)工作，即主要從程序員的角度來分析它。設(shè)備。字節(jié)。機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備。隔離開來。如文件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)磁盤相關(guān)的塊設(shè)備。把這兩部分分開處設(shè)備一般由機(jī)械和電子兩部分組成。電子部分叫做設(shè)備控制器或適配器。 控制器卡上通常有一個(gè)插座，通過電纜與設(shè)備相連； 控制器和設(shè)備之間的接口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，它符合 ANSI、 IEEE或 ISO這樣的國際標(biāo)準(zhǔn)。***設(shè)備接口 一次完整的 I/O傳送過程，典型地由一長列低級信號組成，這些信號啟動(dòng)設(shè)備所執(zhí)行的操作，并通過測試設(shè)備狀態(tài)來監(jiān)控設(shè)備操作的進(jìn)展 。在一個(gè)確定的連接模式下， 從 I/O設(shè)備到 CPU間的所有連接成分構(gòu)成了一條 I/O路徑（ I/O鏈）。 好處：低成本（一線多用）? 靈活性（易于增加設(shè)備? 便于兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間共享外設(shè)）總線的缺點(diǎn)： 本身形成了通訊瓶頸，限制 I/O吞吐量總線分類： 數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線控制器，即設(shè)備的電子部分完成設(shè)備與主機(jī)間的連接和通訊CPU與控制器間通訊： 單總線模型（微機(jī)、小型機(jī)） 多總線模型（中、大型機(jī)） I/O通道控制器與設(shè)備的接口是種低層次的接口：控制器與設(shè)備的接口是種低層次的接口：**比如從硬盤讀信息，讀出的是一個(gè)比特流，其中比如從硬盤讀信息，讀出的是一個(gè)比特流，其中包括磁盤數(shù)據(jù)、扇區(qū)大小、校驗(yàn)碼等信息，包括磁盤數(shù)據(jù)、扇區(qū)大小、校驗(yàn)碼等信息，讀出來后由控制器對這些串行的比特流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，讀出來后由控制器對這些串行的比特流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行教研最后裝入主存。**對顯示器的顯示，由對顯示器的顯示，由 CRT終端控制器從內(nèi)存中讀終端控制器從內(nèi)存中讀出要顯示的字符的字節(jié)流，然后產(chǎn)生來調(diào)制產(chǎn)生射出要顯示的字符的字節(jié)流，然后產(chǎn)生來調(diào)制產(chǎn)生射線的信號，并最終將結(jié)果顯示出來。控制器與控制器與 CPU的聯(lián)系的聯(lián)系每個(gè)控制器都有一些用來和每個(gè)控制器都有一些用來和 CPU通信的寄存器，如果把通信的寄存器，如果把這些寄存器放入內(nèi)存，即內(nèi)存映像這些寄存器放入內(nèi)存，即內(nèi)存映像 I/O(這點(diǎn)在顯卡上尤為這點(diǎn)在顯卡上尤為突出突出 )。即固定設(shè)備中斷。即固定設(shè)備中斷。工作。許多控制器，尤其是塊設(shè)備控制器都支持 DMA。其次，它做和校驗(yàn)計(jì)算，以核實(shí)沒有讀錯(cuò)誤發(fā)生。 CPU響應(yīng)中斷，控制轉(zhuǎn)給操作系統(tǒng)。從而使磁盤設(shè)備與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送不需要 CPU介入，因而減輕了 CPU負(fù)擔(dān)；? 當(dāng)采用 DMA時(shí)，除向控制器提供要讀數(shù)據(jù)塊的磁盤地址外，還要向控制器提供兩個(gè)信息：數(shù)據(jù)塊送往內(nèi)存的起始地址和要傳送的字節(jié)數(shù)。然后， DMA硬件自動(dòng)地把傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器減 1，把存儲器地址寄存器加 1，并恢復(fù) CPU對內(nèi)存的控制權(quán)， DMA控制器對每一個(gè)傳送的數(shù)據(jù)重復(fù)上述過程，直到傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器為 “ 0” 時(shí)，向 CPU產(chǎn)生一個(gè)中斷信號。CPU向控制器發(fā)出啟動(dòng)向控制器發(fā)出啟動(dòng) DMA通知和有關(guān)參數(shù)通知和有關(guān)參數(shù)控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問請求控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問請求訪問內(nèi)存（讀、寫）訪問內(nèi)存（讀、寫）計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器減 1結(jié)束否結(jié)束否發(fā)中斷發(fā)中斷NY DMA的實(shí)現(xiàn)流程的實(shí)現(xiàn)流程使用使用 DMA的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) : 通過讓控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的第一步收集校驗(yàn)，可通過讓控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的第一步收集校驗(yàn)，可以緩解設(shè)備之間對總線的控制權(quán)的爭奪，因?yàn)?，一旦以緩解設(shè)備之間對總線的控制權(quán)的爭奪，因?yàn)?，一旦不用不?DMA這種方式，當(dāng)開始傳輸時(shí)，總線的控制權(quán)必這種方式，當(dāng)開始傳輸時(shí)，總線的控制權(quán)必須長時(shí)間被此控制器所獲得，而長時(shí)間的占用會使大須長時(shí)間被此控制器所獲得，而長時(shí)間的占用會使大量其他任務(wù)阻塞；而他們本身也會因?yàn)閭魉秃妥x取的量其他任務(wù)阻塞；而他們本身也會因?yàn)閭魉秃妥x取的速度的差異，會使本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜化。通過這種內(nèi)部的緩沖機(jī)制，使得在啟動(dòng)通過這種內(nèi)部的緩沖機(jī)制，使得在啟動(dòng) DMA傳傳送前完全不使用總線，而自己本身的設(shè)計(jì)也就自然簡送前完全不使用總線，而自己本身的設(shè)計(jì)也就自然簡化起來。類共享區(qū)域的管理類共享區(qū)域的管理 磁盤塊的交叉編址磁盤塊的交叉編址 當(dāng)數(shù)據(jù)從當(dāng)數(shù)據(jù)從 CPU或控制器被傳到內(nèi)存時(shí)，控制器本身也正或控制器被傳到內(nèi)存時(shí)，控制器本身也正在讀扇區(qū)上的信息時(shí)，控制器就可以被認(rèn)為是一個(gè)共享的在讀扇區(qū)上的信息時(shí)，控制器就可以被認(rèn)為是一個(gè)共享的區(qū)域，而這時(shí)就會出現(xiàn)競爭。此時(shí)只能滿足一方要求，即要么數(shù)據(jù)從磁盤到控制器，要么數(shù)據(jù)從控制器到內(nèi)存。 如果數(shù)據(jù)從控制器到內(nèi)存，而數(shù)據(jù)仍需要被讀取，則必如果數(shù)據(jù)從控制器到內(nèi)存，而數(shù)據(jù)仍需要被讀取，則必然會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的情況，需要用一些方法來避免然會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的情況，需要用一些方法來避免 即隔即隔一個(gè)數(shù)據(jù)塊讀一個(gè)（因?yàn)橛脖P是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，不可能停止一個(gè)數(shù)據(jù)塊讀一個(gè)（因?yàn)橛脖P是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，不可能停止）或幾個(gè)的方案。 對于對于 a圖進(jìn)行編址，控制器只能做到隔一個(gè)塊讀取一個(gè)圖進(jìn)行編址，控制器只能做到隔一個(gè)塊讀取一個(gè)的速度，則讀完全部的信息需要磁盤旋轉(zhuǎn)的速度，則讀完全部的信息需要磁盤旋轉(zhuǎn) 8周，此時(shí)周，此時(shí) b圖只圖只需要需要 2周，對于周，對于 c圖，主要是針對從控制器向內(nèi)存?zhèn)鲾?shù)據(jù)比圖，主要是針對從控制器向內(nèi)存?zhèn)鲾?shù)據(jù)比從硬盤向控制器傳數(shù)據(jù)慢的情況。未編碼未編碼 單交叉編碼單交叉編碼 雙交叉編碼雙交叉編碼? 有關(guān)技術(shù) 通道技術(shù)： 定義：通道是獨(dú)立于 CPU的專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸工作的處理機(jī)，對外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替 CPU對輸入 /輸出操作進(jìn)行控制，從而使輸入，輸出操作可與 CPU并行操作。分類1) 字節(jié)多路通道 字節(jié)多路通道以字節(jié)為單位傳輸信息，它可以分時(shí)地執(zhí)行多個(gè)通道程序。 主要連接以字節(jié)為單位的低速 I/O設(shè)備。 以字節(jié)為單位交叉?zhèn)鬏?，?dāng)一臺傳送一個(gè)字節(jié)后，立即轉(zhuǎn)去為另一臺傳送字節(jié)。選擇通道在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一個(gè)通道程序，只允許一臺設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 主要連接磁盤，磁帶等高速 I/O設(shè)備。它先為一臺設(shè)備執(zhí)行一條通道指令，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)接，為另一臺設(shè)備執(zhí)行一條通道指令。數(shù)據(jù)多路通道實(shí)際上是對通道程序采用多道程序設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)。 I/O軟件的目標(biāo) 在設(shè)計(jì) I／ O軟件時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵概念是設(shè)備獨(dú)立性。***設(shè)備無關(guān)性： 與設(shè)備獨(dú)立性密切相關(guān)的是統(tǒng)一命名 (uniform naming)這一目標(biāo)。設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和設(shè)備間的差異性均由操作系統(tǒng)本身來處理。一般來說，數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤應(yīng)盡可能地在接近硬件層上處理。如對磁盤的讀取。*** 異步同步問題 數(shù)據(jù)的傳輸對 I/O硬 件來說是異步的（大多數(shù)）