操作系統(tǒng)第6章設(shè)備

1、2022-3-171第6章 輸入輸出系統(tǒng)（I/O）6.1 I/O6.1 I/O系統(tǒng)的功能、模型和接口系統(tǒng)的功能、模型和接口2022-3-172 I/OI/O系統(tǒng)系統(tǒng)是操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除是操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除CPUCPU和和內(nèi)存之外的外部設(shè)備進(jìn)行管理內(nèi)存之外的外部設(shè)備進(jìn)行管理。 操作系統(tǒng)設(shè)備管理是要，方便用戶使用設(shè)備、操作系統(tǒng)設(shè)備管理是要，方便用戶使用設(shè)備、提高設(shè)備利用率。提高設(shè)備利用率。 提高設(shè)備利用率的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的提高設(shè)備利用率的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的并行操作并行操作。一方面，諸設(shè)備要與一方面，諸設(shè)備要與CPUCPU并行，另一方面，諸設(shè)備并行，另一方面，諸設(shè)備間也要并行。間也要并行。

2、I/OI/O系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)整個(gè)整個(gè)I/O結(jié)構(gòu)分成三個(gè)層次：底層是具體的設(shè)備和硬件接結(jié)構(gòu)分成三個(gè)層次：底層是具體的設(shè)備和硬件接口，中間是系統(tǒng)軟件（與設(shè)備相關(guān)軟件、與設(shè)備無關(guān)軟件），口，中間是系統(tǒng)軟件（與設(shè)備相關(guān)軟件、與設(shè)備無關(guān)軟件），最上面是用戶程序。最上面是用戶程序。 打印機(jī)打印機(jī)攝像機(jī)攝像機(jī)硬盤硬盤設(shè)備設(shè)備打印機(jī)控制器打印機(jī)控制器攝像機(jī)控制器攝像機(jī)控制器磁盤控制器磁盤控制器打印機(jī)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序攝像機(jī)攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序磁盤磁盤驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序I/O接口程序接口程序硬件接口硬件接口與設(shè)備與設(shè)備相關(guān)軟件相關(guān)軟件與設(shè)備與設(shè)備無關(guān)軟件無關(guān)軟件用戶程序用戶程序進(jìn)程進(jìn)程A進(jìn)程進(jìn)程

3、B進(jìn)程進(jìn)程C進(jìn)程進(jìn)程N(yùn)用戶用戶空間空間內(nèi)核內(nèi)核空間空間打印機(jī)打印機(jī)中斷處理程序中斷處理程序攝像機(jī)攝像機(jī)中斷處理程序中斷處理程序磁盤磁盤中斷處理程序中斷處理程序1. 設(shè)備的分類設(shè)備的分類2022-3-174（1 1）按設(shè)備的）按設(shè)備的使用特性使用特性分類分類 存儲(chǔ)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、I/OI/O設(shè)備設(shè)備 （2 2）按信息的）按信息的組織方式組織方式分類分類 塊設(shè)備塊設(shè)備：磁盤、磁帶等：磁盤、磁帶等 字符設(shè)備字符設(shè)備：每次傳送字符數(shù)據(jù)，如鍵盤。：每次傳送字符數(shù)據(jù)，如鍵盤。6.2 I/06.2 I/0設(shè)備和設(shè)備控制器設(shè)備和設(shè)備控制器設(shè)備的分類設(shè)備的分類2022-3-17Page 5(3)(3)按傳輸速率

4、分類按傳輸速率分類低速設(shè)備 每秒幾個(gè)字節(jié)至數(shù)百字節(jié)鍵盤、鼠標(biāo)、語音輸入輸出設(shè)備等中速設(shè)備每秒數(shù)千至數(shù)萬字節(jié)行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等高速設(shè)備每秒數(shù)百K至數(shù)十M字節(jié)磁盤機(jī)、磁帶機(jī)、光盤機(jī)等2022-3-1762. 設(shè)備與控制器之間的接口設(shè)備與控制器之間的接口 通常，設(shè)備并不是直接與通常，設(shè)備并不是直接與CPU進(jìn)行通信，而是進(jìn)行通信，而是與設(shè)備控制器通信。與設(shè)備控制器通信。 因此，在設(shè)備中應(yīng)含有與設(shè)備控制器的接口。因此，在設(shè)備中應(yīng)含有與設(shè)備控制器的接口。2022-3-17Page 7設(shè)備與控制器之間的接口數(shù)據(jù)信號(hào)線用于在設(shè)備和設(shè)備控制器之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)線作為由設(shè)備控制器向I/O設(shè)備發(fā)送控制信

5、號(hào)（規(guī)定設(shè)備應(yīng)執(zhí)行的操作）時(shí)的通路狀態(tài)信號(hào)線用于傳送指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的信號(hào)緩緩沖沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器控控制制邏邏輯輯信信號(hào)號(hào)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)信信號(hào)號(hào)線線狀狀態(tài)態(tài)信信號(hào)號(hào)線線控控制制信信號(hào)號(hào)線線至至設(shè)設(shè)備備控控制制器器I/O設(shè)設(shè)備備設(shè)備控制器設(shè)備控制器是是CPUCPU與與I/OI/O設(shè)備之間的設(shè)備之間的接口接口由外界輸入的信號(hào)由外界輸入的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送入緩沖器，數(shù)據(jù)達(dá)入緩沖器，數(shù)據(jù)達(dá)到一定的字符數(shù)后，到一定的字符數(shù)后，再從緩沖器通過一再從緩沖器通過一組數(shù)據(jù)信號(hào)線送到組數(shù)據(jù)信號(hào)線送到控制器控制器從設(shè)備控制器經(jīng)過從設(shè)備控制器經(jīng)過數(shù)據(jù)信號(hào)線傳送來數(shù)據(jù)信號(hào)線傳送來的數(shù)據(jù)先暫存在緩的數(shù)據(jù)先

6、暫存在緩沖器，經(jīng)轉(zhuǎn)換器經(jīng)沖器，經(jīng)轉(zhuǎn)換器經(jīng)過適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，逐過適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，逐個(gè)字符輸出個(gè)字符輸出信號(hào)規(guī)定設(shè)信號(hào)規(guī)定設(shè)備要執(zhí)行的備要執(zhí)行的操作操作指示設(shè)備當(dāng)指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，正前狀態(tài)，正在讀、寫或在讀、寫或完成完成2.設(shè)備控制器2022-3-178 設(shè)備控制器的組成數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制/狀態(tài)控制/狀態(tài)寄存器寄存器數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線I/O邏輯邏輯控制器控制器與設(shè)備與設(shè)備接口1接口1控制器控制器與設(shè)備與設(shè)備接口接口i數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)狀態(tài)控制控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)狀態(tài)控制控制地址線地址線控制線控制線CPU與控制器接口與控制器接口控制器與設(shè)備接口控制器與設(shè)備接口2.設(shè)備控制器2022-3-179基本功能接收和識(shí)別命令應(yīng)

7、有控制寄存器存放接受的命令和參數(shù)，并對(duì)其譯碼 數(shù)據(jù)交換 實(shí)現(xiàn)CPU與控制器、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，需設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)：需設(shè)置狀態(tài)寄存器地址識(shí)別 識(shí)別所控制的設(shè)備，需設(shè)置地址譯碼器數(shù)據(jù)緩沖 ：解決I/O設(shè)備速率低的問題差錯(cuò)控制 ：對(duì)I/O設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)6.4 6.4 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序6.4.3 對(duì)I/O設(shè)備的控制方式2022-3-17101.1.程序查詢程序查詢/ /輪詢方式輪詢方式 用戶進(jìn)程直接控制用戶進(jìn)程直接控制CPUCPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)用戶進(jìn)程需要使用某一外設(shè)輸入當(dāng)用戶進(jìn)程需要使用某一外設(shè)輸入/ /輸出數(shù)據(jù)時(shí)，它輸出數(shù)據(jù)時(shí)，它

8、通過通過CPUCPU向外設(shè)發(fā)出一條向外設(shè)發(fā)出一條I/OI/O指令啟動(dòng)外設(shè)，然后在指令啟動(dòng)外設(shè)，然后在外設(shè)上進(jìn)行外設(shè)上進(jìn)行I/OI/O數(shù)據(jù)處理的過程中，數(shù)據(jù)處理的過程中，進(jìn)程循環(huán)測試外進(jìn)程循環(huán)測試外設(shè)是否處理完畢設(shè)是否處理完畢(busy=0)(busy=0)，如果完畢就再啟動(dòng)下一，如果完畢就再啟動(dòng)下一次的傳送，直到傳送結(jié)束。次的傳送，直到傳送結(jié)束。設(shè)備設(shè)備內(nèi)存內(nèi)存 或或 設(shè)備設(shè)備CPUCPU2022-3-1711向向I/O控制器控制器發(fā)讀命令發(fā)讀命令讀讀I/O控制器控制器的狀態(tài)的狀態(tài)檢查檢查狀態(tài)？狀態(tài)？從從I/O控制器控制器中讀入字中讀入字向存儲(chǔ)器向存儲(chǔ)器中寫字中寫字傳送傳送完成？完成？未未就就

9、緒緒就緒就緒出錯(cuò)出錯(cuò)CPUI/OI/OCPUI/OCPUCPU內(nèi)存內(nèi)存下條指令下條指令完成完成未完未完(a) 程序程序I/O方式方式2022-3-1712缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：CPUCPU與外設(shè)之間只能串行工作。與外設(shè)之間只能串行工作。CPUCPU在絕大多數(shù)在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)都處于循環(huán)測試的忙等待狀態(tài)，使得時(shí)間內(nèi)都處于循環(huán)測試的忙等待狀態(tài)，使得CPUCPU的利用率極低。的利用率極低。由于一段時(shí)間內(nèi)由于一段時(shí)間內(nèi)CPUCPU只能與一臺(tái)外設(shè)交換數(shù)據(jù)，只能與一臺(tái)外設(shè)交換數(shù)據(jù)，因此因此多臺(tái)外設(shè)之間也只能串行工作多臺(tái)外設(shè)之間也只能串行工作。 程序查詢方式只適用于程序查詢方式只適用于CPUCPU執(zhí)行速度較慢且外設(shè)較少

10、執(zhí)行速度較慢且外設(shè)較少的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。2.2.中斷控制方式中斷控制方式2022-3-1713向向I/O控制器控制器發(fā)讀命令發(fā)讀命令讀讀I/O控制器控制器的狀態(tài)的狀態(tài)檢查檢查狀態(tài)？狀態(tài)？從從I/O控制控制器中讀字器中讀字向內(nèi)存向內(nèi)存中寫字中寫字傳送傳送完成？完成？就緒就緒出錯(cuò)出錯(cuò)CPUI/OI/OCPUI/OCPUCPU內(nèi)存內(nèi)存下條指令下條指令完成完成未完未完中斷中斷CPU(b) 中斷驅(qū)動(dòng)方式中斷驅(qū)動(dòng)方式做其它事做其它事2022-3-1715特點(diǎn)：特點(diǎn)： CPUCPU與外設(shè)并行工作，也可外設(shè)間并行工作，大與外設(shè)并行工作，也可外設(shè)間并行工作，大大提高了系統(tǒng)效率。大提高了系統(tǒng)效率。1.1.僅適宜于慢

11、速的字符設(shè)備，中斷次數(shù)頻繁僅適宜于慢速的字符設(shè)備，中斷次數(shù)頻繁( (數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)緩沖寄存器小緩沖寄存器小, ,滿即產(chǎn)生中斷滿即產(chǎn)生中斷) )，系統(tǒng)開銷大，系統(tǒng)開銷大（在中斷處理上）。（在中斷處理上）。3.DMA3.DMA方式方式2022-3-1716 在外設(shè)與內(nèi)存間直接開辟一個(gè)數(shù)據(jù)通道，在外設(shè)與內(nèi)存間直接開辟一個(gè)數(shù)據(jù)通道，由由DMAC(DMADMAC(DMA控制器控制器) )來控制它們之間的成批來控制它們之間的成批數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)傳送。2022-3-1717特點(diǎn)特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊所傳送的數(shù)據(jù)是所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存從設(shè)備直接送入內(nèi)存的，或者相反的，或者

12、相反僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束開始和結(jié)束時(shí)才需時(shí)才需CPU干干預(yù)預(yù)除了具有中斷機(jī)構(gòu)外，還增加了除了具有中斷機(jī)構(gòu)外，還增加了DMA控制器控制器數(shù)據(jù)傳送方向、存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址及傳送數(shù)據(jù)長度需數(shù)據(jù)傳送方向、存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址及傳送數(shù)據(jù)長度需CPU控制控制每個(gè)設(shè)備需配置一個(gè)每個(gè)設(shè)備需配置一個(gè)DMA控制器控制器DMADMA方式方式2022-3-1718設(shè)置設(shè)置MAR和和DC初值初值啟動(dòng)啟動(dòng)DMA傳送命令傳送命令挪用存儲(chǔ)器周期傳挪用存儲(chǔ)器周期傳送數(shù)據(jù)字送數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)器地址增存儲(chǔ)器地址增1字計(jì)數(shù)寄存器減字計(jì)數(shù)寄存器減1DC0?請(qǐng)求中斷請(qǐng)求中斷在繼續(xù)執(zhí)行用戶在繼續(xù)執(zhí)行用戶程

13、序的同時(shí)程序的同時(shí), ,準(zhǔn)準(zhǔn)備又一次傳送備又一次傳送否否是是內(nèi)存地址寄存器內(nèi)存地址寄存器MAR數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存的數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存的起起始目標(biāo)地址始目標(biāo)地址數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器DC要讀或?qū)懙淖郑ü?jié)）要讀或?qū)懙淖郑ü?jié)）數(shù)數(shù)2022-3-1719與中斷方式的區(qū)別：與中斷方式的區(qū)別：1 1）中斷方式是在）中斷方式是在數(shù)據(jù)寄存器滿數(shù)據(jù)寄存器滿的時(shí)候發(fā)出中斷請(qǐng)求，的時(shí)候發(fā)出中斷請(qǐng)求，DMADMA方式是在方式是在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求。發(fā)出中斷請(qǐng)求。2 2）中斷方式中的中斷處理程序）中斷方式中的中斷處理程序負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳送負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳送( (取走取走數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)) )，DMADMA方式中的中斷處理程序方

14、式中的中斷處理程序做做I/OI/O的結(jié)束工的結(jié)束工作作。 DMADMA方式適合連續(xù)數(shù)據(jù)塊的傳送。方式適合連續(xù)數(shù)據(jù)塊的傳送。4 4 通道控制方式通道控制方式2022-3-1720通道是一個(gè)獨(dú)立于通道是一個(gè)獨(dú)立于cpucpu的專管輸入輸出控制的處理機(jī)的專管輸入輸出控制的處理機(jī)有自己簡單的指令系統(tǒng)，只有數(shù)據(jù)傳送指令和設(shè)備有自己簡單的指令系統(tǒng)，只有數(shù)據(jù)傳送指令和設(shè)備控制指令控制指令主要目的是為了建立獨(dú)立的主要目的是為了建立獨(dú)立的I/OI/O操作，使有關(guān)對(duì)操作，使有關(guān)對(duì)I/OI/O操作的組織、管理及其結(jié)束處理也獨(dú)立于操作的組織、管理及其結(jié)束處理也獨(dú)立于CPUCPUCPUCPU向向I/OI/O通道發(fā)送通道

15、發(fā)送I/OI/O命令，由通道執(zhí)行程序命令，由通道執(zhí)行程序通道與一般處理機(jī)的區(qū)別通道與一般處理機(jī)的區(qū)別指令單一指令單一沒有獨(dú)立的內(nèi)存沒有獨(dú)立的內(nèi)存 2022-3-1721通道的種類通道的種類字節(jié)多路：以字節(jié)為單位傳送數(shù)據(jù)，低速設(shè)字節(jié)多路：以字節(jié)為單位傳送數(shù)據(jù)，低速設(shè)備備數(shù)組選擇：一次只能控制一臺(tái)數(shù)組選擇：一次只能控制一臺(tái)I/OI/O設(shè)備；以塊設(shè)備；以塊為單位或成批傳送數(shù)據(jù)；高速設(shè)備為單位或成批傳送數(shù)據(jù)；高速設(shè)備數(shù)組多路：數(shù)組多路： 傳輸速度快，通道利用率高，可傳輸速度快，通道利用率高，可連接多臺(tái)高中速設(shè)備連接多臺(tái)高中速設(shè)備2022-3-1722設(shè)備1設(shè)備1控制器控制器1控制器控制器2通道通道1通

16、道通道2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器設(shè)備2設(shè)備2設(shè)備3設(shè)備3設(shè)備4設(shè)備46.5.3 6.5.3 設(shè)備分配設(shè)備分配2022-3-17231.1.設(shè)備分配的原則：設(shè)備分配的原則：總原則：總原則：考慮設(shè)備的固有屬性，充分發(fā)揮設(shè)備的使用考慮設(shè)備的固有屬性，充分發(fā)揮設(shè)備的使用效率效率，盡可能的讓設(shè)備忙，又要避免由于不合理的分，盡可能的讓設(shè)備忙，又要避免由于不合理的分配方法造成進(jìn)程死鎖；把用戶程序和具體的物理設(shè)備配方法造成進(jìn)程死鎖；把用戶程序和具體的物理設(shè)備隔離開來。隔離開來。2.2.設(shè)備分配策略：設(shè)備分配策略：先請(qǐng)求先分配先請(qǐng)求先分配優(yōu)先級(jí)高者先分配優(yōu)先級(jí)高者先分配設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有

17、屬性獨(dú)占性一段時(shí)間內(nèi)，只允許一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占，大多數(shù)低度速/設(shè)備都屬于獨(dú)享設(shè)備共享性允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)共享，如磁盤、磁鼓之類的外存儲(chǔ)器，既具有很能大的存儲(chǔ)容量，其定位操作的時(shí)間又短可虛擬性獨(dú)占設(shè)備經(jīng)某種技術(shù)處理，改造成虛擬設(shè)備，把一臺(tái)輸入機(jī)虛擬為幾臺(tái)“虛擬”的輸入機(jī)。例如：為了提高設(shè)備利用率引入了脫機(jī)輸入輸出或采用SPOOLing技術(shù)，變一臺(tái)為“多臺(tái)設(shè)備”缺點(diǎn)：設(shè)備得缺點(diǎn)：設(shè)備得不到充分利用，不到充分利用，可能產(chǎn)生死鎖可能產(chǎn)生死鎖設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配時(shí)應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配獨(dú)占設(shè)備防止死鎖共享設(shè)備由于同時(shí)有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問，且訪問頻繁，就會(huì)影響整個(gè)設(shè)備使用效率，影響系統(tǒng)效率。因此要考慮多個(gè)訪

18、問請(qǐng)求到達(dá)時(shí)服務(wù)的順序，使平均服務(wù)時(shí)間越短越好。注意各進(jìn)程的訪問次序進(jìn)行合理調(diào)度虛擬設(shè)備2022-3-17263.3.設(shè)備分配中的安全性設(shè)備分配中的安全性安全分配方式安全分配方式每當(dāng)進(jìn)程發(fā)出每當(dāng)進(jìn)程發(fā)出I/OI/O請(qǐng)求后，便進(jìn)入阻塞狀態(tài)，請(qǐng)求后，便進(jìn)入阻塞狀態(tài)，I/OI/O操作操作完成后喚醒完成后喚醒優(yōu)點(diǎn)：摒棄了優(yōu)點(diǎn)：摒棄了 “請(qǐng)求和保持請(qǐng)求和保持”條件，不會(huì)產(chǎn)生死鎖條件，不會(huì)產(chǎn)生死鎖不安全分配方式不安全分配方式 進(jìn)程發(fā)出進(jìn)程發(fā)出I/OI/O請(qǐng)求后仍繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)申請(qǐng)請(qǐng)求后仍繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)申請(qǐng)I/OI/O設(shè)備設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：可操作多個(gè)設(shè)備，推進(jìn)迅速優(yōu)點(diǎn)：可操作多個(gè)設(shè)備，推進(jìn)迅速6.7 6.7 緩沖技

19、術(shù)緩沖技術(shù)2022-3-1727 緩沖是用來緩和緩沖是用來緩和CPUCPU與外設(shè)之間以及設(shè)與外設(shè)之間以及設(shè)備與設(shè)備之間備與設(shè)備之間速度不匹配速度不匹配的矛盾，提高的矛盾，提高CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備的并行性。設(shè)備的并行性。1 1 緩沖的引入緩沖的引入采用緩沖技術(shù)的目的主要在于：采用緩沖技術(shù)的目的主要在于：2022-3-17281).1).用來緩和用來緩和CPUCPU與與I/OI/O設(shè)備之間設(shè)備之間速度不匹配速度不匹配的矛盾。的矛盾。2).2).提高提高CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備的并行性。設(shè)備的并行性。3).3).有效減少對(duì)有效減少對(duì)CPUCPU的中斷次數(shù)，放寬對(duì)的中斷次數(shù)，放寬對(duì)

20、CPUCPU中斷響中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。應(yīng)時(shí)間的限制。 比如：字符設(shè)備比如：字符設(shè)備 無緩沖：傳輸一個(gè)字符需要中斷一次無緩沖：傳輸一個(gè)字符需要中斷一次 有緩沖：傳輸有緩沖：傳輸100100個(gè)字符只需要中斷一次個(gè)字符只需要中斷一次4).4).解決生產(chǎn)和消費(fèi)數(shù)據(jù)粒度不匹配的問題解決生產(chǎn)和消費(fèi)數(shù)據(jù)粒度不匹配的問題2022-3-17291位緩沖位緩沖9.6 Kb/s(a)中斷中斷CPU的頻率為的頻率為9.6Kb/s，每，每100 s中斷一次中斷一次CPUCPU必須在必須在100 s內(nèi)響應(yīng)，否則內(nèi)響應(yīng)，否則數(shù)據(jù)會(huì)被沖掉數(shù)據(jù)會(huì)被沖掉8位緩沖寄存器位緩沖寄存器送內(nèi)存送內(nèi)存9.6 Kb/s(b)中斷中斷CPU的

21、的頻率降低為頻率降低為9.6Kb/8 2022-3-17308位緩沖寄存器位緩沖寄存器9.6 Kb/s送內(nèi)存送內(nèi)存(c)每每800 s中中斷一次斷一次CPU2 緩沖的種類緩沖的種類 緩沖區(qū)分為緩沖區(qū)分為單緩沖、雙單緩沖、雙緩沖、環(huán)型緩沖、緩沖緩沖、環(huán)型緩沖、緩沖池池等，現(xiàn)代操作系統(tǒng)很等，現(xiàn)代操作系統(tǒng)很多采用緩沖池技術(shù)。緩多采用緩沖池技術(shù)。緩沖池將多個(gè)緩沖區(qū)組織沖池將多個(gè)緩沖區(qū)組織成多個(gè)緩沖隊(duì)列。成多個(gè)緩沖隊(duì)列。2022-3-1731緩沖區(qū)中的單緩沖和雙緩沖緩沖區(qū)中的單緩沖和雙緩沖2022-3-1732單緩沖和雙緩沖單緩沖和雙緩沖2022-3-17Page 33緩緩沖沖區(qū)區(qū)緩緩沖沖區(qū)區(qū)A機(jī)機(jī)B機(jī)

22、機(jī)(a) 單單緩緩沖沖發(fā)發(fā)送送緩緩沖沖區(qū)區(qū)接接收收緩緩沖沖區(qū)區(qū)接接收收緩緩沖沖區(qū)區(qū)發(fā)發(fā)送送緩緩沖沖區(qū)區(qū)A機(jī)機(jī)B機(jī)機(jī)(b) 雙雙緩緩沖沖只能實(shí)現(xiàn)單向只能實(shí)現(xiàn)單向的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸為了實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，必須在兩臺(tái)機(jī)器中都設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)，一個(gè)用作發(fā)送緩沖區(qū)，另一個(gè)用作接收緩沖區(qū)。循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖2022-3-17Page 34RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrent類型：類型：R:空緩沖；空緩沖；G：滿緩沖；：滿緩沖；C：當(dāng)前緩沖：當(dāng)前緩沖本章小結(jié)本章小結(jié)2022-3-1735了解外設(shè)的分類；了解外設(shè)的分類；了解設(shè)備管理的功能；了解設(shè)備

23、管理的功能；理解幾種數(shù)據(jù)傳輸控制方式的不同（程序直接控制、理解幾種數(shù)據(jù)傳輸控制方式的不同（程序直接控制、中斷方式、中斷方式、DMADMA方式和通道方式）；方式和通道方式）；了解中斷中的相關(guān)概念；了解中斷中的相關(guān)概念；理解引入緩沖區(qū)的作用；理解引入緩沖區(qū)的作用；設(shè)備分配的原則和策略。設(shè)備分配的原則和策略。脫機(jī)輸入脫機(jī)輸入/ /輸出（輸出（Off-Line I/OOff-Line I/O）方式）方式硬件不斷發(fā)展，硬件不斷發(fā)展，CPU速度的提高、系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大，人機(jī)矛盾嚴(yán)重，如何解決？速度的提高、系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大，人機(jī)矛盾嚴(yán)重，如何解決？輸入設(shè)備外圍機(jī)磁盤主機(jī)外圍機(jī)輸出設(shè)備磁帶磁帶磁帶磁帶SPOOLing

24、SPOOLing技術(shù)技術(shù)2022-3-17Page 37什么是SPOOLing技術(shù)為了緩和CPU的高速性與I/O設(shè)備低速性間的矛盾而引入了脫機(jī)輸入、 脫機(jī)輸出技術(shù)在多道程序環(huán)境下，其中的一道程序模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍控制機(jī)功能在主機(jī)的直接控制下，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)輸入、 輸出功能，此時(shí)的外圍操作與CPU對(duì)數(shù)據(jù)的處理同時(shí)進(jìn)行把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為SPOOLing(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，或稱為假脫機(jī)操作SPOOLingSPOOLing技術(shù)技術(shù)2022-3-17Page 38SPOOLing系統(tǒng)的組成輸入井和輸出井在磁盤上的兩個(gè)存儲(chǔ)空間輸入井模擬脫機(jī)輸入，暫存輸入數(shù)據(jù)輸出井模擬脫機(jī)輸出，暫存輸出數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)用來緩和CPU與磁盤之間的速度的矛盾輸入進(jìn)程進(jìn)程SPo模擬脫機(jī)I/O時(shí)的外圍控制機(jī)脫機(jī)輸入脫機(jī)輸入/ /輸出