第七章設(shè)備管理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第七章設(shè)備管理第七章設(shè)備管理今天日期：2022-4-26第 2 頁頁 設(shè)備管理設(shè)備管理 是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了CPUCPU和內(nèi)存以外的所有輸入、輸出設(shè)備的管理。除了進(jìn)行實(shí)際和內(nèi)存以外的所有輸入、輸出設(shè)備的管理。除了進(jìn)行實(shí)際I/OI/O操作的設(shè)備之外，也包括諸如操作的設(shè)備之外，也包括諸如設(shè)備控制器設(shè)備控制器，DMADMA控制器控制器，中斷控制器中斷控制器，I/OI/O處理機(jī)處理機(jī)等支持設(shè)備。等支持設(shè)備。第1頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 3 頁頁2 2、按設(shè)備的數(shù)據(jù)組織方式分類：、按設(shè)備的數(shù)據(jù)組織方式分類：塊塊 設(shè)設(shè) 備備：字符設(shè)備字符設(shè)備：設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間

2、的交換以設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的交換以“數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊”為單位。如：硬盤、軟盤、磁帶為單位。如：硬盤、軟盤、磁帶以字符為單位進(jìn)行輸入輸出，每次輸入、輸出一個(gè)字符要中斷以字符為單位進(jìn)行輸入輸出，每次輸入、輸出一個(gè)字符要中斷CPU進(jìn)行處理如：鍵盤、打印機(jī)進(jìn)行處理如：鍵盤、打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)備：系統(tǒng)設(shè)備：( (標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備) )用戶設(shè)備：用戶設(shè)備：( (非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備) )操作系統(tǒng)生成時(shí)就納入到系統(tǒng)管理范圍的設(shè)備。如：鍵盤、顯示器、磁盤驅(qū)動(dòng)器等操作系統(tǒng)生成時(shí)就納入到系統(tǒng)管理范圍的設(shè)備。如：鍵盤、顯示器、磁盤驅(qū)動(dòng)器等在完成任務(wù)過程中，用戶特殊需要的設(shè)備稱為用戶設(shè)備。在完成任務(wù)過程中，用戶特殊需要的設(shè)備稱為

3、用戶設(shè)備。 1 1、按設(shè)備的從屬關(guān)系分類、按設(shè)備的從屬關(guān)系分類：7.1.1 7.1.1 設(shè)備管理的分類設(shè)備管理的分類第2頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 4 頁頁4 4、按設(shè)備的使用特性分類、按設(shè)備的使用特性分類：輸入輸出設(shè)備：輸入輸出設(shè)備：存儲(chǔ)設(shè)備：存儲(chǔ)設(shè)備：獨(dú)占設(shè)備：獨(dú)占設(shè)備：共享設(shè)備：共享設(shè)備：虛擬設(shè)備：虛擬設(shè)備：指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶進(jìn)程訪問的設(shè)備。如：打印機(jī)指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶進(jìn)程訪問的設(shè)備。如：打印機(jī)3 3、按資源分配的角度分類、按資源分配的角度分類；如：磁盤如：磁盤指通過虛擬技術(shù)將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變換為若干臺(tái)邏輯設(shè)備，供若干個(gè)用戶進(jìn)程同時(shí)使用。指通過虛擬技術(shù)將

4、一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變換為若干臺(tái)邏輯設(shè)備，供若干個(gè)用戶進(jìn)程同時(shí)使用。第3頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 5 頁頁6 6、按按照數(shù)據(jù)接口的傳輸方式分類、按按照數(shù)據(jù)接口的傳輸方式分類：串行設(shè)備：串行設(shè)備：并行設(shè)備：并行設(shè)備：順序存儲(chǔ)設(shè)備順序存儲(chǔ)設(shè)備：隨機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備隨機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備：指這種設(shè)備的讀指這種設(shè)備的讀/寫是按照順序進(jìn)程的。如：磁帶機(jī)寫是按照順序進(jìn)程的。如：磁帶機(jī)5 5、按設(shè)備的讀、按設(shè)備的讀/ /寫物理特性分類寫物理特性分類；這種設(shè)備的讀這種設(shè)備的讀/寫可以直接按照數(shù)據(jù)的位置進(jìn)行。如：磁盤。寫可以直接按照數(shù)據(jù)的位置進(jìn)行。如：磁盤。 任何外設(shè)都不能與系統(tǒng)總線相連，在兩者之間必須有一個(gè)專門設(shè)計(jì)的

5、接口電路，計(jì)算機(jī)就是通過接口與外設(shè)實(shí)現(xiàn)信息交換。任何外設(shè)都不能與系統(tǒng)總線相連，在兩者之間必須有一個(gè)專門設(shè)計(jì)的接口電路，計(jì)算機(jī)就是通過接口與外設(shè)實(shí)現(xiàn)信息交換。如：鍵盤、鼠標(biāo)。使用如：鍵盤、鼠標(biāo)。使用USB接口的設(shè)備接口的設(shè)備如：打印機(jī)、掃描儀、硬盤。如：打印機(jī)、掃描儀、硬盤。第4頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 6 頁頁7.1.2 7.1.2 設(shè)備管理的任務(wù)和功能設(shè)備管理的任務(wù)和功能1 1、任務(wù)：、任務(wù)：2. 2. 設(shè)備管理的功能：設(shè)備管理的功能：提高外圍設(shè)備的使用效率；提高外圍設(shè)備的使用效率；為設(shè)備提供方便，統(tǒng)一的界面；為設(shè)備提供方便，統(tǒng)一的界面；為各種設(shè)備提供盡可能方便統(tǒng)一的使用界

6、面；為各種設(shè)備提供盡可能方便統(tǒng)一的使用界面；遵循一定的策略，進(jìn)行設(shè)備的具體分配和回收。遵循一定的策略，進(jìn)行設(shè)備的具體分配和回收。當(dāng)前比較典型的輸入輸出系統(tǒng)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)，主機(jī)，通道，控制器和設(shè)備。在進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)，還應(yīng)分配相應(yīng)的控制器和通道，以保證設(shè)備與當(dāng)前比較典型的輸入輸出系統(tǒng)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)，主機(jī)，通道，控制器和設(shè)備。在進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)，還應(yīng)分配相應(yīng)的控制器和通道，以保證設(shè)備與CPU之間形成兩條信息的傳輸?shù)缆?。之間形成兩條信息的傳輸?shù)缆?。?頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 7 頁頁實(shí)現(xiàn)正的實(shí)現(xiàn)正的I/O操作操作，為完成該功能，設(shè)備管理程序應(yīng)具有下述三個(gè)功能：，為完成該功能，設(shè)備管理程序

7、應(yīng)具有下述三個(gè)功能：提供緩沖技術(shù)提供緩沖技術(shù)-提高提高CPU和和I/O設(shè)備之間的并行操作程度；設(shè)備之間的并行操作程度；第6頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 8 頁頁 設(shè)備管理的主要任務(wù)之一是控制設(shè)備與內(nèi)存或設(shè)備管理的主要任務(wù)之一是控制設(shè)備與內(nèi)存或CPU 之間的數(shù)據(jù)傳送。一般來說，外設(shè)與內(nèi)存之間的常用數(shù)據(jù)傳送控制方式有之間的數(shù)據(jù)傳送。一般來說，外設(shè)與內(nèi)存之間的常用數(shù)據(jù)傳送控制方式有4 種。即：種。即：1 1、程序直接控制方式、程序直接控制方式2 2、中斷控制方式、中斷控制方式3 3、DMA DMA 方式方式4 4、通道方式、通道方式第7頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 9 頁

8、頁設(shè)備控制器設(shè)備控制器 每種輸入每種輸入/輸出設(shè)備都要通過一個(gè)控制器和輸出設(shè)備都要通過一個(gè)控制器和CPU相連，控制器是通過自己內(nèi)部的若干個(gè)寄存器與相連，控制器是通過自己內(nèi)部的若干個(gè)寄存器與CPU進(jìn)程通信。進(jìn)程通信。有數(shù)據(jù)寄存器、有狀態(tài)寄存器、命令寄存有數(shù)據(jù)寄存器、有狀態(tài)寄存器、命令寄存。由于是設(shè)備掛接在控制器上，因此要讓設(shè)備做輸入。由于是設(shè)備掛接在控制器上，因此要讓設(shè)備做輸入/輸出操作，操作系統(tǒng)總是與控制器交往，而不是與設(shè)備交往。操作系統(tǒng)把命令以及執(zhí)行命令時(shí)所需要的參數(shù)一起寫入控制器的寄存器中，在控制器接受了一條命令后，就可以獨(dú)立于輸出操作，操作系統(tǒng)總是與控制器交往，而不是與設(shè)備交往。操作系統(tǒng)

9、把命令以及執(zhí)行命令時(shí)所需要的參數(shù)一起寫入控制器的寄存器中，在控制器接受了一條命令后，就可以獨(dú)立于CPU去完成命令指定的任務(wù)。去完成命令指定的任務(wù)。第8頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 10 頁頁一、程序直接控制方式一、程序直接控制方式就是由用戶進(jìn)程來直接控制內(nèi)存或就是由用戶進(jìn)程來直接控制內(nèi)存或CPU和外圍設(shè)備之間的信息傳送和外圍設(shè)備之間的信息傳送.這種控制方式的控制進(jìn)程是用戶進(jìn)程這種控制方式的控制進(jìn)程是用戶進(jìn)程.當(dāng)用戶需要數(shù)據(jù)時(shí)當(dāng)用戶需要數(shù)據(jù)時(shí),它通過它通過CPU發(fā)出啟動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的啟動(dòng)命令發(fā)出啟動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的啟動(dòng)命令“START”,然后然后,用戶進(jìn)程進(jìn)入測試等待狀態(tài)用戶進(jìn)程進(jìn)入

10、測試等待狀態(tài).第9頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 11 頁頁接收到接收到Start命令命令做接收或發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備做接收或發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備準(zhǔn)備完畢準(zhǔn)備完畢?標(biāo)志置標(biāo)志置“1“等待等待CPU的下條指令的下條指令發(fā)發(fā)START指令指令標(biāo)志為標(biāo)志為1 嗎嗎?等待等待 執(zhí)行下條指令開始數(shù)據(jù)傳送執(zhí)行下條指令開始數(shù)據(jù)傳送 否否是是是是否否外設(shè)外設(shè)CPU第10頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 12 頁頁二、二、 對(duì)程序直接控制方式的評(píng)價(jià)：對(duì)程序直接控制方式的評(píng)價(jià)： 1、優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：控制簡單，也不需要多少硬件的支持?？刂坪唵危膊恍枰嗌儆布闹С?。2、缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：CPU和外設(shè)只能串行工作；和外

11、設(shè)只能串行工作；CPU在一段時(shí)間內(nèi)只能和一臺(tái)外設(shè)交換數(shù)據(jù)信息，在一段時(shí)間內(nèi)只能和一臺(tái)外設(shè)交換數(shù)據(jù)信息，從而不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的并行工作。從而不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的并行工作。無法發(fā)現(xiàn)和處理由于設(shè)備或其它硬件所產(chǎn)生的錯(cuò)誤無法發(fā)現(xiàn)和處理由于設(shè)備或其它硬件所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。第11頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 13 頁頁為了減少程序直接控制方式中為了減少程序直接控制方式中CPU進(jìn)行測試和等待時(shí)間，為了提高系統(tǒng)并行處理的能力，故引入中斷技術(shù)。使設(shè)備使用進(jìn)行測試和等待時(shí)間，為了提高系統(tǒng)并行處理的能力，故引入中斷技術(shù)。使設(shè)備使用“主動(dòng)主動(dòng)”的方式通知的方式通知CPU。 中斷方式的工作過程是這樣的，當(dāng)某進(jìn)程

12、要啟動(dòng)某個(gè)中斷方式的工作過程是這樣的，當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè)I/O設(shè)備工作時(shí)，由設(shè)備工作時(shí)，由CPU向該設(shè)備的設(shè)備控制器發(fā)出一個(gè)向該設(shè)備的設(shè)備控制器發(fā)出一個(gè)I/O命令，然后繼續(xù)執(zhí)行原來的工作，命令，然后繼續(xù)執(zhí)行原來的工作，同時(shí)設(shè)備控制器開始控制同時(shí)設(shè)備控制器開始控制I/O設(shè)備按照命令要求進(jìn)行具體的設(shè)備按照命令要求進(jìn)行具體的I/O操作，當(dāng)操作，當(dāng)I/O完成后，設(shè)備控制器向完成后，設(shè)備控制器向CPU發(fā)出中斷信號(hào)，表示一個(gè)發(fā)出中斷信號(hào)，表示一個(gè)I/O步驟完成，步驟完成，CPU再根據(jù)這條中斷請(qǐng)求調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。在這個(gè)過程再根據(jù)這條中斷請(qǐng)求調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。在這個(gè)過程中，我們看

13、到中，我們看到CPU和和I/O設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了并行工作。設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了并行工作。第12頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 14 頁頁 A A、機(jī)器故障中斷；、機(jī)器故障中斷； B B、輸入輸出中斷；、輸入輸出中斷； C C、時(shí)鐘中斷：、時(shí)鐘中斷： 2 2、向、向CPU CPU 提出中斷請(qǐng)請(qǐng)求的設(shè)備或事件稱為中斷源。提出中斷請(qǐng)請(qǐng)求的設(shè)備或事件稱為中斷源。根據(jù)中斷源的不同，中斷的類型一般有下面幾種根據(jù)中斷源的不同，中斷的類型一般有下面幾種：經(jīng)由硬件定時(shí)芯片產(chǎn)生規(guī)則的時(shí)鐘間隔經(jīng)由硬件定時(shí)芯片產(chǎn)生規(guī)則的時(shí)鐘間隔 ；或；或者由軟件計(jì)數(shù)產(chǎn)生的時(shí)間間隔，每一次中斷都者由軟件計(jì)數(shù)產(chǎn)生的時(shí)間間隔，每一次中斷

14、都意味著一段固定時(shí)間已到。意味著一段固定時(shí)間已到。D D、程序錯(cuò)誤中斷；、程序錯(cuò)誤中斷；E E、自愿性中斷（主要為訪管中斷）：、自愿性中斷（主要為訪管中斷）： 指正在運(yùn)行的程序本身安排，期待的中斷稱指正在運(yùn)行的程序本身安排，期待的中斷稱為自愿性中斷；而前面四種中斷，都不是為自愿性中斷；而前面四種中斷，都不是CPU上運(yùn)行的程序所期望的，不是程序自身上運(yùn)行的程序所期望的，不是程序自身安排的，它們都是由于故障或外部事件的請(qǐng)安排的，它們都是由于故障或外部事件的請(qǐng)求而產(chǎn)生的，所以常把它們稱為強(qiáng)迫性中斷求而產(chǎn)生的，所以常把它們稱為強(qiáng)迫性中斷第13頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 15 頁頁第14

15、頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 16 頁頁執(zhí)行中斷處理程序：執(zhí)行中斷處理程序：退出中斷：退出中斷：恢復(fù)現(xiàn)場信息，恢復(fù)斷點(diǎn)，恢復(fù)正常操恢復(fù)現(xiàn)場信息，恢復(fù)斷點(diǎn)，恢復(fù)正常操作。作。開中斷：開中斷：CPU繼續(xù)執(zhí)行繼續(xù)執(zhí)行中斷處理流程為：中斷處理流程為：返回?cái)帱c(diǎn)，返回?cái)帱c(diǎn)，CPU繼續(xù)執(zhí)行繼續(xù)執(zhí)行開中斷開中斷恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)現(xiàn)場,恢復(fù)斷點(diǎn)恢復(fù)斷點(diǎn)執(zhí)行中斷處理程序執(zhí)行中斷處理程序獲取中斷處理程序入口地址獲取中斷處理程序入口地址識(shí)別中斷源識(shí)別中斷源保存斷點(diǎn)，保存現(xiàn)場保存斷點(diǎn)，保存現(xiàn)場 關(guān)中斷關(guān)中斷第15頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 17 頁頁中斷處理程序的處理過程一般包括：中斷處理程序的

16、處理過程一般包括：保護(hù)被中斷進(jìn)程的保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境；環(huán)境；分析中斷原因、轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備中斷處理程序分析中斷原因、轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備中斷處理程序；進(jìn)行中斷處理；進(jìn)行中斷處理；恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場?；謴?fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場。第16頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 18 頁頁第17頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 19 頁頁CPU內(nèi)內(nèi) 存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器打打 印印 機(jī)機(jī) 控控 制制 器器啟動(dòng)位啟動(dòng)位中斷允許位中斷允許位狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷請(qǐng)求信號(hào)打打 印印 機(jī)機(jī)四、中斷方式的數(shù)據(jù)傳輸四、中斷方式的數(shù)據(jù)傳輸 (看圖看圖)第18頁/

17、共92頁今天日期：2022-4-26第 20 頁頁中斷方式的數(shù)據(jù)傳輸方式思想：中斷方式的數(shù)據(jù)傳輸方式思想： 在中斷方式中，不需要在中斷方式中，不需要CPU去不停的測試狀態(tài)寄存器，而是當(dāng)外設(shè)做好準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)的工作后，向去不停的測試狀態(tài)寄存器，而是當(dāng)外設(shè)做好準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)的工作后，向CPU發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU暫停當(dāng)前執(zhí)行程序而去響應(yīng)中斷，處理中斷。暫停當(dāng)前執(zhí)行程序而去響應(yīng)中斷，處理中斷。CPU執(zhí)行內(nèi)存與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。該方法可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行內(nèi)存與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。該方法可實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)并行工作。這種方式在狀態(tài)寄存器中需增設(shè)中斷允許位，在與外設(shè)并行工作。這種方式在狀態(tài)寄存器中需增設(shè)

18、中斷允許位，在CPU與外設(shè)之間要有中斷請(qǐng)求線。與外設(shè)之間要有中斷請(qǐng)求線。第19頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 21 頁頁接收到接收到Start命令命令準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并將其準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并將其存入緩沖區(qū)存入緩沖區(qū)緩沖區(qū)滿嗎？緩沖區(qū)滿嗎？發(fā)中斷信號(hào)發(fā)中斷信號(hào)發(fā)發(fā)START命令、命令、將中斷位為將中斷位為1調(diào)度其它進(jìn)程執(zhí)行調(diào)度其它進(jìn)程執(zhí)行其它進(jìn)程執(zhí)行其它進(jìn)程執(zhí)行收到中斷信號(hào)嗎收到中斷信號(hào)嗎？中斷處理中斷處理被中斷進(jìn)程執(zhí)行被中斷進(jìn)程執(zhí)行否是否是設(shè)備設(shè)備CPUStartStart命令命令中斷位中斷位中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求第20頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 22 頁頁1 1、優(yōu)點(diǎn)：、優(yōu)點(diǎn)： 五、對(duì)

19、中斷控制方式的評(píng)價(jià)五、對(duì)中斷控制方式的評(píng)價(jià)：中斷方式與程序直接控制方式相比，使中斷方式與程序直接控制方式相比，使CPUCPU的利用率大大的提高且能支持多道程序和設(shè)備的并行操作，但仍存在著許多問題。的利用率大大的提高且能支持多道程序和設(shè)備的并行操作，但仍存在著許多問題。2 2、存在的問題、存在的問題：由于在由于在I/OI/O控制器的數(shù)據(jù)緩沖寄存器裝滿之后將會(huì)發(fā)生中斷，加之?dāng)?shù)據(jù)緩沖寄存器通常較小，因此一次數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生中斷次數(shù)太多，這將耗去控制器的數(shù)據(jù)緩沖寄存器裝滿之后將會(huì)發(fā)生中斷，加之?dāng)?shù)據(jù)緩沖寄存器通常較小，因此一次數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生中斷次數(shù)太多，這將耗去CPUCPU的許多時(shí)間的許多時(shí)間. .第21

20、頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 23 頁頁現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常都配置了各種各樣的外圍設(shè)備。如果這些外設(shè)通過中斷處理方式進(jìn)行并行操作，則由于中斷次數(shù)的急劇增加而造成現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常都配置了各種各樣的外圍設(shè)備。如果這些外設(shè)通過中斷處理方式進(jìn)行并行操作，則由于中斷次數(shù)的急劇增加而造成CPU CPU 無法響應(yīng)中斷和出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。無法響應(yīng)中斷和出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。當(dāng)使用中斷控制方式的外設(shè)的速度也比較高時(shí)，可能造成數(shù)據(jù)緩沖寄存器的數(shù)據(jù)由于當(dāng)使用中斷控制方式的外設(shè)的速度也比較高時(shí)，可能造成數(shù)據(jù)緩沖寄存器的數(shù)據(jù)由于CPU CPU 來不及取走而丟失。來不及取走而丟失。第22頁/共92頁今天

21、日期：2022-4-26第 24 頁頁一、一、DMADMA的含義的含義第23頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 25 頁頁二、二、DMADMA傳輸數(shù)據(jù)的步驟傳輸數(shù)據(jù)的步驟 具有具有DMA方式的設(shè)備控制器。方式的設(shè)備控制器。(看圖看圖)CPU內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)啟動(dòng)位啟動(dòng)位允許中斷位允許中斷位磁盤控制器磁盤控制器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器地址寄存器地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器字節(jié)計(jì)數(shù)器字節(jié)計(jì)數(shù)器DMA寄存器：寄存器：系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷請(qǐng)求信號(hào)第24頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 26 頁頁DMA控制器收到控制器收到START命令命令啟動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)

22、備數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)緩沖器緩沖寄存器的內(nèi)容入內(nèi)存緩沖寄存器的內(nèi)容入內(nèi)存改變傳送字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器與改變傳送字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器與內(nèi)存地址寄存器的內(nèi)容內(nèi)存地址寄存器的內(nèi)容傳送字節(jié)數(shù)為傳送字節(jié)數(shù)為0嗎嗎？發(fā)中斷信號(hào)停止發(fā)中斷信號(hào)停止I/O操作操作發(fā)發(fā)START命令內(nèi)存始址，傳送命令內(nèi)存始址，傳送字節(jié)數(shù)，字節(jié)計(jì)數(shù)器字節(jié)數(shù)，字節(jié)計(jì)數(shù)器將中斷位為將中斷位為1調(diào)度其它進(jìn)程執(zhí)行調(diào)度其它進(jìn)程執(zhí)行被調(diào)度進(jìn)程運(yùn)行被調(diào)度進(jìn)程運(yùn)行收到中斷信號(hào)嗎？收到中斷信號(hào)嗎？轉(zhuǎn)中斷處理轉(zhuǎn)中斷處理是是否否是是否否CPUStartStart命令命令內(nèi)存始址內(nèi)存始址傳送字節(jié)數(shù)傳送字節(jié)數(shù)字節(jié)計(jì)數(shù)器字節(jié)計(jì)數(shù)器中斷位中斷位中斷請(qǐng)

23、求中斷請(qǐng)求第25頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 27 頁頁三、三、DMADMA方式與中斷控制方式的區(qū)別方式與中斷控制方式的區(qū)別1、中斷控制方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿之后要求中斷控制方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿之后要求CPUCPU進(jìn)進(jìn)行中斷處理行中斷處理，而，而DMADMA方式則是在所要求轉(zhuǎn)送的數(shù)據(jù)方式則是在所要求轉(zhuǎn)送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時(shí)要求塊全部傳送結(jié)束時(shí)要求CPUCPU進(jìn)行中斷處理進(jìn)行中斷處理。這就大。這就大大減少了大減少了CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù)。進(jìn)行中斷處理的次數(shù)。2、中斷控制方式的數(shù)據(jù)傳送是在中斷處理時(shí)由中斷控制方式的數(shù)據(jù)傳送是在中斷處理時(shí)由CPUCPU控制控制完成的完成的，

24、而而DMADMA方式是在方式是在DMADMA控制器的控制下不經(jīng)過控制器的控制下不經(jīng)過CPUCPU的控制完成的的控制完成的。這就排除了因并行操作設(shè)備過。這就排除了因并行操作設(shè)備過多時(shí)多時(shí)CPU來不及處理或因速度不匹配而造成數(shù)據(jù)丟來不及處理或因速度不匹配而造成數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。失等現(xiàn)象。第26頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 28 頁頁 1 1、優(yōu)點(diǎn)：、優(yōu)點(diǎn)： 三、對(duì)三、對(duì)DMADMA的評(píng)價(jià)：的評(píng)價(jià)： 通過加大一次通過加大一次I/O操作的單位，操作的單位，DMA顯著的減顯著的減少了中斷處理的次數(shù)和少了中斷處理的次數(shù)和CPU的的I/O操作次數(shù)。操作次數(shù)。 但但CPU仍需要為每次數(shù)據(jù)傳送承擔(dān)很

25、多工作。仍需要為每次數(shù)據(jù)傳送承擔(dān)很多工作。DMA方式仍存在著一定的局限性。首先，方式仍存在著一定的局限性。首先，DMA方式對(duì)外圍設(shè)備的管理和某些操作仍由方式對(duì)外圍設(shè)備的管理和某些操作仍由CPU控制。在大中型計(jì)算機(jī)中，系統(tǒng)所配置的外圍設(shè)備種類越來越多，數(shù)量也越來越大，因而對(duì)外圍設(shè)備的管理與控制也就愈來愈復(fù)雜。多個(gè)控制。在大中型計(jì)算機(jī)中，系統(tǒng)所配置的外圍設(shè)備種類越來越多，數(shù)量也越來越大，因而對(duì)外圍設(shè)備的管理與控制也就愈來愈復(fù)雜。多個(gè)DMA控制器的同時(shí)使用顯然會(huì)引起內(nèi)存地址的沖突并使得控制過程進(jìn)一步復(fù)雜化。同時(shí)，多個(gè)控制器的同時(shí)使用顯然會(huì)引起內(nèi)存地址的沖突并使得控制過程進(jìn)一步復(fù)雜化。同時(shí)，多個(gè)DMA

26、控制器的同時(shí)使用也是不經(jīng)濟(jì)的?？刂破鞯耐瑫r(shí)使用也是不經(jīng)濟(jì)的。 因此，在大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，除了設(shè)置因此，在大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，除了設(shè)置DMA器件之外，還設(shè)置專門的硬件裝置器件之外，還設(shè)置專門的硬件裝置通道。通道。2 2、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)：第27頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 29 頁頁第28頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 30 頁頁1 1、字節(jié)多路通道、字節(jié)多路通道 這種通道按字節(jié)交換方式工作，主要用于連接中、這種通道按字節(jié)交換方式工作，主要用于連接中、低速低速I/O設(shè)備，且一個(gè)字節(jié)多路通道可以連接多臺(tái)中、設(shè)備，且一個(gè)字節(jié)多路通道可以連接多臺(tái)中、低速低速I/O設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)多

27、臺(tái)中、低速設(shè)備并行傳送數(shù)據(jù)設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)中、低速設(shè)備并行傳送數(shù)據(jù)。此通道主要用于連接低速外部設(shè)備。此通道主要用于連接低速外部設(shè)備。2 2、數(shù)據(jù)選擇通道、數(shù)據(jù)選擇通道 以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，選擇通道在一段時(shí)間內(nèi)只以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，選擇通道在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一個(gè)通道程序控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，因此，能執(zhí)行一個(gè)通道程序控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，因此，某臺(tái)設(shè)備占用一個(gè)通道時(shí)，該通道就由此設(shè)備獨(dú)占，直到某臺(tái)設(shè)備占用一個(gè)通道時(shí)，該通道就由此設(shè)備獨(dú)占，直到該設(shè)備傳送完畢釋放這個(gè)通道為止。這種通道的傳送速度該設(shè)備傳送完畢釋放這個(gè)通道為止。這種通道的傳送速度快，但利用率低。此通道主要用于連接高速外

28、部設(shè)備?？欤寐实?。此通道主要用于連接高速外部設(shè)備。第29頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 31 頁頁3 3、數(shù)組多路通道：、數(shù)組多路通道： 以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，可以分時(shí)操作不同的通道以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，可以分時(shí)操作不同的通道指令程序。此通道主要用于連接中速塊設(shè)備。指令程序。此通道主要用于連接中速塊設(shè)備。三、通道的工作過程三、通道的工作過程1 1、通道組成、通道組成1)、 CPU的的I/O指令指令2)、通道本身提供的通道命令、通道本身提供的通道命令第30頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 32 頁頁 當(dāng)進(jìn)程要求設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)進(jìn)程要求設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，CPU發(fā)發(fā)s

29、tart指令指指令指明明I/O操作、設(shè)備號(hào)和對(duì)應(yīng)通道。操作、設(shè)備號(hào)和對(duì)應(yīng)通道。 對(duì)應(yīng)通道接收到對(duì)應(yīng)通道接收到CPU發(fā)來的啟動(dòng)指令發(fā)來的啟動(dòng)指令Start之后，之后，把存放在內(nèi)存中的通道指令程序讀出，設(shè)置對(duì)應(yīng)把存放在內(nèi)存中的通道指令程序讀出，設(shè)置對(duì)應(yīng)設(shè)備的設(shè)備的I/O控制器中的控制狀態(tài)寄存器?？刂破髦械目刂茽顟B(tài)寄存器。 設(shè)備根據(jù)通道指令的要求，把數(shù)據(jù)送往內(nèi)存中的設(shè)備根據(jù)通道指令的要求，把數(shù)據(jù)送往內(nèi)存中的指定區(qū)域。指定區(qū)域。 若數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，若數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，I/O控制器通過中斷請(qǐng)求線發(fā)控制器通過中斷請(qǐng)求線發(fā)中斷信號(hào)請(qǐng)求中斷信號(hào)請(qǐng)求CPU做中斷處理。做中斷處理。 中斷處理結(jié)束后，中斷處理結(jié)束后，CP

30、U返回被中斷進(jìn)程處繼續(xù)執(zhí)返回被中斷進(jìn)程處繼續(xù)執(zhí)行。行。 2 2、通道的工作過程、通道的工作過程第31頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 33 頁頁發(fā)發(fā)STARTSTART命令、指明命令、指明I/OI/O操作設(shè)備操作設(shè)備號(hào)和對(duì)應(yīng)的通道號(hào)和對(duì)應(yīng)的通道當(dāng)前進(jìn)程等待，調(diào)度其當(dāng)前進(jìn)程等待，調(diào)度其他進(jìn)程運(yùn)行他進(jìn)程運(yùn)行被調(diào)度進(jìn)程執(zhí)行被調(diào)度進(jìn)程執(zhí)行收到中斷信號(hào)？收到中斷信號(hào)？轉(zhuǎn)中斷處理程序轉(zhuǎn)中斷處理程序通道接收指令通道接收指令CPU啟動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)設(shè)備根據(jù)通道指令的要設(shè)備根據(jù)通道指令的要求，把數(shù)據(jù)放入內(nèi)存指求，把數(shù)據(jù)放入內(nèi)存指定的區(qū)域定的區(qū)域傳送結(jié)束傳送結(jié)束？發(fā)中斷信號(hào)發(fā)中斷信號(hào)設(shè)備設(shè)

31、備N NY YN NY YStart命令命令設(shè)備號(hào)設(shè)備號(hào)通道號(hào)通道號(hào)Start命令命令設(shè)備號(hào)設(shè)備號(hào)通道號(hào)通道號(hào)中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求第32頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 34 頁頁 設(shè)備10 控制器1 設(shè)備11 通道1 設(shè)備20 控制器2 主機(jī) 設(shè)備21 設(shè)備30 控制器3 設(shè)備31 通道2 設(shè)備40 控制器4 設(shè)備41 第33頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 35 頁頁一、引入緩沖的原因一、引入緩沖的原因第34頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 36 頁頁二、緩沖的分類二、緩沖的分類 硬件緩沖：硬件緩沖： 軟件緩沖：軟件緩沖：1. 1. 單緩沖區(qū)單緩沖區(qū)即指硬設(shè)備本身

32、所配有的少量的必要的硬即指硬設(shè)備本身所配有的少量的必要的硬件緩沖器。件緩沖器。指在內(nèi)存中劃出一個(gè)特定的區(qū)域來充當(dāng)緩沖指在內(nèi)存中劃出一個(gè)特定的區(qū)域來充當(dāng)緩沖器，使用時(shí)，由輸入指針和輸出指針來控制器，使用時(shí)，由輸入指針和輸出指針來控制對(duì)它的信息的寫入和取出。對(duì)它的信息的寫入和取出。2. 2. 雙緩沖區(qū)雙緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)生產(chǎn)者生產(chǎn)者接收者接收者緩沖區(qū)緩沖區(qū)1生產(chǎn)者生產(chǎn)者緩沖區(qū)緩沖區(qū)2接收者接收者雙緩沖區(qū)雙緩沖區(qū)第35頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 37 頁頁3. 3. 多緩沖區(qū)多緩沖區(qū)4. 4. 緩沖池緩沖池 即指把輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)統(tǒng)一起來，形即指把輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)統(tǒng)一起來

33、，形成一個(gè)成一個(gè)即用于輸入又用于輸出的公用緩沖區(qū)即用于輸入又用于輸出的公用緩沖區(qū)，這時(shí)，這時(shí)常稱之為緩沖池。緩沖池中的緩沖區(qū)，要么空閑，常稱之為緩沖池。緩沖池中的緩沖區(qū)，要么空閑，要么裝有輸入數(shù)據(jù)，要么裝有輸出數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)運(yùn)要么裝有輸入數(shù)據(jù)，要么裝有輸出數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，緩沖池將維持這樣三個(gè)性質(zhì)的緩沖區(qū)隊(duì)行過程中，緩沖池將維持這樣三個(gè)性質(zhì)的緩沖區(qū)隊(duì)列。列。把多個(gè)緩沖區(qū)連接起來組成兩部分，一部分專門把多個(gè)緩沖區(qū)連接起來組成兩部分，一部分專門用于輸入，另一部分專門用于輸出。用于輸入，另一部分專門用于輸出。第36頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 38 頁頁第37頁/共92頁今天日期：

34、2022-4-26第 39 頁頁每一臺(tái)設(shè)備有一個(gè)，用以記錄該設(shè)備的狀態(tài)，使用情況等信息。每一臺(tái)設(shè)備有一個(gè)，用以記錄該設(shè)備的狀態(tài)，使用情況等信息。整個(gè)系統(tǒng)一張。整個(gè)系統(tǒng)一張。設(shè)備類型設(shè)備類型設(shè)備設(shè)備標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符該設(shè)備控制表指針該設(shè)備控制表指針表目表目1表目表目i表目表目n系統(tǒng)設(shè)備表系統(tǒng)設(shè)備表SDT及其表目內(nèi)容及其表目內(nèi)容SDT的一個(gè)表的一個(gè)表目目系統(tǒng)設(shè)備表系統(tǒng)設(shè)備表SDT設(shè)備類型設(shè)備類型設(shè)備標(biāo)識(shí)符設(shè)備標(biāo)識(shí)符設(shè)備狀態(tài)設(shè)備狀態(tài)與設(shè)備相連的與設(shè)備相連的COCTCOCT指針指針設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列指針設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列指針設(shè)備控制塊設(shè)備控制塊DCT第38頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 40 頁頁 (看圖看

35、圖) (看圖看圖)每個(gè)控制器一張，它反映每個(gè)控制器一張，它反映I/O控制器的使用情況以及和通道的連接情況等?？刂破鞯氖褂们闆r以及和通道的連接情況等。該表只在通道控制方式的系統(tǒng)中存在，也是每個(gè)通道一張。該表只在通道控制方式的系統(tǒng)中存在，也是每個(gè)通道一張。通道標(biāo)識(shí)符通道標(biāo)識(shí)符通道狀態(tài)通道狀態(tài)與通道連接的控制器表首址與通道連接的控制器表首址通道請(qǐng)求隊(duì)列指針通道請(qǐng)求隊(duì)列指針通道控制表通道控制表CHCT控制器標(biāo)識(shí)符控制器標(biāo)識(shí)符控制器狀態(tài)控制器狀態(tài)與控制器相連的通道表指針與控制器相連的通道表指針CHCTCHCT控制器請(qǐng)求隊(duì)列指針控制器請(qǐng)求隊(duì)列指針控制器表控制器表COCT第39頁/共92頁今天日期：2022

36、-4-26第 41 頁頁三、設(shè)備分配策略三、設(shè)備分配策略第40頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 42 頁頁一、磁盤的調(diào)度的含義：一、磁盤的調(diào)度的含義： 在多道程序系統(tǒng)中，磁盤是可以被多個(gè)進(jìn)程共享的設(shè)備。當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程都請(qǐng)求訪問磁盤時(shí)，訪問磁盤的請(qǐng)求也組成一個(gè)等待隊(duì)列，由磁盤調(diào)度程序按照一種適當(dāng)?shù)恼{(diào)度算法來安排這些請(qǐng)求的響應(yīng)，以使各請(qǐng)求對(duì)磁盤的平均訪問最少。訪問磁盤的時(shí)間由在多道程序系統(tǒng)中，磁盤是可以被多個(gè)進(jìn)程共享的設(shè)備。當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程都請(qǐng)求訪問磁盤時(shí)，訪問磁盤的請(qǐng)求也組成一個(gè)等待隊(duì)列，由磁盤調(diào)度程序按照一種適當(dāng)?shù)恼{(diào)度算法來安排這些請(qǐng)求的響應(yīng)，以使各請(qǐng)求對(duì)磁盤的平均訪問最少。訪問磁盤的時(shí)間

37、由3 個(gè)時(shí)間組成：個(gè)時(shí)間組成： 磁盤空間的地址是以塊磁盤空間的地址是以塊 (亦稱盤區(qū)或扇區(qū)亦稱盤區(qū)或扇區(qū))作為一個(gè)基本訪問單位進(jìn)行編址的。磁盤空間是一個(gè)三維空間。磁盤上的每一個(gè)塊均由柱面號(hào)作為一個(gè)基本訪問單位進(jìn)行編址的。磁盤空間是一個(gè)三維空間。磁盤上的每一個(gè)塊均由柱面號(hào)(亦稱磁道號(hào)亦稱磁道號(hào))、盤面號(hào)、盤面號(hào)(亦稱磁頭號(hào)亦稱磁頭號(hào))、扇區(qū)號(hào)、扇區(qū)號(hào)3部分組成。部分組成。第41頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 43 頁頁移動(dòng)臂讀寫磁頭讀寫磁頭旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向柱面柱面磁道磁道軸軸第42頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 44 頁頁尋道時(shí)間：尋道時(shí)間：磁頭從當(dāng)前位置移動(dòng)到所需柱面花

38、費(fèi)的時(shí)間。磁頭從當(dāng)前位置移動(dòng)到所需柱面花費(fèi)的時(shí)間。旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間：旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間：欲訪問的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所花費(fèi)的時(shí)間。欲訪問的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所花費(fèi)的時(shí)間。讀寫時(shí)間：讀寫時(shí)間：讀寫當(dāng)前扇區(qū)數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間。讀寫當(dāng)前扇區(qū)數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間。第43頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 45 頁頁移動(dòng)臂移動(dòng)臂磁盤調(diào)度的原則是：磁盤調(diào)度的原則是：先進(jìn)行移臂先進(jìn)行移臂(即尋道即尋道)調(diào)度，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度，并且移臂調(diào)度，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)度，并且移臂時(shí)間因其是機(jī)械移動(dòng)，所以比旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間和讀寫時(shí)間均長，故在設(shè)計(jì)磁盤時(shí)間因其是機(jī)械移動(dòng)，所以比旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間和讀寫時(shí)間均長，故在設(shè)計(jì)磁盤調(diào)度算法時(shí)，主要考慮減少移臂時(shí)

39、間。調(diào)度算法時(shí)，主要考慮減少移臂時(shí)間。第44頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 46 頁頁二、磁盤的調(diào)度的算法：二、磁盤的調(diào)度的算法： 根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度。由于只考慮申請(qǐng)者申請(qǐng)的先后次序，此算法的優(yōu)點(diǎn)是公平、處理簡單，且每個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求都能得到處理，不會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)進(jìn)行的請(qǐng)示長期得不到滿足的情況。但此算法未對(duì)尋道進(jìn)行優(yōu)化，致使平均尋道時(shí)間可能較長。一般適用于請(qǐng)求磁盤根據(jù)進(jìn)程請(qǐng)求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度。由于只考慮申請(qǐng)者申請(qǐng)的先后次序，此算法的優(yōu)點(diǎn)是公平、處理簡單，且每個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求都能得到處理，不會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)進(jìn)行的請(qǐng)示長期得不到滿足的情況。但此算法未對(duì)尋道進(jìn)行優(yōu)化，致使平均

40、尋道時(shí)間可能較長。一般適用于請(qǐng)求磁盤I/O的進(jìn)程數(shù)目較少的場合。的進(jìn)程數(shù)目較少的場合。(請(qǐng)看例題請(qǐng)看例題)第45頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 47 頁頁尋道軌跡為：尋道軌跡為：20、 10、22、2、40、6、38尋道時(shí)間尋道時(shí)間=6*(20-10+22-10+22-2+40-2+40-6+38-6) =146*6=876ms0261020223840例題：例題：當(dāng)前磁盤讀寫位于柱面號(hào)當(dāng)前磁盤讀寫位于柱面號(hào)2020，此時(shí)有多個(gè)磁盤請(qǐng)求以下列柱面號(hào)，此時(shí)有多個(gè)磁盤請(qǐng)求以下列柱面號(hào)順序送到磁盤驅(qū)動(dòng)器順序送到磁盤驅(qū)動(dòng)器1010、2222、2 2、4040、6 6、3838。尋道時(shí)，移動(dòng)

41、一個(gè)柱面需。尋道時(shí)，移動(dòng)一個(gè)柱面需6ms6ms，按先來先服務(wù)磁盤調(diào)度算法算法計(jì)算的需尋道時(shí)間。，按先來先服務(wù)磁盤調(diào)度算法算法計(jì)算的需尋道時(shí)間。第46頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 48 頁頁 以申請(qǐng)者要求磁頭移動(dòng)距離的大小作為優(yōu)先的因素，申請(qǐng)者訪問的磁道距離磁頭當(dāng)前位置逾近者優(yōu)先，以使每次的尋道時(shí)間為最短。但這種調(diào)度算法卻不能保證平均尋道時(shí)間最短。與先來服務(wù)算法比，該算法使平均等待時(shí)間得到了改善，可以獲得較好的尋道性能，但客觀存在可能導(dǎo)致某些進(jìn)程發(fā)生以申請(qǐng)者要求磁頭移動(dòng)距離的大小作為優(yōu)先的因素，申請(qǐng)者訪問的磁道距離磁頭當(dāng)前位置逾近者優(yōu)先，以使每次的尋道時(shí)間為最短。但這種調(diào)度算法卻不

42、能保證平均尋道時(shí)間最短。與先來服務(wù)算法比，該算法使平均等待時(shí)間得到了改善，可以獲得較好的尋道性能，但客觀存在可能導(dǎo)致某些進(jìn)程發(fā)生“餓死餓死”現(xiàn)象，因?yàn)橹灰粩嘤行碌纳暾?qǐng)，且訪問的磁道離磁頭當(dāng)前的位置較近，這種新的請(qǐng)求就會(huì)被優(yōu)先處理?，F(xiàn)象，因?yàn)橹灰粩嘤行碌纳暾?qǐng)，且訪問的磁道離磁頭當(dāng)前的位置較近，這種新的請(qǐng)求就會(huì)被優(yōu)先處理。(請(qǐng)看例題請(qǐng)看例題)第47頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 49 頁頁1143753656798122124183例題例題2：求解請(qǐng)求順序?yàn)椋呵蠼庹?qǐng)求順序?yàn)椋?353、9898、183183、3737、122122、1414、124124、6565、6767的尋道軌

43、跡和尋道時(shí)間：的尋道軌跡和尋道時(shí)間：尋道軌跡為：尋道軌跡為：53,65,67,37,14,98,122,124,183尋道時(shí)間尋道時(shí)間=6*(65-53+67-65+67-37+37-14+98-14+122-98+124-122+183-124)=236*6=1416ms第48頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 50 頁頁 同時(shí)考慮兩個(gè)條件作為優(yōu)先的準(zhǔn)則，既考慮申請(qǐng)者要求磁頭移動(dòng)的方向，又考慮要求磁頭移動(dòng)的距離，而且首先是方向一致，其次才是距離最短。該算法所選擇的下一個(gè)訪問對(duì)象是其欲訪問的磁道在當(dāng)前磁道之外，又是距離最近的。這樣由里向外的訪問，直至無當(dāng)前磁道之外的磁道需要訪問，才將磁

44、頭臂換向，由外向里訪問。這時(shí)，選擇在當(dāng)前磁道之內(nèi)、距離最近的磁道訪問，磁頭逐步向里移動(dòng)，直至再無當(dāng)前磁道之內(nèi)的磁道需要訪問，從而避免了饑餓現(xiàn)象。該算法中，磁頭的移動(dòng)規(guī)律與電梯類似，故又常稱為電梯算法。同時(shí)考慮兩個(gè)條件作為優(yōu)先的準(zhǔn)則，既考慮申請(qǐng)者要求磁頭移動(dòng)的方向，又考慮要求磁頭移動(dòng)的距離，而且首先是方向一致，其次才是距離最短。該算法所選擇的下一個(gè)訪問對(duì)象是其欲訪問的磁道在當(dāng)前磁道之外，又是距離最近的。這樣由里向外的訪問，直至無當(dāng)前磁道之外的磁道需要訪問，才將磁頭臂換向，由外向里訪問。這時(shí)，選擇在當(dāng)前磁道之內(nèi)、距離最近的磁道訪問，磁頭逐步向里移動(dòng)，直至再無當(dāng)前磁道之內(nèi)的磁道需要訪問，從而避免了饑

45、餓現(xiàn)象。該算法中，磁頭的移動(dòng)規(guī)律與電梯類似，故又常稱為電梯算法。 (請(qǐng)看例題請(qǐng)看例題)第49頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 51 頁頁例題例題3：用掃描算法（：用掃描算法（SCAN）計(jì)算：）計(jì)算：尋道軌跡為：尋道軌跡為：53,37,14,65,67,98,122,124,183尋道時(shí)間尋道時(shí)間=6*(53-37+37-14+65-14+67-65+98-67+122 -98+124-122+183-124) =208*6=1218ms1143753656798122124183初初 始始 移移 動(dòng)動(dòng) 方方 向向請(qǐng)求順序?yàn)椋赫?qǐng)求順序?yàn)椋?3、98、183、37、122、14、124、

46、65、67的尋道軌跡和尋道時(shí)間：的尋道軌跡和尋道時(shí)間：第50頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 52 頁頁 該算法總是從該算法總是從0號(hào)柱面開始往里移動(dòng)移動(dòng)臂，遇到有號(hào)柱面開始往里移動(dòng)移動(dòng)臂，遇到有I/O請(qǐng)求就進(jìn)行處理，直到到達(dá)最后一個(gè)請(qǐng)求柱面。然后移動(dòng)臂立即帶動(dòng)磁頭不做任何服務(wù)地快速返回到請(qǐng)求就進(jìn)行處理，直到到達(dá)最后一個(gè)請(qǐng)求柱面。然后移動(dòng)臂立即帶動(dòng)磁頭不做任何服務(wù)地快速返回到0號(hào)柱面，開始下一次掃描。號(hào)柱面，開始下一次掃描。 (請(qǐng)看例題請(qǐng)看例題)第51頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 53 頁頁1143753656798122124183快快 速速 返返 回回 到到 0 號(hào)

47、號(hào) 柱柱 面面例題例題4：用單向掃描調(diào)度算法計(jì)算：用單向掃描調(diào)度算法計(jì)算：尋道軌跡為：尋道軌跡為：53,65,67,98,122,124,183,0,14,37尋道時(shí)間尋道時(shí)間=6*(65-53+67-65+98-67+122-98+124-122+183-124+ 183-0+14-0+37-14) =350*6=2100ms請(qǐng)求順序?yàn)椋赫?qǐng)求順序?yàn)椋?3、98、183、37、122、14、124、65、67的尋道軌跡和尋道時(shí)間：的尋道軌跡和尋道時(shí)間：第52頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 54 頁頁 設(shè)備處理程序通常稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是設(shè)備處理程序通常稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是I/O

48、進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序。由于它常以進(jìn)程的形式存在，所以簡稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程。進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序。由于它常以進(jìn)程的形式存在，所以簡稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程。第53頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 55 頁頁 阻塞調(diào)用進(jìn)程阻塞調(diào)用進(jìn)程I/O管理程序管理程序 驗(yàn)證驗(yàn)證I/O請(qǐng)求請(qǐng)求 調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 較驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)較驗(yàn)設(shè)備狀態(tài) 激活調(diào)用進(jìn)程激活調(diào)用進(jìn)程 初始化并啟動(dòng)初始化并啟動(dòng)I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 完成真正的完成真正的I/O 返回返回I/O管理程序管理程序邏輯設(shè)備邏輯設(shè)備物理設(shè)備驅(qū)動(dòng)物理設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)際硬件實(shí)際硬件進(jìn)程進(jìn)程第54頁/共92頁今天日期：2022-

49、4-26第 56 頁頁一、設(shè)備處理的功能一、設(shè)備處理的功能設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要功能：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要功能：（1）將）將I/O請(qǐng)求中邏輯設(shè)備請(qǐng)求中邏輯設(shè)備/邏輯塊號(hào)轉(zhuǎn)換為物理設(shè)備邏輯塊號(hào)轉(zhuǎn)換為物理設(shè)備/物理塊號(hào)；物理塊號(hào)；（2）檢查用戶）檢查用戶I/O的合法性，了解的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置指定的工作方式；設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置指定的工作方式；（3）發(fā)出）發(fā)出I/O命令，啟用分配到的命令，啟用分配到的I/O設(shè)備，完成指定的設(shè)備，完成指定的I/O操作；操作；（4）及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序。）及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)

50、來的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序。第55頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 57 頁頁二、設(shè)備處理的方式（有二、設(shè)備處理的方式（有3 3類）。類）。（1）為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門執(zhí)行這一類設(shè)備的）為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門執(zhí)行這一類設(shè)備的I/O操作，該進(jìn)程只能在系統(tǒng)態(tài)下運(yùn)行。操作，該進(jìn)程只能在系統(tǒng)態(tài)下運(yùn)行。（2）在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)）在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)I/O進(jìn)程，專門負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的進(jìn)程，專門負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的I/O操作（或設(shè)置一個(gè)輸入進(jìn)程和一個(gè)輸出進(jìn)程，分別處理系統(tǒng)中所有對(duì)各類設(shè)備的輸入或輸出操作。操作（或設(shè)置一個(gè)輸入進(jìn)程和一個(gè)輸出進(jìn)

51、程，分別處理系統(tǒng)中所有對(duì)各類設(shè)備的輸入或輸出操作。（3）不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，只是為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序，供用戶進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用。）不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，只是為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序，供用戶進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用。第56頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 58 頁頁三、設(shè)備處理的過程三、設(shè)備處理的過程設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程，一般包括：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程，一般包括：將將I/O請(qǐng)求中的邏輯設(shè)備請(qǐng)求中的邏輯設(shè)備/邏輯塊號(hào)轉(zhuǎn)換為物理設(shè)備邏輯塊號(hào)轉(zhuǎn)換為物理設(shè)備/物理塊號(hào)；物理塊號(hào)；檢查檢查I/O語法的合法性；語法的合法性；讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)；讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)；傳

52、遞必要的參數(shù)；傳遞必要的參數(shù)；方式的設(shè)置；方式的設(shè)置；啟動(dòng)啟動(dòng)I/O設(shè)備。設(shè)備。第57頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 59 頁頁四、設(shè)備獨(dú)立性四、設(shè)備獨(dú)立性 設(shè)備獨(dú)立性（又稱設(shè)備無關(guān)性）的基本含義，設(shè)備獨(dú)立性（又稱設(shè)備無關(guān)性）的基本含義，是指應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。為了實(shí)是指應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。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)備兩個(gè)概現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性而引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備兩個(gè)概念。在應(yīng)用程序中使用邏輯設(shè)備名來請(qǐng)求使用某類念。在應(yīng)用程序中使用邏輯設(shè)備名來請(qǐng)求使用某類設(shè)備；而系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，是使用物理設(shè)備名稱設(shè)備；而系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，是使用物理設(shè)備名

53、稱。系統(tǒng)通過設(shè)置邏輯設(shè)備表。系統(tǒng)通過設(shè)置邏輯設(shè)備表LUT將邏輯設(shè)備名映射將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性功能后，有兩個(gè)為物理設(shè)備名。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性功能后，有兩個(gè)好處，即設(shè)備分配時(shí)的靈活性及易于實(shí)現(xiàn)好處，即設(shè)備分配時(shí)的靈活性及易于實(shí)現(xiàn)I/O重定重定向向第58頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 60 頁頁一、慢速的字符設(shè)備工作中出現(xiàn)的問題一、慢速的字符設(shè)備工作中出現(xiàn)的問題 所有字符設(shè)備都是獨(dú)享設(shè)備并屬于慢速設(shè)備，本所有字符設(shè)備都是獨(dú)享設(shè)備并屬于慢速設(shè)備，本質(zhì)上屬于順序存取設(shè)備。因此，一個(gè)進(jìn)程在某臺(tái)字符質(zhì)上屬于順序存取設(shè)備。因此，一個(gè)進(jìn)程在某臺(tái)字符設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，往往要

54、等待較長時(shí)間，并且設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，往往要等待較長時(shí)間，并且在該數(shù)據(jù)交換完成之前，其他進(jìn)程不能同時(shí)訪問這臺(tái)在該數(shù)據(jù)交換完成之前，其他進(jìn)程不能同時(shí)訪問這臺(tái)設(shè)備。而且動(dòng)態(tài)分配也不能真正提高這類設(shè)備的利用設(shè)備。而且動(dòng)態(tài)分配也不能真正提高這類設(shè)備的利用率，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在使用這類設(shè)備進(jìn)行一次較大量的數(shù)率，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在使用這類設(shè)備進(jìn)行一次較大量的數(shù)據(jù)交換時(shí)，其他需要同時(shí)訪問該設(shè)備的進(jìn)程就要等待據(jù)交換時(shí)，其他需要同時(shí)訪問該設(shè)備的進(jìn)程就要等待較長時(shí)間，從而降低了整處系統(tǒng)的并發(fā)能力。較長時(shí)間，從而降低了整處系統(tǒng)的并發(fā)能力。第59頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 61 頁頁二、脫機(jī)外圍設(shè)備操作二、脫機(jī)

55、外圍設(shè)備操作 采用脫機(jī)處圍設(shè)備操作技術(shù)可以改變系統(tǒng)使用效采用脫機(jī)處圍設(shè)備操作技術(shù)可以改變系統(tǒng)使用效率不高的問題。率不高的問題。 使用兩臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)把一批作使用兩臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)把一批作業(yè)的信息全部傳送到磁盤上，然后人工地把磁盤移動(dòng)業(yè)的信息全部傳送到磁盤上，然后人工地把磁盤移動(dòng)到主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在多道程序系統(tǒng)中，可以從磁盤上到主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在多道程序系統(tǒng)中，可以從磁盤上選擇多個(gè)作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，每個(gè)作業(yè)執(zhí)行時(shí)不再啟動(dòng)輸選擇多個(gè)作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，每個(gè)作業(yè)執(zhí)行時(shí)不再啟動(dòng)輸入機(jī)讀信息。而是直接從可共享的磁盤上讀取各自的入機(jī)讀信息。而是直接從可共享的磁盤上讀取各自的信息。把作業(yè)執(zhí)行的結(jié)

56、果存入另一磁盤，最后把存有信息。把作業(yè)執(zhí)行的結(jié)果存入另一磁盤，最后把存有結(jié)果磁盤移動(dòng)到另一外圍計(jì)算機(jī)上打印輸出。如下圖結(jié)果磁盤移動(dòng)到另一外圍計(jì)算機(jī)上打印輸出。如下圖所示：所示：第60頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 62 頁頁外圍計(jì)算機(jī)外圍計(jì)算機(jī)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外圍計(jì)算機(jī)外圍計(jì)算機(jī)JOB作業(yè)作業(yè)信息信息作業(yè)作業(yè)信息信息作業(yè)作業(yè)信息信息作業(yè)作業(yè)信息信息打印打印結(jié)果結(jié)果一批作一批作業(yè)信息業(yè)信息脫機(jī)外圍設(shè)備操脫機(jī)外圍設(shè)備操作作第61頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 63 頁頁 完成上述輸入輸出任務(wù)的外圍計(jì)算機(jī)叫脫機(jī)外圍完成上述輸入輸出任務(wù)的外圍計(jì)算機(jī)叫脫機(jī)外圍設(shè)備操作。因

57、為它不進(jìn)行運(yùn)算，只是把信息從一臺(tái)外設(shè)備操作。因?yàn)樗贿M(jìn)行運(yùn)算，只是把信息從一臺(tái)外圍設(shè)備傳送到另一臺(tái)外圍設(shè)備，而且這種操作是獨(dú)立圍設(shè)備傳送到另一臺(tái)外圍設(shè)備，而且這種操作是獨(dú)立于主計(jì)算機(jī)的，不是在主計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行的，所于主計(jì)算機(jī)的，不是在主計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行的，所以稱為以稱為“脫機(jī)外圍設(shè)備操作脫機(jī)外圍設(shè)備操作”。第62頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 64 頁頁、優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上提高了效率。：在一定程度上提高了效率。作業(yè)執(zhí)行時(shí)從磁盤讀取信息取代了從低速的作業(yè)執(zhí)行時(shí)從磁盤讀取信息取代了從低速的輸入機(jī)上讀取信息，加速了作業(yè)的執(zhí)行。輸入機(jī)上讀取信息，加速了作業(yè)的執(zhí)行。為主計(jì)算機(jī)創(chuàng)造

58、了多道運(yùn)行的條件。為主計(jì)算機(jī)創(chuàng)造了多道運(yùn)行的條件。主機(jī)在處理第一批作業(yè)的同時(shí)，外圍計(jì)算機(jī)主機(jī)在處理第一批作業(yè)的同時(shí)，外圍計(jì)算機(jī)可以同時(shí)將第二批作業(yè)信息傳遞到磁盤上?？梢酝瑫r(shí)將第二批作業(yè)信息傳遞到磁盤上。、缺點(diǎn)、缺點(diǎn)使用多臺(tái)計(jì)算機(jī)，成本高。使用多臺(tái)計(jì)算機(jī)，成本高。增加了作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。增加了作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。第63頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 65 頁頁三、三、SPOOLING(SPOOLING(或或SPOOL)SPOOL)技術(shù)技術(shù) 由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有足夠的功能和大容量的磁由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有足夠的功能和大容量的磁盤，利用中央處理機(jī)與通道的并行工作能力，只使用盤，利用中央處理機(jī)與通

59、道的并行工作能力，只使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可完成上述三臺(tái)計(jì)算機(jī)的工作。此種技一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可完成上述三臺(tái)計(jì)算機(jī)的工作。此種技術(shù)即為術(shù)即為SPOOLING(或或SPOOL)技術(shù)。技術(shù)。預(yù)輸入程序：預(yù)輸入程序： 其任務(wù)是把作業(yè)的全部信息輸入到磁盤其任務(wù)是把作業(yè)的全部信息輸入到磁盤的輸入井，以便需要作業(yè)信息和運(yùn)行作的輸入井，以便需要作業(yè)信息和運(yùn)行作業(yè)過程中需要數(shù)據(jù)時(shí)，直接從輸入井中業(yè)過程中需要數(shù)據(jù)時(shí)，直接從輸入井中去取。去取。第64頁/共92頁今天日期：2022-4-26第 66 頁頁 預(yù)輸入程序把作業(yè)流中的作業(yè)信息傳送到預(yù)輸入程序把作業(yè)流中的作業(yè)信息傳送到“輸輸入井入井”中保存。作業(yè)被選中執(zhí)行時(shí)不必再啟動(dòng)

60、輸入中保存。作業(yè)被選中執(zhí)行時(shí)不必再啟動(dòng)輸入機(jī)，而只要從磁盤的輸入井中讀取信息。作業(yè)執(zhí)行機(jī)，而只要從磁盤的輸入井中讀取信息。作業(yè)執(zhí)行中產(chǎn)生的結(jié)果也可暫時(shí)存放在中產(chǎn)生的結(jié)果也可暫時(shí)存放在“輸出井輸出井”中，由作中，由作業(yè)執(zhí)行結(jié)束時(shí)，由業(yè)執(zhí)行結(jié)束時(shí)，由“緩輸出程序緩輸出程序”把作業(yè)結(jié)果打印把作業(yè)結(jié)果打印輸出。如下圖所示：輸出。如下圖所示：在磁盤上割出的用于存放作業(yè)信息和作業(yè)在磁盤上割出的用于存放作業(yè)信息和作業(yè)執(zhí)行結(jié)果的專門區(qū)域。用于代替上述的存執(zhí)行結(jié)果的專門區(qū)域。用于代替上述的存放作業(yè)信息和結(jié)果的磁盤。放作業(yè)信息和結(jié)果的磁盤。輸入井輸入井 輸出井輸出井緩輸出程序：緩輸出程序： 其總是定期查看輸出井中