計(jì)算機(jī)外部設(shè)備管理

1、整理課件第第4 4章章 設(shè)備管理設(shè)備管理 整理課件整理課件n 在此，在此，“設(shè)備設(shè)備”泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外部設(shè)備，即除主機(jī)以外的其他所有的外部設(shè)備，即除主機(jī)以外的其他所有設(shè)備。設(shè)備。 整理課件n 本章著重講述四個(gè)方面的內(nèi)容：本章著重講述四個(gè)方面的內(nèi)容：n（1 1）完成一個(gè)）完成一個(gè)I/OI/O請(qǐng)求的步驟；請(qǐng)求的步驟；n（2 2）如何管理和分配系統(tǒng)中的設(shè)備；）如何管理和分配系統(tǒng)中的設(shè)備；n（3 3）數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N控制方式；）數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N控制方式；n（4 4）設(shè)備管理中常用的若干技術(shù)。）設(shè)備管理中常用的若干技術(shù)。整理課件4.1 4.1 概概 述述n4.1.1 計(jì)算機(jī)設(shè)備的分類計(jì)算

2、機(jī)設(shè)備的分類 n 可以從不同的角度對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行分可以從不同的角度對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行分類。類。整理課件n（1 1）基于設(shè)備的從屬關(guān)系，可以把系統(tǒng)）基于設(shè)備的從屬關(guān)系，可以把系統(tǒng)中的設(shè)備分為系統(tǒng)設(shè)備與用戶設(shè)備兩類。中的設(shè)備分為系統(tǒng)設(shè)備與用戶設(shè)備兩類。n 系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備 n 用戶設(shè)備用戶設(shè)備 整理課件n（2 2）基于設(shè)備的分配特性，可以把系統(tǒng)）基于設(shè)備的分配特性，可以把系統(tǒng)中的設(shè)備分為獨(dú)享設(shè)備、共享設(shè)備和虛中的設(shè)備分為獨(dú)享設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備三類。擬設(shè)備三類。n 獨(dú)享設(shè)備獨(dú)享設(shè)備 n 共享設(shè)備共享設(shè)備 n 虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備 整理課件n（3 3）基于設(shè)備的工作特性，可以把系統(tǒng)）基于設(shè)備的工作特性，

3、可以把系統(tǒng)中的設(shè)備分為輸入中的設(shè)備分為輸入/ /輸出設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備輸出設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備兩類。兩類。n 輸入輸入/ /輸出設(shè)備輸出設(shè)備 n 存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備 整理課件n 磁帶是一種嚴(yán)格按照信息存放物理磁帶是一種嚴(yán)格按照信息存放物理順序進(jìn)行定位與存取的存儲(chǔ)設(shè)備。順序進(jìn)行定位與存取的存儲(chǔ)設(shè)備。 整理課件n 磁帶機(jī)的啟停必須要考慮到物理上磁帶機(jī)的啟停必須要考慮到物理上慣性的作用，當(dāng)啟動(dòng)讀磁帶上的下一個(gè)慣性的作用，當(dāng)啟動(dòng)讀磁帶上的下一個(gè)記錄時(shí)，必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，才能使磁記錄時(shí)，必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，才能使磁帶從靜止加速到額定速度；從讀完一個(gè)帶從靜止加速到額定速度；從讀完一個(gè)記錄后，到真正停下來(lái)，又要滑過(guò)一小記

4、錄后，到真正停下來(lái)，又要滑過(guò)一小段距離。段距離。整理課件n 因此，磁帶上每個(gè)記錄之間要安排因此，磁帶上每個(gè)記錄之間要安排有所謂的有所謂的“記錄間隙（記錄間隙（IRGIRG）”存在存在 。整理課件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 圖圖4-1 4-1 記錄與記錄間隙（記錄與記錄間隙（IRGIRG）整理課件n 磁帶寫時(shí)，是在緩沖區(qū)中把若干個(gè)磁帶寫時(shí)，是在緩沖區(qū)中把若干個(gè)記錄拼裝成一塊，然后寫出，這個(gè)過(guò)程記錄拼裝成一塊，然后寫出，這個(gè)過(guò)程被稱為被稱為“記錄的成組記錄的成組”；磁帶讀時(shí)，是；磁帶讀時(shí)，是先把一塊讀到內(nèi)存緩沖區(qū)，然后從中挑先把一塊讀到內(nèi)存緩沖區(qū)，然

5、后從中挑選出所需要的記錄，這個(gè)過(guò)程被稱為選出所需要的記錄，這個(gè)過(guò)程被稱為“記錄的分解記錄的分解”。整理課件n 磁盤的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大，存取速磁盤的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大，存取速度快，并且能夠順序或隨機(jī)存取。操作度快，并且能夠順序或隨機(jī)存取。操作系統(tǒng)中的很多實(shí)現(xiàn)技術(shù)（比如存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的很多實(shí)現(xiàn)技術(shù)（比如存儲(chǔ)管理中的虛擬存儲(chǔ)，本章將要介紹的虛擬設(shè)中的虛擬存儲(chǔ)，本章將要介紹的虛擬設(shè)備等），都是以磁盤作為后援的。備等），都是以磁盤作為后援的。整理課件n 因此，它越來(lái)越成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系因此，它越來(lái)越成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的重要組成部分。統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的重要組成部分。整理課件 圖圖4-2 4-2

6、磁盤結(jié)構(gòu)示意圖磁盤結(jié)構(gòu)示意圖整理課件n4.1.2 4.1.2 設(shè)備管理的目標(biāo)與功能設(shè)備管理的目標(biāo)與功能n1 1設(shè)備管理的目標(biāo)設(shè)備管理的目標(biāo)n 操作系統(tǒng)設(shè)備管理的目標(biāo)之一是提操作系統(tǒng)設(shè)備管理的目標(biāo)之一是提高外部設(shè)備的利用率。高外部設(shè)備的利用率。 n 整理課件n 操作系統(tǒng)設(shè)備管理的目標(biāo)之二是為操作系統(tǒng)設(shè)備管理的目標(biāo)之二是為用戶提供便利、統(tǒng)一的使用界面。用戶提供便利、統(tǒng)一的使用界面。整理課件n2 2設(shè)備管理的功能設(shè)備管理的功能n 設(shè)備管理必須具有如下功能：設(shè)備管理必須具有如下功能：n（1 1）提供一組）提供一組I/OI/O命令，以便用戶進(jìn)程命令，以便用戶進(jìn)程能夠在程序一級(jí)發(fā)出所需要的能夠在程序一級(jí)發(fā)

7、出所需要的I/OI/O請(qǐng)求，請(qǐng)求，這就是用戶使用外部設(shè)備的這就是用戶使用外部設(shè)備的“界面界面”。整理課件n（2 2）進(jìn)行設(shè)備的分配與回收。）進(jìn)行設(shè)備的分配與回收。n（3 3）對(duì)緩沖區(qū)管理。）對(duì)緩沖區(qū)管理。 n（4 4）實(shí)現(xiàn)真正的）實(shí)現(xiàn)真正的I/OI/O操作。操作。 整理課件4.2 4.2 輸入輸入/ /輸出的處理步驟輸出的處理步驟n4.2.1 I/O4.2.1 I/O請(qǐng)求的提出請(qǐng)求的提出 n 輸入輸入/ /輸出請(qǐng)求來(lái)自用戶作業(yè)進(jìn)程。輸出請(qǐng)求來(lái)自用戶作業(yè)進(jìn)程。 整理課件 圖圖4-3 I/O4-3 I/O請(qǐng)求的處理步驟請(qǐng)求的處理步驟整理課件n4.2.2 4.2.2 對(duì)對(duì)I/OI/O請(qǐng)求的管理請(qǐng)求的

8、管理 n 設(shè)備的輸入設(shè)備的輸入/ /輸出管理程序由三塊內(nèi)輸出管理程序由三塊內(nèi)容組成：接受用戶的容組成：接受用戶的I/OI/O請(qǐng)求，組織管理請(qǐng)求，組織管理輸入輸入/ /輸出的進(jìn)行，以及輸入輸出的進(jìn)行，以及輸入/ /輸出完成輸出完成后的善后處理。后的善后處理。 整理課件n4.2.3 I/O4.2.3 I/O請(qǐng)求的具體實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求的具體實(shí)現(xiàn) n 在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中，是由設(shè)在操作系統(tǒng)的設(shè)備管理中，是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)具體實(shí)現(xiàn)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)具體實(shí)現(xiàn)I/OI/O請(qǐng)求的。請(qǐng)求的。整理課件n 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有時(shí)也稱為輸入輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有時(shí)也稱為輸入輸出處理程序，它必須使用有關(guān)輸入處理程序，它必須使用有關(guān)輸入/ /

9、輸出的輸出的特權(quán)指令來(lái)與設(shè)備硬件進(jìn)行交往，以便特權(quán)指令來(lái)與設(shè)備硬件進(jìn)行交往，以便真正實(shí)現(xiàn)用戶的輸入真正實(shí)現(xiàn)用戶的輸入/ /輸出操作要求。輸出操作要求。整理課件4.3 4.3 設(shè)備的分配與調(diào)度算法設(shè)備的分配與調(diào)度算法n4.3.1 4.3.1 管理設(shè)備時(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理設(shè)備時(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n 為了管理系統(tǒng)中的外部設(shè)備，操作為了管理系統(tǒng)中的外部設(shè)備，操作系統(tǒng)為每一臺(tái)設(shè)備開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，隨系統(tǒng)為每一臺(tái)設(shè)備開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，隨時(shí)記錄系統(tǒng)中每一臺(tái)設(shè)備的基本信息，時(shí)記錄系統(tǒng)中每一臺(tái)設(shè)備的基本信息，這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)被稱為這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)被稱為“設(shè)備控制塊設(shè)備控制塊DCBDCB（Device Control BlockDevice

10、 Control Block）”。 整理課件 圖圖4-4 4-4 設(shè)備控制塊設(shè)備控制塊DCBDCB及設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列及設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列整理課件n 因?yàn)樵O(shè)備控制塊因?yàn)樵O(shè)備控制塊DCBDCB中存放的是一臺(tái)中存放的是一臺(tái)具體設(shè)備的有關(guān)信息，找到一個(gè)設(shè)備的具體設(shè)備的有關(guān)信息，找到一個(gè)設(shè)備的DCBDCB，就得到了該設(shè)備的特性、各種參數(shù)、，就得到了該設(shè)備的特性、各種參數(shù)、使用情況等，所以使用情況等，所以DCBDCB是設(shè)備管理中最重是設(shè)備管理中最重要的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。圖要的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。圖4-5 4-5 系統(tǒng)設(shè)備表系統(tǒng)設(shè)備表SDTSDT整理課件n 為了管理設(shè)備，系統(tǒng)除了為每個(gè)設(shè)為了管理設(shè)備，系統(tǒng)除了為每個(gè)設(shè)備設(shè)置備設(shè)

11、置DCBDCB外，整個(gè)系統(tǒng)還要有一張所謂外，整個(gè)系統(tǒng)還要有一張所謂的的“系統(tǒng)設(shè)備表（系統(tǒng)設(shè)備表（SDTSystem Device SDTSystem Device TableTable）”。 整理課件 表目 n 圖圖4-5 4-5 系統(tǒng)設(shè)備表系統(tǒng)設(shè)備表SDTSDT整理課件n4.3.2 4.3.2 獨(dú)享設(shè)備的分配獨(dú)享設(shè)備的分配n “獨(dú)享設(shè)備獨(dú)享設(shè)備”即是在使用上具有排即是在使用上具有排它性的設(shè)備。它性的設(shè)備。 n 整理課件n 獨(dú)享設(shè)備的使用具有排它性，因此獨(dú)享設(shè)備的使用具有排它性，因此對(duì)這類設(shè)備只能采取對(duì)這類設(shè)備只能采取“靜態(tài)分配靜態(tài)分配”的策的策略。略。 整理課件n 為了管理起見(jiàn)，系統(tǒng)在內(nèi)部對(duì)

12、每一臺(tái)為了管理起見(jiàn)，系統(tǒng)在內(nèi)部對(duì)每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，以便相互識(shí)別。設(shè)備的設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，以便相互識(shí)別。設(shè)備的這種內(nèi)部編號(hào)稱為設(shè)備的這種內(nèi)部編號(hào)稱為設(shè)備的“絕對(duì)號(hào)絕對(duì)號(hào)”。整理課件n 為了便于區(qū)分，避免混亂，允許用為了便于區(qū)分，避免混亂，允許用戶對(duì)自己要求使用的幾臺(tái)相同類型的設(shè)戶對(duì)自己要求使用的幾臺(tái)相同類型的設(shè)備進(jìn)行編號(hào)。這種編號(hào)出自于用戶，因備進(jìn)行編號(hào)。這種編號(hào)出自于用戶，因此稱為設(shè)備的此稱為設(shè)備的“相對(duì)號(hào)相對(duì)號(hào)”。整理課件n 用戶是通過(guò)用戶是通過(guò)“設(shè)備類，相對(duì)號(hào)設(shè)備類，相對(duì)號(hào)”來(lái)來(lái)提出使用設(shè)備的請(qǐng)求的。提出使用設(shè)備的請(qǐng)求的。 整理課件n 操作系統(tǒng)設(shè)置兩種表，一是操作系統(tǒng)設(shè)置兩種表，一是“設(shè)備類

13、設(shè)備類表表”，整個(gè)系統(tǒng)就只有一張?jiān)O(shè)備類表；，整個(gè)系統(tǒng)就只有一張?jiān)O(shè)備類表；一是一是“設(shè)備表設(shè)備表”，每一類設(shè)備有一張。，每一類設(shè)備有一張。整理課件 圖圖4-7 4-7 設(shè)備類表和設(shè)備表設(shè)備類表和設(shè)備表整理課件n 對(duì)于獨(dú)享設(shè)備，常采用的分配算法對(duì)于獨(dú)享設(shè)備，常采用的分配算法有如下兩種：有如下兩種：n（1 1）先來(lái)先服務(wù)）先來(lái)先服務(wù) n（2 2）優(yōu)先級(jí)高者先服務(wù)）優(yōu)先級(jí)高者先服務(wù) 整理課件n4.3.3 4.3.3 共享磁盤的調(diào)度共享磁盤的調(diào)度 n 當(dāng)有很多進(jìn)程向磁盤提出當(dāng)有很多進(jìn)程向磁盤提出I/OI/O請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求時(shí)，對(duì)它們就有一個(gè)調(diào)度安排問(wèn)題：讓誰(shuí)先對(duì)它們就有一個(gè)調(diào)度安排問(wèn)題：讓誰(shuí)先用，讓誰(shuí)后用。

14、用，讓誰(shuí)后用。 整理課件n 執(zhí)行一次磁盤的輸入執(zhí)行一次磁盤的輸入/ /輸出需要花費(fèi)輸出需要花費(fèi)的時(shí)間有如下幾種。的時(shí)間有如下幾種。整理課件n（1 1）查找時(shí)間：在移動(dòng)臂的帶動(dòng)下，把）查找時(shí)間：在移動(dòng)臂的帶動(dòng)下，把磁頭移動(dòng)到指定柱面所需要的時(shí)間。磁頭移動(dòng)到指定柱面所需要的時(shí)間。n（2 2）等待時(shí)間：將指定的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁）等待時(shí)間：將指定的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所需要的時(shí)間。頭下所需要的時(shí)間。n（3 3）傳輸時(shí)間：由磁頭進(jìn)行讀）傳輸時(shí)間：由磁頭進(jìn)行讀/ /寫，完寫，完成信息傳送所需要的時(shí)間。成信息傳送所需要的時(shí)間。整理課件 磁道 查找 時(shí)間 磁臂 向 方 轉(zhuǎn) 旋 盤 磁 等 待 時(shí) 間 數(shù) 據(jù) 信 息

15、數(shù) 息 時(shí) 傳 輸 間 圖圖4-8 4-8 磁盤的訪問(wèn)過(guò)程磁盤的訪問(wèn)過(guò)程整理課件n1 1“先來(lái)先服務(wù)先來(lái)先服務(wù)”調(diào)度算法調(diào)度算法n 以以I/OI/O請(qǐng)求到達(dá)的先后次序作為磁盤請(qǐng)求到達(dá)的先后次序作為磁盤調(diào)度的順序，這就是先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算調(diào)度的順序，這就是先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法。法。 整理課件 - 圖圖4-9 4-9 先來(lái)先服務(wù)磁盤調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)磁盤調(diào)度算法整理課件n2 2“最短查找時(shí)間優(yōu)先最短查找時(shí)間優(yōu)先”調(diào)度算法調(diào)度算法n 把距離磁頭當(dāng)前位置最近的把距離磁頭當(dāng)前位置最近的I/OI/O請(qǐng)求請(qǐng)求作為下一次調(diào)度的對(duì)象，這就是最短查作為下一次調(diào)度的對(duì)象，這就是最短查找時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法。找時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算

16、法。 整理課件 - 圖圖4-10 4-10 最短查找時(shí)間優(yōu)先磁盤調(diào)度算法最短查找時(shí)間優(yōu)先磁盤調(diào)度算法整理課件n3 3“電梯電梯”調(diào)度算法調(diào)度算法n 總是沿著移動(dòng)臂的移動(dòng)方向選擇距總是沿著移動(dòng)臂的移動(dòng)方向選擇距離磁頭當(dāng)前位置最近的離磁頭當(dāng)前位置最近的I/OI/O請(qǐng)求作為下一請(qǐng)求作為下一次調(diào)度的對(duì)象。如果該方向上已無(wú)次調(diào)度的對(duì)象。如果該方向上已無(wú)I/OI/O請(qǐng)請(qǐng)求，則改變方向再做選擇。求，則改變方向再做選擇。整理課件 圖圖4-11 4-11 電梯調(diào)度算法（電梯調(diào)度算法（1 1）整理課件 圖圖4-12 4-12 電梯調(diào)度算法（電梯調(diào)度算法（2 2）整理課件n4 4“單向掃描單向掃描”調(diào)度算法調(diào)度算法

17、n 單向掃描調(diào)度算法總是從單向掃描調(diào)度算法總是從0 0號(hào)柱面開(kāi)號(hào)柱面開(kāi)始往里移動(dòng)移動(dòng)臂，遇到有始往里移動(dòng)移動(dòng)臂，遇到有I/OI/O請(qǐng)求就進(jìn)請(qǐng)求就進(jìn)行處理，直到到達(dá)最后一個(gè)請(qǐng)求柱面。行處理，直到到達(dá)最后一個(gè)請(qǐng)求柱面。整理課件n 然后移動(dòng)臂立即帶動(dòng)磁頭不做任何然后移動(dòng)臂立即帶動(dòng)磁頭不做任何服務(wù)地快速返回到服務(wù)地快速返回到0 0號(hào)柱面，開(kāi)始下一次號(hào)柱面，開(kāi)始下一次掃描。掃描。整理課件 圖圖4-13 4-13 單向掃描調(diào)度算法單向掃描調(diào)度算法整理課件n 例例4-1 4-1 一個(gè)具有一個(gè)具有4040個(gè)柱面的磁盤，個(gè)柱面的磁盤，現(xiàn)在正在處理柱面現(xiàn)在正在處理柱面1111上的上的I/OI/O請(qǐng)求。這時(shí)請(qǐng)求。這

18、時(shí)又順序到達(dá)新的請(qǐng)求，涉及的磁道是又順序到達(dá)新的請(qǐng)求，涉及的磁道是1 1、3636、1616、3434、9 9和和1212。分別采用先來(lái)先服。分別采用先來(lái)先服務(wù)、最短查找時(shí)間優(yōu)先以及電梯調(diào)度算務(wù)、最短查找時(shí)間優(yōu)先以及電梯調(diào)度算法，試問(wèn)它們各需要滑過(guò)多少柱面？法，試問(wèn)它們各需要滑過(guò)多少柱面？整理課件n 為了減少移動(dòng)臂移動(dòng)時(shí)花費(fèi)的時(shí)間，為了減少移動(dòng)臂移動(dòng)時(shí)花費(fèi)的時(shí)間，通常信息（也就是文件）不是按照盤面通常信息（也就是文件）不是按照盤面上的磁道順序存放。上的磁道順序存放。 整理課件n 磁盤上磁盤塊（即扇區(qū)）的編號(hào)按磁盤上磁盤塊（即扇區(qū)）的編號(hào)按照柱面的順序進(jìn)行（從照柱面的順序進(jìn)行（從0 0開(kāi)始），每

19、個(gè)柱開(kāi)始），每個(gè)柱面按照柱面上的磁道順序（也就是按照面按照柱面上的磁道順序（也就是按照磁頭順序）進(jìn)行（從磁頭順序）進(jìn)行（從0 0開(kāi)始），每個(gè)磁道開(kāi)始），每個(gè)磁道按照扇區(qū)順序進(jìn)行（從按照扇區(qū)順序進(jìn)行（從0 0開(kāi)始）。開(kāi)始）。整理課件n 假定用假定用c c表示每個(gè)柱面上的磁道數(shù)，表示每個(gè)柱面上的磁道數(shù)，用用s s表示每個(gè)盤面上的扇區(qū)數(shù)，則第表示每個(gè)盤面上的扇區(qū)數(shù)，則第i i個(gè)個(gè)柱面、柱面、j j磁頭、磁頭、k k扇區(qū)所對(duì)應(yīng)的磁盤塊號(hào)扇區(qū)所對(duì)應(yīng)的磁盤塊號(hào)b b可以用如下的公式計(jì)算：可以用如下的公式計(jì)算：nbb=kk+ss ( (jj+iic c) )（1 1）整理課件n 同樣地，根據(jù)給出的磁盤塊號(hào)，

20、也同樣地，根據(jù)給出的磁盤塊號(hào)，也可以計(jì)算出它在磁盤上的位置（即它位可以計(jì)算出它在磁盤上的位置（即它位于的柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)）。仍以于的柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)）。仍以上面的假定為前提，現(xiàn)在要求第上面的假定為前提，現(xiàn)在要求第p p個(gè)磁盤個(gè)磁盤塊在磁盤上的位置。塊在磁盤上的位置。 整理課件n 令令D D= =s s* *c c（每個(gè)柱面上擁有的磁盤塊（每個(gè)柱面上擁有的磁盤塊數(shù)），設(shè)數(shù)），設(shè)MM=p p/ /D D，NN=p p % % D D（注意，這里（注意，這里的的“/”/”和和“%”%”分別表示整除和求余）。分別表示整除和求余）。整理課件n 于是，求第于是，求第p p塊在磁盤上位置的公式塊

21、在磁盤上位置的公式為為n柱面號(hào)柱面號(hào) = =M M; ; 磁頭號(hào)磁頭號(hào) = =NN/ /s s; ; 扇區(qū)號(hào)扇區(qū)號(hào) = =NN% %s s （2 2）整理課件n 例例4-2 4-2 假定一個(gè)磁盤組共有假定一個(gè)磁盤組共有100100個(gè)個(gè)柱面，每個(gè)柱面上有柱面，每個(gè)柱面上有8 8個(gè)磁道，每個(gè)盤面?zhèn)€磁道，每個(gè)盤面被劃分成被劃分成8 8個(gè)扇區(qū)。現(xiàn)在有一個(gè)含個(gè)扇區(qū)?，F(xiàn)在有一個(gè)含64006400個(gè)個(gè)記錄的文件，記錄大小與扇區(qū)尺寸相同，記錄的文件，記錄大小與扇區(qū)尺寸相同，編號(hào)從編號(hào)從0 0開(kāi)始。該文件從開(kāi)始。該文件從0 0柱面、柱面、0 0磁道、磁道、0 0扇區(qū)順序存放。試問(wèn)：扇區(qū)順序存放。試問(wèn)：整理課件n

22、a a該文件的第該文件的第36803680個(gè)記錄應(yīng)該存放在磁個(gè)記錄應(yīng)該存放在磁盤的哪個(gè)位置？盤的哪個(gè)位置？nb b第第7878柱面的第柱面的第6 6磁道的第磁道的第6 6扇區(qū)中應(yīng)該扇區(qū)中應(yīng)該存放該文件的第幾個(gè)記錄？存放該文件的第幾個(gè)記錄？整理課件4.4 4.4 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綌?shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絥 數(shù)據(jù)傳輸，或發(fā)生在數(shù)據(jù)傳輸，或發(fā)生在I/OI/O設(shè)備與內(nèi)存設(shè)備與內(nèi)存之間，或發(fā)生在之間，或發(fā)生在I/OI/O設(shè)備與設(shè)備與CPUCPU之間。所之間。所謂謂“數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綌?shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?，就是討論在進(jìn)，就是討論在進(jìn)行輸入行輸入/ /輸出時(shí)，輸出時(shí)，I/OI/O設(shè)備與設(shè)備與CPUCPU誰(shuí)做什么誰(shuí)做什么的問(wèn)題。

23、的問(wèn)題。 整理課件n4.4.1 4.4.1 設(shè)備控制器設(shè)備控制器n 為了使設(shè)計(jì)模塊化、具有通用性，為了使設(shè)計(jì)模塊化、具有通用性，也為了降低設(shè)備成本，通?？偸前堰@兩也為了降低設(shè)備成本，通?？偸前堰@兩部分分開(kāi)：機(jī)械部分稱為設(shè)備本身，電部分分開(kāi)：機(jī)械部分稱為設(shè)備本身，電子部分稱為子部分稱為“設(shè)備控制器（或適配設(shè)備控制器（或適配器）器）”。 整理課件n 設(shè)備掛接在控制器上，因此要讓設(shè)設(shè)備掛接在控制器上，因此要讓設(shè)備做輸入備做輸入/ /輸出操作，操作系統(tǒng)總是與控輸出操作，操作系統(tǒng)總是與控制器交往，而不是與設(shè)備交往。制器交往，而不是與設(shè)備交往。 整理課件 CPU 內(nèi)存儲(chǔ)器 打印機(jī)控制器 其他控制器 磁盤控

24、制器 圖圖4-15 CPU4-15 CPU與控制器之間的單總線模型與控制器之間的單總線模型整理課件n4.4.2 4.4.2 程序循環(huán)測(cè)試方式程序循環(huán)測(cè)試方式n 在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都是采用在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都是采用程序循環(huán)測(cè)試的方式來(lái)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹３绦蜓h(huán)測(cè)試的方式來(lái)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?整理課件n4.4.3 4.4.3 中斷方式中斷方式n 所謂所謂“中斷中斷”，是一種使，是一種使CPUCPU暫時(shí)中暫時(shí)中止正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去處理特殊事件止正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去處理特殊事件的操作。的操作。整理課件n 能夠引起中斷的事件稱為能夠引起中斷的事件稱為“中斷源中斷源”，它們可能是計(jì)算機(jī)的一些異常事故

25、或其它們可能是計(jì)算機(jī)的一些異常事故或其他內(nèi)部原因（比如缺頁(yè)），更多的是來(lái)他內(nèi)部原因（比如缺頁(yè)），更多的是來(lái)自外部設(shè)備的輸入輸出請(qǐng)求。自外部設(shè)備的輸入輸出請(qǐng)求。整理課件n 程序中產(chǎn)生的中斷，由程序中產(chǎn)生的中斷，由CPUCPU的某些錯(cuò)的某些錯(cuò)誤結(jié)果（如計(jì)算溢出）產(chǎn)生的中斷稱為誤結(jié)果（如計(jì)算溢出）產(chǎn)生的中斷稱為“內(nèi)中斷內(nèi)中斷”；由外部設(shè)備控制器引起的；由外部設(shè)備控制器引起的中斷成為中斷成為“外中斷外中斷”。整理課件 圖圖4-16 4-16 中斷方式的數(shù)據(jù)傳輸中斷方式的數(shù)據(jù)傳輸整理課件n4.4.4 4.4.4 直接存儲(chǔ)器存?。ㄖ苯哟鎯?chǔ)器存取（DMADMA）方式）方式n 直接存儲(chǔ)器存取方式即是通常所說(shuō)直

26、接存儲(chǔ)器存取方式即是通常所說(shuō)的的DMADMA（Direct Memory AccessDirect Memory Access）方式，）方式，主要適用于一些高速的主要適用于一些高速的I/OI/O設(shè)備，如磁帶、設(shè)備，如磁帶、磁盤等。磁盤等。 整理課件 DMA 控制器： 圖圖4-17 DMA4-17 DMA控制方式控制方式整理課件n DMA DMA控制器中包含有四個(gè)寄存器：數(shù)控制器中包含有四個(gè)寄存器：數(shù)據(jù)寄存器，狀態(tài)寄存器，地址寄存器和據(jù)寄存器，狀態(tài)寄存器，地址寄存器和字節(jié)計(jì)數(shù)器。字節(jié)計(jì)數(shù)器。整理課件n 在數(shù)據(jù)傳輸之前，將根據(jù)在數(shù)據(jù)傳輸之前，將根據(jù)I/OI/O命令參命令參數(shù)對(duì)這些寄存器進(jìn)行初始化。

27、每個(gè)字節(jié)數(shù)對(duì)這些寄存器進(jìn)行初始化。每個(gè)字節(jié)傳輸后，地址寄存器內(nèi)容自動(dòng)增傳輸后，地址寄存器內(nèi)容自動(dòng)增1 1，字節(jié)，字節(jié)計(jì)數(shù)器自動(dòng)減計(jì)數(shù)器自動(dòng)減1 1。整理課件n 使用使用DMADMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有如下方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有如下特點(diǎn)：特點(diǎn)：n（1 1）DMADMA控制器是在獲得總線控制權(quán)的控制器是在獲得總線控制權(quán)的情況下直接與內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，情況下直接與內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，CPUCPU不介入數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜魏问乱?。不介入?shù)據(jù)傳輸?shù)娜魏问乱?。整理課件n（2 2）在）在DMADMA方式下，設(shè)備與內(nèi)存儲(chǔ)器之方式下，設(shè)備與內(nèi)存儲(chǔ)器之間進(jìn)行的是成批數(shù)據(jù)傳輸，比如一塊。間進(jìn)行的是成批數(shù)據(jù)傳輸，比如一塊

28、。整理課件n（3 3）用）用DMADMA方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，CPUCPU不得使不得使用總線，因此用用總線，因此用DMADMA方式傳輸數(shù)據(jù)，不存方式傳輸數(shù)據(jù)，不存在設(shè)備與在設(shè)備與CPUCPU并行工作的問(wèn)題。并行工作的問(wèn)題。整理課件n（4 4）在）在DMADMA方式下，方式下，CPUCPU只做啟動(dòng)和善后只做啟動(dòng)和善后處理工作，數(shù)據(jù)傳輸以及處理工作，數(shù)據(jù)傳輸以及I/OI/O管理等事宜管理等事宜均由均由DMADMA負(fù)責(zé)實(shí)行。負(fù)責(zé)實(shí)行。整理課件n4.4.5 4.4.5 通道方式通道方式n 通道是一個(gè)獨(dú)立于通道是一個(gè)獨(dú)立于CPUCPU的、專門用來(lái)的、專門用來(lái)管理輸入管理輸入/ /輸出操作的處理

29、機(jī)，它控制設(shè)輸出操作的處理機(jī)，它控制設(shè)備與內(nèi)存儲(chǔ)器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通道備與內(nèi)存儲(chǔ)器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通道有自己的指令系統(tǒng)，稱為有自己的指令系統(tǒng)，稱為“通道命令通道命令字字”。 整理課件圖圖4-18 IBM4-18 IBM的通道命令字格式的通道命令字格式整理課件n 若干通道命令字構(gòu)成一個(gè)若干通道命令字構(gòu)成一個(gè)“通道程通道程序序”，它規(guī)定了設(shè)備應(yīng)該執(zhí)行的各種操，它規(guī)定了設(shè)備應(yīng)該執(zhí)行的各種操作和順序。作和順序。 整理課件n 必須把存放通道程序的內(nèi)存起始地必須把存放通道程序的內(nèi)存起始地址告訴通道。存放這個(gè)起始地址的內(nèi)存址告訴通道。存放這個(gè)起始地址的內(nèi)存固定單元，被稱為固定單元，被稱為“通道地址字通道

30、地址字”。 整理課件n 當(dāng)采用通道來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，計(jì)當(dāng)采用通道來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的算機(jī)系統(tǒng)的I/OI/O結(jié)構(gòu)應(yīng)該是通道與主機(jī)相結(jié)構(gòu)應(yīng)該是通道與主機(jī)相連，設(shè)備控制器與通道相連，設(shè)備與設(shè)連，設(shè)備控制器與通道相連，設(shè)備與設(shè)備控制器相連。備控制器相連。 整理課件圖圖4-19 4-19 帶有通道的帶有通道的I/OI/O結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)整理課件n 使用通道方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E使用通道方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E如下：如下：n（1 1）當(dāng)進(jìn)程提出）當(dāng)進(jìn)程提出I/OI/O請(qǐng)求后，請(qǐng)求后，CPUCPU發(fā)出發(fā)出startstart命令，指明命令，指明I/OI/O操作、設(shè)備號(hào)和對(duì)操作、設(shè)備號(hào)和對(duì)應(yīng)的通道。把數(shù)據(jù)傳輸

31、的任務(wù)交給通道。應(yīng)的通道。把數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)交給通道。整理課件n（2 2）發(fā)出）發(fā)出I/OI/O請(qǐng)求的進(jìn)程被阻塞，進(jìn)程請(qǐng)求的進(jìn)程被阻塞，進(jìn)程調(diào)度程序把調(diào)度程序把CPUCPU分配給另一個(gè)進(jìn)程使用。分配給另一個(gè)進(jìn)程使用。整理課件n（3 3）通道接收）通道接收CPUCPU發(fā)來(lái)的啟動(dòng)命令，調(diào)發(fā)來(lái)的啟動(dòng)命令，調(diào)出通道程序執(zhí)行，設(shè)備與出通道程序執(zhí)行，設(shè)備與CPUCPU并行工作。并行工作。整理課件n（4 4）通道逐條執(zhí)行通道程序中的通道命）通道逐條執(zhí)行通道程序中的通道命令字，指示設(shè)備完成規(guī)定的操作，與內(nèi)令字，指示設(shè)備完成規(guī)定的操作，與內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。整理課件n（5 5）數(shù)據(jù)傳輸完畢，

32、通道向）數(shù)據(jù)傳輸完畢，通道向CPUCPU發(fā)出中發(fā)出中斷請(qǐng)求。斷請(qǐng)求。整理課件n（6 6）CPUCPU響應(yīng)通道提出的中斷請(qǐng)求，對(duì)響應(yīng)通道提出的中斷請(qǐng)求，對(duì)這次這次I/OI/O進(jìn)行善后處理，把阻塞進(jìn)程的狀進(jìn)行善后處理，把阻塞進(jìn)程的狀態(tài)變?yōu)榫途w，重新參與對(duì)態(tài)變?yōu)榫途w，重新參與對(duì)CPUCPU的競(jìng)爭(zhēng)。的競(jìng)爭(zhēng)。整理課件4.5 4.5 設(shè)備管理中的若干技術(shù)設(shè)備管理中的若干技術(shù)n4.5.1 I/O緩沖技術(shù)緩沖技術(shù)n “緩沖緩沖”即是過(guò)渡一下的意思。即是過(guò)渡一下的意思。 整理課件n 在處理在處理I/OI/O時(shí)，引入緩沖技術(shù)是非常時(shí)，引入緩沖技術(shù)是非常有必要的。通過(guò)緩沖，能夠調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)有必要的。通過(guò)緩沖，能夠調(diào)節(jié)

33、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部分的負(fù)荷，使系統(tǒng)各部分的負(fù)荷，使CPUCPU和外部設(shè)備的和外部設(shè)備的工作都盡量保持在一個(gè)較為平穩(wěn)的良好工作都盡量保持在一個(gè)較為平穩(wěn)的良好狀態(tài)。狀態(tài)。 整理課件n 緩沖的實(shí)現(xiàn)有兩種方法：一種是采緩沖的實(shí)現(xiàn)有兩種方法：一種是采用專門的硬件寄存器，這是用專門的硬件寄存器，這是“硬件緩硬件緩沖沖”；另一種是在內(nèi)存儲(chǔ)器中開(kāi)辟出；另一種是在內(nèi)存儲(chǔ)器中開(kāi)辟出n n個(gè)個(gè)單元，作為專用的單元，作為專用的I/OI/O緩沖區(qū)，這種內(nèi)存緩沖區(qū)，這種內(nèi)存緩沖區(qū)就是緩沖區(qū)就是“軟件緩沖軟件緩沖”。在。在I/OI/O管理中，管理中，主要采用的是軟件緩沖。主要采用的是軟件緩沖。整理課件n 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置緩沖區(qū)的個(gè)數(shù)，可以分根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置緩沖區(qū)的個(gè)數(shù)，可以分為單緩沖、雙緩沖、多緩沖以及緩沖池為單緩沖、雙緩沖、多緩沖以及緩沖池等四