計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)期末重點(diǎn)

1、第5章 內(nèi)存管理 寄存器：是存儲容量有限的高速存儲部件。 特點(diǎn) 位于CPU內(nèi)。 寄存器以名字標(biāo)識， 沒有地址編號。 作用 可用來暫存指令、數(shù)據(jù)和地址 分類 通用寄存器 指令指針寄存器 標(biāo)志寄存器 段寄存器 虛擬存儲技術(shù)使用戶程序的大小和結(jié)構(gòu)不受主存容量和結(jié)構(gòu)的限制，即使在用戶程序比實(shí)際主存容量還要大的情況下，程序也能正確運(yùn)行。分區(qū)管理基本原理固定分區(qū)管理 固定分區(qū)是指系統(tǒng)在初始化時(shí)，將內(nèi)存空間劃分為若干個固定大小的區(qū)域1. 分區(qū)原則（1）分區(qū)大小劃分 分區(qū)大小相等：適合于多個相同程序的并發(fā)執(zhí)行； 分區(qū)大小不等：多個小分區(qū)、適量的中等分區(qū)、少量的大分區(qū)。根據(jù)程序的大小，分配當(dāng)前空閑的、適當(dāng)大小的

2、分區(qū)。（2）分區(qū)個數(shù)不變，大小不變2、固定分區(qū)管理 使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：分區(qū)狀態(tài)表 用于分配時(shí)查找未分配空間動態(tài)分區(qū)管理1. 分區(qū)原則 根據(jù)用戶進(jìn)程對內(nèi)存的需求而劃分： （1）根據(jù)作業(yè)的大小動態(tài)地劃分分區(qū)； （2）各分區(qū)的大小是不定的； （3）內(nèi)存中分區(qū)的數(shù)目也是不定的。 問題：各作業(yè)釋放后的空間不連續(xù)，導(dǎo)致總的空閑空間很大卻不能分配的情況發(fā)生。易產(chǎn)生碎片（越分越小，直到成為小空閑區(qū)不能分配）。 固定分區(qū)的分配與回收 分配 多作業(yè)隊(duì)列：將大小相近的作業(yè)放在同一個等待隊(duì)列中。 單作業(yè)隊(duì)列：所有作業(yè)放在一個等待隊(duì)列中。常見空閑區(qū)查找算法 空閑區(qū)表的組織 按空閑區(qū)大小的升序（或降序）組織； 按空閑區(qū)首址

3、升序（或降序）組織。 查找算法：以空閑區(qū)表組織的方法為基礎(chǔ),采用不同的方式選擇空閑區(qū)。 最佳匹配（最佳適應(yīng)算法） 首次匹配（首次適應(yīng)算法） 下次匹配（*） 最壞匹配 快速匹配（*）1、最佳適應(yīng)算法 思想：盡可能分配大小與請求相匹配的空閑區(qū)。 組織方式：空閑區(qū)表按空閑區(qū)大小從小到大組織。 分配 按申請的大小逐個與空閑區(qū)大小進(jìn)行比較，找到與申請最接近的空閑區(qū)分配。 缺點(diǎn)：分割后的空閑區(qū)很小，直至無法使用，而造成浪費(fèi)。2、首次適應(yīng)算法 思想：盡可能在低地址實(shí)施分配 保留高地址部分的大空閑區(qū)。 組織方式：按空閑區(qū)首址從小到大組織空閑區(qū)分區(qū)管理的優(yōu)缺點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)了多道程序共享內(nèi)存； 實(shí)現(xiàn)分區(qū)管理的

4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對簡單，不需要更多的系統(tǒng)軟硬件開銷； 實(shí)現(xiàn)存儲保護(hù)的手段也比較簡單。 主要缺點(diǎn) 內(nèi)存利用不夠充分。系統(tǒng)中總有一部分內(nèi)存空間得不到利用，存在碎片。 內(nèi)碎片：指分配給作業(yè)的存儲空間中未被利用的部分。固定分區(qū)分配中存在。 外碎片：系統(tǒng)中無法利用的小存儲塊。動態(tài)分區(qū)分配中存在。 無法實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的擴(kuò)充。 當(dāng)進(jìn)程的地址空間大于內(nèi)存空間時(shí)，進(jìn)程無法運(yùn)行。也即進(jìn)程的地址空間受實(shí)際內(nèi)存空間的限制。（*） 必須連續(xù)存放。進(jìn)程在內(nèi)存中總是分配一塊連續(xù)的存儲空間，無法很好地利用碎片，雖然可以通過移動技術(shù)來整理內(nèi)存空間，但代價(jià)較高。（*） 必須一次性將作業(yè)全部調(diào)入內(nèi)存，若內(nèi)存沒有足夠的空間，則等待。（*） 5.

5、4 頁式管理 頁式管理的基本原理頁式管理的引入 分區(qū)存儲管理的主要問題是碎片問題。 問題描述在采用分區(qū)存儲管理的系統(tǒng)中，會形成一些非常小的分區(qū)，最終這些非常小的分區(qū)不能被系統(tǒng)中的任何用戶程序利用而浪費(fèi)。 問題產(chǎn)生原因 作業(yè)要求分配的空間連續(xù),主存有足夠的空間但因不連續(xù)而不能分配 解決問題的思路 程序適應(yīng)主存。將程序分開存放分頁存儲管理技術(shù)。 分頁的思想 頁(虛擬頁)：程序地址空間分成大小相等的頁面 塊(內(nèi)存塊、頁塊、頁禎、內(nèi)存頁面)：把內(nèi)存分成與頁面大小相等的塊。 思想：當(dāng)一個用戶程序裝入內(nèi)存時(shí)，針對每一頁分配一個內(nèi)存塊。一個作業(yè)的若干連續(xù)的頁，可以分配到內(nèi)存中若干不連續(xù)的塊中。1. 內(nèi)存頁面

6、分配與回收 頁式存儲管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (1)頁表:頁表包括用戶程序空間的頁面與內(nèi)存塊的對應(yīng)關(guān)系。頁表每個進(jìn)程至少一張。 (2)請求表:表明各進(jìn)程與其分頁的頁面之間的關(guān)聯(lián)。請求表整個系統(tǒng)一張。 (3)存儲頁面表：表示內(nèi)存的分配情況。存儲頁面表一個系統(tǒng)一張，可用位示圖表示。 圖 5.17位示圖 靜態(tài)頁面管理 2.分配算法 利用頁表、請求表、位示圖進(jìn)行分配。3.頁式地址變換(1)虛地址（線性地址、邏輯地址）(2)分頁地址映射機(jī)制 虛地址切分：頁號與頁內(nèi)位移 劃分頁號和頁內(nèi)地址的依椐：頁的大小。 2X =頁大小，X即為頁號的最低位二進(jìn)制表示虛地址頁號頁內(nèi)位移十六進(jìn)制表示頁號、頁內(nèi)位移(3)地址變換 使用

7、二進(jìn)制方法求物理地址 將邏輯地址線性分割求出頁號P和頁內(nèi)位移W： 若邏輯地址以十六進(jìn)制、八進(jìn)制的形式給出，將邏輯地址轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制； 按頁的大小分離出頁號P和位移量W（低位部分是位移量，高位部分是頁號）； 將位移量直接復(fù)制到內(nèi)存地址寄存器的低位部分； 以頁號查頁表，得到對應(yīng)塊號，將塊號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)填入地址寄存器的高位部分，從而形成內(nèi)存地址。 使用十進(jìn)制方法求物理地址 根據(jù)邏輯地址求出頁號P和頁內(nèi)位移W； 頁號P=邏輯地址 % 頁大小(%表示整除) 頁內(nèi)位移W=邏輯地址 mod 頁大小 根據(jù)頁號查頁表得塊號B； 物理地址=塊號B×頁大小+頁內(nèi)位移W 公式說明 物理地址塊起始地址塊內(nèi)位移

8、W 塊起始地址塊長×塊號 塊長=頁長 塊內(nèi)位移頁內(nèi)位移 【例】：有一系統(tǒng)采用頁式存儲管理，有一作業(yè)大小是8KB，頁大小為2KB，依次裝入內(nèi)存的第7、9、A、5塊，試將虛地址0AFEH，1ADDH轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址。解：求虛地址0AFEH的物理地址：0000 1010 1111 1110P1 W010 1111 1110MR0100 1010 1111 11104AFEH求虛地址1ADDH的物理地址：0001 1010 1101 1101P3 W010 1101 1101MR0010 1010 1101 11012ADDH【例】：有一系統(tǒng)采用頁式存儲管理，有一作業(yè)大小是8KB，頁大小為2K

9、B，依次裝入內(nèi)存的第7、9、10、5塊，試將虛地址7145，3412轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址。解：轉(zhuǎn)換虛地址 3412：P3412 2048 1W 3412 mod 2048 1364MR=9*2048+1364=19796轉(zhuǎn)換虛地址 7145：P7145 2048 3W7145 mod 2048 1001MR=5*2048+1001=11241問題：塊號若為十六進(jìn)制的字母表示，MR如何計(jì)算？(十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制)例：考慮一個由8個頁面，每頁有1024個字節(jié)組成的邏輯空間，把它裝入到有32個物理塊的存儲器中，問：（1）邏輯地址至少需要多少二進(jìn)制位表示？ （2）物理地址至少需要多少二進(jìn)制位表示？分析 ：

10、邏輯地址結(jié)構(gòu)由兩個部分組成：前一部分表示該地址所在頁面的頁號P；后一部分表示頁內(nèi)地址(頁內(nèi)位移)W。物理地址中塊號的地址位數(shù)決定了塊的數(shù)量。由于頁式存儲管理內(nèi)存空間塊的大小與頁面大小相同，所以物理地址中塊內(nèi)地址與邏輯地址中的頁內(nèi)地址位數(shù)相同。解 ：因?yàn)轫撁鏀?shù)為8=23，故需要3位二進(jìn)制數(shù)表示。每頁有1024個字節(jié)，1024=210，于是頁內(nèi)地址需要10位二進(jìn)制數(shù)表示。32個物理塊，需要5位二進(jìn)制數(shù)表示（32=25）。（1）頁的邏輯地址由頁號和頁內(nèi)地址組成，所以需要3+10=13位二進(jìn)制數(shù)表示。（2）頁的物理地址由塊號和頁內(nèi)地址的拼接，所以需要5+10=15位二進(jìn)制數(shù)表示。 物理地址計(jì)算 有一系

11、統(tǒng)采用頁式存儲管理，某個作業(yè)大小是4GB，頁大小為4KB，依次裝入內(nèi)存的第6、5、3、2塊， （1）畫出頁表； （2）試將虛地址5000，12000轉(zhuǎn)換成內(nèi)存地址。 動態(tài)頁式管理(請求頁式管理) 復(fù)習(xí): 5.3 覆蓋與交換技術(shù) 實(shí)現(xiàn)內(nèi)存擴(kuò)充的方法： 采用覆蓋技術(shù) 采用交換技術(shù) 采用虛擬存儲技術(shù) 常用的虛擬存儲技術(shù) 請求分頁存儲管理 請求分段存儲管理 請求段頁式存儲管理 分頁內(nèi)存管理方式 靜態(tài)分頁管理 動態(tài)分頁管理 靜態(tài)分頁管理 基本思想：進(jìn)程開始執(zhí)行前，將全部頁裝入內(nèi)存。 動態(tài)分頁管理（請求頁式管理） 基本思想：進(jìn)程開始執(zhí)行前，只需裝入即將運(yùn)行的頁面，然后根據(jù)需要載入其他頁面。 請求頁式管理的

12、調(diào)入策略 預(yù)測調(diào)頁：分析預(yù)測，運(yùn)行前調(diào)入 系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)運(yùn)行的情況，預(yù)測哪些頁將要運(yùn)行，在其運(yùn)行之前先行調(diào)入內(nèi)存，這樣在程序運(yùn)行的過程中就不會出現(xiàn)缺頁中斷。 缺點(diǎn):系統(tǒng)無法預(yù)計(jì)系統(tǒng)中作業(yè)的運(yùn)行情況，難以實(shí)現(xiàn)。 請求調(diào)頁（請求分頁）：缺頁請求，運(yùn)行時(shí)調(diào)入 進(jìn)程在執(zhí)行的過程中，發(fā)現(xiàn)要執(zhí)行的程序或處理的數(shù)據(jù)不在內(nèi)存，向系統(tǒng)提出調(diào)入相應(yīng)程序的請求，系統(tǒng)響應(yīng)用戶的請求將它所請求的頁調(diào)入內(nèi)存。 請求頁式管理的頁表結(jié)構(gòu) 頁表：反映該頁是否在內(nèi)存，在外存的位置，在內(nèi)存的時(shí)間的長短，是否需要回寫等。 頁號： 塊號： 中斷位：0 表示該頁在內(nèi)存，1示該頁不在內(nèi)存（需要缺頁中斷） 輔存地址：該頁在輔存的位置 修改位：

13、0 表示該頁調(diào)入內(nèi)存后沒有修改，1表示頁調(diào)入內(nèi)存后修改過 引用位：0 表示最近沒有被訪問，1表示最近被訪問過頁號 塊號 中斷位 輔存地址 修改位 引用位請求分頁的頁表結(jié)構(gòu) 請求頁式管理的頁面置換算法 當(dāng)要將輔存中的一頁面并送入到全滿的內(nèi)存中時(shí)，必須把已在內(nèi)存中的某一頁淘汰掉。用來選擇淘汰哪一頁的規(guī)則叫做置換算法，也稱為淘汰算法。 常用算法： 先進(jìn)先出算法FIFO：淘汰先調(diào)入內(nèi)存的頁 最久未使用淘汰算法LRU：淘汰未被訪問的頁中時(shí)間最長的頁 最近未使用淘汰算法NUR：淘汰第1個最近未被訪問的頁（淘汰頁表中第一個訪問位為0的頁） 最不經(jīng)常使用頁面淘汰算法（LFU）：淘汰那些到當(dāng)前時(shí)間為止訪問次數(shù)最

14、少的頁。頁表中增加一個訪問記數(shù)器。 最佳算法：當(dāng)要調(diào)入一新頁而必須淘汰一舊頁時(shí)，所淘汰的頁是以后不再使用的，或者是以后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)不會使用的。這種算法是不可能的。 頁面淘汰算法優(yōu)劣的衡量標(biāo)準(zhǔn)：缺頁中斷率f ffa （a是總的頁面訪問次數(shù)，f是缺頁中斷次數(shù)）【例】一個進(jìn)程已分到4個頁幀（塊）（M=4），其頁表如下表所示，當(dāng)進(jìn)程訪問第4頁時(shí)產(chǎn)生缺頁中斷，請分別用FIFO、LRU、NRU算法決定將哪一頁淘汰？是否需要回寫？頁表： 頁號 頁幀 裝入時(shí)間 最近訪問時(shí)間 訪問位 修改位 2 0 60 161 0 1 1 1 130 160 0 0 0 2 26 162 1 0 3 3 20 163 1

15、1FIFO：淘汰最先調(diào)入的頁面（頁幀為3的頁） 修改位為1，要回寫。LRU：淘汰最久未訪問的頁（頁幀為1的頁） 修改位為0，不要回寫。NRU： 淘汰最近未使用的頁，淘汰第一個訪問位為0的頁（頁幀為0的頁） 修改位為1，要回寫?！纠繉υL問串：1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5，指出在駐留集大小分別為3和4時(shí)，使用FIFO（先進(jìn)先出）和LRU（最久未使用）置換算法的缺頁率，結(jié)果說明了什么？（設(shè)駐留集M表示分給該作業(yè)的內(nèi)存塊數(shù)）分析：解 FIFO ： M3 f fa91275% M4 f101283% LRU ： M3 f fa101283% M4 f fa81267% Belady異

16、?，F(xiàn)象：對于FIFO算法，有時(shí)會出現(xiàn)當(dāng)M增加時(shí)缺頁次數(shù)不是減少，反而增加的現(xiàn)象。 補(bǔ)充: 抖動 抖動 主存和輔存之間的頻繁的頁面置換 現(xiàn)象稱為抖動，也稱為顛簸，其導(dǎo)致系統(tǒng)效率急劇下降。 產(chǎn)生抖動的原因： 系統(tǒng)的淘汰算法不合理從而導(dǎo)致剛淘汰的頁面馬上又要訪問的頻繁的頁面置換狀態(tài)。 系統(tǒng)在考慮置換算法時(shí)既要考慮有盡可能少的缺頁率、置換算法的簡單性、還要盡量避免系統(tǒng)抖動。 段式管理的基本原理 段 程序按邏輯上有完整意義的段來劃分，稱為邏輯段。例如主程序、子程序、數(shù)據(jù)等都可各成一段。每個段的大小可以不相等。 邏輯地址 程序中的邏輯地址由段號和段內(nèi)位移兩部分（二維）組成。 段號 將一個程序的所有邏輯段從

17、0開始編號，稱為段號。 段內(nèi)地址 每一個邏輯段都是從0開始編址，稱為段內(nèi)地址。段號S段內(nèi)位移W程序邏輯地址段式地址 程序邏輯地址段式地址 第8章文件管理 文件系統(tǒng) 操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存取文件信息的軟件。 主要功能 實(shí)現(xiàn)“按名存取”。用戶按照可見的文件邏輯結(jié)構(gòu)提供的方式進(jìn)行信息的加工和存取。這種邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于物理存儲設(shè)備，對用戶透明，用戶不必了解文件存取的物理細(xì)節(jié)，由文件系統(tǒng)進(jìn)行文件名到文件存儲設(shè)備物理地址的映射。 對磁盤等外存空間進(jìn)行統(tǒng)一管理。用戶創(chuàng)建文件時(shí)為其分配外存空間，用戶刪除或修改文件時(shí)回收或調(diào)整其外存空間，以提高外存空間的利用率。 提供合適的文件物理結(jié)構(gòu)。文件在物理設(shè)備上的存放方式

18、稱為文件的物理結(jié)構(gòu)，一個好的文件物理結(jié)構(gòu)會給系統(tǒng)帶來好的空間和時(shí)間利用率。 完成對存放在存儲設(shè)備上的文件信息的查找。 提供用戶接口。如鍵盤命令、圖形菜單、批處理和系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，均由文件系統(tǒng)提供。 提供有關(guān)文件自身的服務(wù)，如文件的共享和保護(hù)以及文件完整性控制等。 文件分類 按文件性質(zhì)和用途分類(*) 按文件保護(hù)方式分類（*） 按文件的邏輯存儲結(jié)構(gòu)分類 有結(jié)構(gòu)文件：由若干個記錄構(gòu)成的文件，又稱記錄式文件； 無結(jié)構(gòu)文件：由字符序列所構(gòu)成的文件，又稱為流式文件。 按用戶觀點(diǎn)分類 普通文件(常規(guī)文件) ：是指系統(tǒng)中最一般組織格式的文件，一般是字符流組成的無結(jié)構(gòu)文件； 目錄文件：是由文件的目錄信息構(gòu)成的特

19、殊文件，操作系統(tǒng)將目錄也做成文件； 特殊文件（設(shè)備驅(qū)動程序）：在UNIX或Linux操作系統(tǒng)中，所有的輸入輸出外部設(shè)備都被看作特殊文件便于統(tǒng)一管理。 按存取的物理結(jié)構(gòu)分類(詳見后面章節(jié))Ø 順序（連續(xù)）文件：Ø 鏈接文件：Ø 索引文件：Ø 例：Ø 每個盤塊大小為1KB，每個盤塊號占4個字節(jié)，若采用一級索引方式，則在一個索引塊中可存放多少個盤號？若采用兩級索引，則最多可存放的盤塊數(shù)為多少？允許的文件最大長度是多少？Ø 分析：Ø 兩級索引：見索引圖Ø 文件長度：共有N個盤塊，每個盤塊的大小MØ =N*M

20、16; 解：Ø 一級索引方式，盤塊數(shù)=1KB/4B=256個Ø 兩級索引，盤塊數(shù)=256*256=64K個Ø 允許的文件最大長度=64K*1K=64MBØ 文件目錄的管理包括Ø 存儲空間的有效利用Ø 快速搜索Ø 文件命名沖突Ø 文件共享Ø 文件的組成Ø 文件包括兩部分Ø 文件體Ø 文件說明（ FCB文件控制塊）Ø 基本信息Ø 文件名Ø 文件物理位置：Ø 文件結(jié)構(gòu)：指示文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。Ø 存取控制信息Ø 使用

21、信息Ø 文件目錄Ø 文件目錄：一個文件的文件說明信息稱為該文件的目錄。Ø 分類：一級目錄、二級目錄和多級目錄Ø 一級目錄Ø 思想：把所有的文件都登記在一張目錄表中，按文件名查找目錄得到文件存放的地址。Ø 操作：Ø 建立一個新文件時(shí)就在文件目錄中增加一個目錄項(xiàng)；Ø 每當(dāng)刪去一個文件時(shí)就在文件目錄中刪去該文件的目錄項(xiàng)。Ø 補(bǔ)充: 文件完整性Ø 定義：是指文件的不失真性Ø 分類：Ø 物理上的完整性：損壞存儲設(shè)備Ø 邏輯上的完整性：掉電Ø 保證文件完整性的措施：轉(zhuǎn)

22、儲（備份）Ø 周期性的全量轉(zhuǎn)儲Ø 周期性的增量轉(zhuǎn)儲Ø 周期性全量轉(zhuǎn)儲Ø 固定的時(shí)間周期：如一周一次Ø 所有文件轉(zhuǎn)存Ø 缺點(diǎn)Ø 由于是全量轉(zhuǎn)儲，因而需要消耗很多的系統(tǒng)時(shí)間。Ø 由于轉(zhuǎn)儲時(shí)間長而可能導(dǎo)致在轉(zhuǎn)儲過程中文件系統(tǒng)被迫停止工作。Ø 周期性增量轉(zhuǎn)儲Ø 固定的時(shí)間周期：短周期，如一天一次Ø 發(fā)生變化部分Ø 為了確定哪些文件發(fā)生了改變，系統(tǒng)必須對文件進(jìn)行跟蹤，并標(biāo)記那些更新了的文件，周期性地對做了標(biāo)記的文件進(jìn)行轉(zhuǎn)儲，轉(zhuǎn)儲后清除更新標(biāo)記。 第9章設(shè)備管理 設(shè)備的類別 設(shè)備管理的對

23、象：外部設(shè)備 按系統(tǒng)和用戶分類 系統(tǒng)設(shè)備，安裝操作系統(tǒng)時(shí)就記載在系統(tǒng)中。 例如顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)器、光盤驅(qū)動器等。 用戶設(shè)備，通常由用戶根據(jù)需要自行添加的。 如打印機(jī)等。 按輸入輸出傳送方式分類 塊設(shè)備 以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 字符設(shè)備 以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 按資源特點(diǎn)分類 獨(dú)占設(shè)備 共享設(shè)備 虛擬設(shè)備 按設(shè)備使用特性分類 存儲設(shè)備 用來存儲信息的設(shè)備。如磁盤等。 I/O設(shè)備 用來進(jìn)行輸入輸出處理的設(shè)備。如鍵盤、顯示器等。 設(shè)備控制器功能 設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口信息存儲及通信； 設(shè)備控制器與設(shè)備的接口連接設(shè)備； I/O邏輯實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制。 接收處理機(jī)發(fā)出的I/O命令； 對收到的命令

24、進(jìn)行譯碼； 對收到的地址進(jìn)行譯碼； 根據(jù)所譯出的命令對所選設(shè)備進(jìn)行控制。 通道是一個專管輸入輸出的硬件，又稱I/O處理機(jī)。 功能：執(zhí)行CPU發(fā)出的I/O指令，完成I/O操作。 與一般處理機(jī)的不同: 通道的指令類型單一。通道能執(zhí)行的命令主要局限于與I/O操作有關(guān)的指令； 通道沒有自己的存儲器。通道所執(zhí)行的通道程序是放在主機(jī)的內(nèi)存中的，與CPU共享內(nèi)存。 數(shù)據(jù)傳輸控制方式： CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)傳輸要解決的問題：由誰來控制數(shù)據(jù)的傳輸？傳輸過程出錯如何處理？傳輸結(jié)束如何通知CPU？如何提高CPU與外設(shè)的并行度？ 數(shù)據(jù)傳輸控制方式分類 程序查詢方式 中斷方式 DMA方式 通道方式。 程序

25、查詢方式 用指令及循環(huán)測試控制CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。 數(shù)據(jù)傳輸過程如下圖所示： 優(yōu)點(diǎn)：程序查詢方式實(shí)現(xiàn)簡單，也無需硬件支持 缺點(diǎn)： CPU的利用率極低。CPU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)。 多臺外設(shè)之間只能串行工作。一段時(shí)間內(nèi)CPU只能與一臺外設(shè)交換數(shù)據(jù)。 適用于CPU執(zhí)行速度較慢且外設(shè)較少的系統(tǒng)。 中斷控制方式 中斷控制方式的引入 程序查詢方式CPU利用率低，需要不斷查詢，無法實(shí)現(xiàn)與外設(shè)并行工作 解決方法：與外設(shè)交換數(shù)據(jù)的過程中，CPU可以轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度，交換結(jié)束時(shí)再進(jìn)行處理中斷控制方式 中斷控制方式以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)傳輸過程： 缺點(diǎn) 花費(fèi)CPU的處理時(shí)間 數(shù)據(jù)

26、寄存器容量：一字節(jié) 數(shù)據(jù)寄存器滿或空時(shí)將會產(chǎn)生中斷請求信號，容量的關(guān)系使得中斷頻繁 若系統(tǒng)中各種外設(shè)都采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，中斷次數(shù)急劇增加，導(dǎo)致CPU無法及時(shí)響應(yīng)，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。 DMA控制方式(Direct Memory Access直接存儲器存取)的引入 中斷控制方式以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，若數(shù)據(jù)量大則導(dǎo)致中斷頻繁發(fā)生，CPU因頻繁處理中斷而使效率無法提高。 解決方法：交換過程無需CPU處理,外設(shè)與內(nèi)存直接交換數(shù)據(jù)DMA控制方式。 特點(diǎn) 塊傳送。適用于塊設(shè)備。 直接傳送。內(nèi)存與I/O設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送在DMA控制器的控制之下完成，不需要CPU的任何中間干涉，僅在傳送數(shù)據(jù)塊的開始和

27、結(jié)束時(shí)才需要CPU的干預(yù)。DMA控制方式與中斷控制方式的區(qū)別 中斷控制方式在每個數(shù)據(jù)傳輸完成后中斷CPU一次，DMA方式是所有數(shù)據(jù)傳輸完成后中斷CPU。 中斷控制方式的數(shù)據(jù)傳輸是在中斷處理時(shí)由CPU控制完成，DMA方式是在DMA控制器的控制下完成。 通道控制方式 通道控制方式的引入 DMA方式對外設(shè)的管理和操作由CPU完成，外設(shè)種類多使得管理和控制復(fù)雜。 解決方法：使用專門用于I/O操作的硬件設(shè)備通道。 通道：一個獨(dú)立于CPU的專門實(shí)現(xiàn)I/O控制的處理機(jī)，它控制設(shè)備與內(nèi)存直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 通道控制與DMA控制的比較 相同：設(shè)備與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)時(shí)無CPU干涉 不同 DMA：數(shù)據(jù)的傳送方向、存放數(shù)

28、據(jù)的內(nèi)存地址以及數(shù)據(jù)塊的長度由CPU控制 通道：“CPU不干涉”更完全。 9.4 緩沖技術(shù) 緩沖技術(shù)目的 用來解決CPU與外設(shè)之間以及設(shè)備與設(shè)備之間速度不匹配的問題。 解決系統(tǒng)中I/O負(fù)荷的不均衡問題。 系統(tǒng)有時(shí)會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)需要I/O，有時(shí)又會很長時(shí)間沒有I/O，造成I/O負(fù)荷的不均勻。 有效減少I/O次數(shù)，從而提高I/O速度。 由于設(shè)備與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸方式是中斷方式，采用緩沖技術(shù)能夠?qū)⒁慌鷶?shù)據(jù)集中在一次中斷中完成。本應(yīng)傳輸一個字符中斷一次,但可將字符存于緩沖區(qū), 例如夠100字符再中斷一次。 緩沖技術(shù)思想 緩沖的類型 緩沖區(qū)物理介質(zhì)：內(nèi)存 緩沖技術(shù)類型 單緩沖 雙緩沖 多緩沖 緩沖池 雙緩沖 為輸入、輸出設(shè)備分配兩個緩沖區(qū) 輸入數(shù)據(jù) 輸入設(shè)備：輸入緩沖區(qū)1，1滿時(shí)輸入緩沖區(qū)2 進(jìn)程：取緩沖區(qū)1，1空時(shí)取緩沖區(qū)2； 輸出數(shù)據(jù) 進(jìn)程：數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)1，1滿時(shí)寫入2 輸出設(shè)備：取緩沖區(qū)1輸出，1空時(shí)取2 緩沖池 緩沖池的組成 三種基本緩沖區(qū) 空緩沖區(qū)空緩沖隊(duì)列； 裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)輸入隊(duì)列； 裝滿輸出數(shù)據(jù)