設(shè)備管理培訓(xùn)教程

37/37第4章設(shè)備治理4.1設(shè)備治理概述4.2輸入輸出系統(tǒng)4.3設(shè)備分配與回收4.4設(shè)備處理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)本章結(jié)束！4.1設(shè)備治理概述4.1.1設(shè)備治理的要緊任務(wù)設(shè)備是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外部設(shè)備，它包括外存、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）。外存的治理和使用，請(qǐng)參考文件治理一章。設(shè)備治理的要緊任務(wù)是完成用戶提出的輸入輸出請(qǐng)求，為用戶分配輸入輸出設(shè)備，提高CPU與輸入輸出設(shè)備的利用率，提高輸入輸出設(shè)備的速度，方便用戶使用輸入輸出設(shè)備。第4章設(shè)備治理4.1設(shè)備治理概述4.1.2設(shè)備治理的要緊功能1.緩沖治理它是治理好各種類型的緩沖區(qū)，協(xié)調(diào)各類設(shè)備的工作速度，提高系統(tǒng)的使用效率。它通過單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)或緩沖池等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。2.設(shè)備分配與回收它是依照用戶提出的輸入輸出請(qǐng)求，為其分配所需要的設(shè)備，用戶使用完后，回收分配的設(shè)備。它通過設(shè)備操縱表、操縱器操縱表、通道操縱表和系統(tǒng)設(shè)備表記錄設(shè)備的使用情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分配與回收。第4章設(shè)備治理4.1設(shè)備治理概述4.1.2設(shè)備治理的要緊功能3.設(shè)備處理它是實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備操縱器之間的通信。它通過相應(yīng)的設(shè)備處理程序來實(shí)現(xiàn)。4.虛擬設(shè)備它是把每次只同意一個(gè)進(jìn)程使用的物理設(shè)備，改造為能同時(shí)供多個(gè)進(jìn)程共享的設(shè)備。第4章設(shè)備治理4.1設(shè)備治理概述4.1.3設(shè)備的分類1．按設(shè)備的從屬關(guān)系分類(1)系統(tǒng)設(shè)備。系統(tǒng)設(shè)備是指操作系統(tǒng)生成時(shí)差不多登記在操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)等。(2)用戶設(shè)備。用戶設(shè)備是指操作系統(tǒng)生成時(shí)未登記在操作系統(tǒng)中的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如繪圖儀、掃描儀等。2．按操作特性分類(1)存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)設(shè)備是指用來存放信息的設(shè)備，如磁盤、磁帶等。(2)輸入輸出設(shè)備。輸入輸出設(shè)備是指向CPU傳輸信息和輸出加工處理信息的設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)等。第4章設(shè)備治理4.1設(shè)備治理概述4.1.3設(shè)備的分類3．按設(shè)備共享屬性分類(1)獨(dú)享設(shè)備。獨(dú)享設(shè)備是指在一段時(shí)刻內(nèi)只同意一個(gè)進(jìn)程訪問的設(shè)備。系統(tǒng)一旦把這種設(shè)備分配給一個(gè)進(jìn)程后，便由該進(jìn)程獨(dú)占，直到用完釋放，其他進(jìn)程才能使用。多數(shù)低速設(shè)備都屬于此類設(shè)備，如打印機(jī)。(2)共享設(shè)備。共享設(shè)備是指在一段時(shí)刻內(nèi)同意多個(gè)進(jìn)程訪問的設(shè)備，如磁盤。(3)虛擬設(shè)備。虛擬設(shè)備是指通過虛擬技術(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)進(jìn)程同時(shí)使用的設(shè)備，如虛擬打印機(jī)。第4章設(shè)備治理4.1設(shè)備治理概述4.1.3設(shè)備的分類4．按信息交換單位分類(1)塊設(shè)備。塊設(shè)備是指處理信息的差不多單位是字符塊。一般塊的大小為512B～4KB，如磁盤、磁帶等。(2)字符設(shè)備。字符設(shè)備是指處理信息的差不多單位是字符，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)等。第4章設(shè)備治理返回4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.1輸入輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)于不同規(guī)模的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其輸入輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也有差異。通常把輸入輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分成兩大類：微機(jī)輸入輸出系統(tǒng)和主機(jī)輸入輸出系統(tǒng)。1．微機(jī)輸入輸出系統(tǒng)微機(jī)輸入輸出系統(tǒng)一般采納總線輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.1輸入輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1．微機(jī)輸入輸出系統(tǒng)CPU和主存是直接連接到總線上的。輸入輸出設(shè)備是通過設(shè)備操縱器連接到總線上。CPU并不直接與輸入輸出設(shè)備進(jìn)行通信，而是與設(shè)備操縱器進(jìn)行通信，并通過它去操縱相應(yīng)的設(shè)備。因此，設(shè)備操縱器是處理器和設(shè)備之間的接口。應(yīng)依照設(shè)備的類型，給設(shè)備配置與之相應(yīng)的操縱器，如磁盤操縱器、打印機(jī)操縱器等。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.1輸入輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．主機(jī)輸入輸出系統(tǒng)當(dāng)主機(jī)所配置的輸入輸出設(shè)備較多時(shí)，特不是配有較多的高速外設(shè)時(shí)，采納總線型輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)加重CPU與總線的負(fù)擔(dān)。因此，在如此的輸入輸出系統(tǒng)中不宜采納單總線結(jié)構(gòu)，而是增加一級(jí)輸入輸出通道，用來代替CPU與各設(shè)備操縱器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)操縱器的操縱。具有通道的輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.2設(shè)備操縱器1．設(shè)備操縱器的概念設(shè)備操縱器是CPU與外圍設(shè)備之間的接口，是一個(gè)可編址設(shè)備，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備。它接收從CPU發(fā)來的命令，并去操縱輸入輸出設(shè)備的工作，使CPU從繁雜的設(shè)備操縱事務(wù)中解脫出來，提高CPU的使用效率。設(shè)備操縱器一般分成兩大類：一類是用于操縱字符設(shè)備的操縱器；另一類是用于操縱塊設(shè)備的操縱器。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.2設(shè)備操縱器2．設(shè)備操縱器的功能。設(shè)備操縱器實(shí)現(xiàn)設(shè)備與CPU的通信，一般功能：（1）接收和識(shí)不命令。接收和識(shí)不由CPU發(fā)送來的各種命令，并對(duì)這些命令進(jìn)行譯碼。為此，在操縱器中應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的操縱寄存器，用來存放接收的命令和參數(shù)，并對(duì)所接收的命令進(jìn)行譯碼。（2）交換數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)CPU與操縱器、操縱器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。關(guān)于前者，是通過數(shù)據(jù)總線，由CPU并行地把數(shù)據(jù)寫入操縱器，或從操縱器中并行地讀出數(shù)據(jù)；關(guān)于后者是設(shè)備將數(shù)據(jù)輸入到操縱器，或從操縱器傳送給設(shè)備。為此，在操縱器中需要設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.2設(shè)備操縱器2．設(shè)備操縱器的功能。（3）了解和報(bào)告設(shè)備狀態(tài)。在操縱器中應(yīng)設(shè)立一個(gè)狀態(tài)寄存器用于記錄設(shè)備的各種狀態(tài)，以供CPU使用。例如，僅當(dāng)該設(shè)備處于發(fā)送就緒狀態(tài)時(shí)，CPU才能啟動(dòng)操縱器從設(shè)備中讀出數(shù)據(jù)。為此，在操縱器中應(yīng)設(shè)置一個(gè)狀態(tài)寄存器，用其中的每一位來反映設(shè)備的某一種狀態(tài)。當(dāng)CPU將該寄存器的內(nèi)容讀入后，便能夠了解該設(shè)備的狀態(tài)。（4）識(shí)不地址。系統(tǒng)為每個(gè)設(shè)備配置一個(gè)地址，設(shè)備操縱器要能識(shí)不這些地址。此外，為使CPU能向寄存器中寫入數(shù)據(jù)，或從寄存器中讀取數(shù)據(jù)，這些寄存器應(yīng)具有惟一的地址。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.2設(shè)備操縱器3．設(shè)備操縱器的組成由于設(shè)備操縱器處于CPU與設(shè)備之間，它既要與CPU通信，又要與設(shè)備通信，還應(yīng)具有按照CPU發(fā)來的命令去操縱設(shè)備工作的功能。因此，現(xiàn)有的大多數(shù)操縱器差不多上由以下三部分組成的，如圖4-3所示。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.2設(shè)備操縱器3．設(shè)備操縱器的組成（1）CPU與設(shè)備操縱器的接口。該接口用于實(shí)現(xiàn)CPU與設(shè)備操縱器之間的通信。共有三類信號(hào)線：數(shù)據(jù)線、地址線和操縱線。（2）設(shè)備操縱器與設(shè)備的接口。操縱器中的輸入輸出邏輯依照處理器發(fā)送來的地址信號(hào)，去選擇一個(gè)設(shè)備接口。一個(gè)設(shè)備接口連接一臺(tái)設(shè)備。（3）輸入輸出邏輯。輸入輸出邏輯用于實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入輸出設(shè)備的操縱。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.3輸入輸出通道1．輸入輸出通道的概念輸入輸出通道是指專門負(fù)責(zé)輸入輸出工作的處理器。它有自己的指令系統(tǒng)（包含數(shù)據(jù)傳送指令和設(shè)備操縱指令），能按照指定的要求獨(dú)立地完成輸入輸出操作。中央處理器能夠做相應(yīng)的計(jì)算操作，從而使系統(tǒng)獲得CPU與外設(shè)的并行處理能力。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.3輸入輸出通道2．輸入輸出通道的分類輸入輸出通道是用于操縱外圍設(shè)備的。依照信息交換方式的不同，把通道分成三種類型：(1)字節(jié)多路通道。通常都含有許多非分配型子通道，其數(shù)量能夠從幾十到數(shù)百個(gè)，每一個(gè)子通道連接一臺(tái)輸入輸出設(shè)備，這些子通道按時(shí)刻片輪轉(zhuǎn)方式共享主通道。如圖4-4所示。字節(jié)多路通道連接低速或中速設(shè)備時(shí)，可不能丟失信息。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.3輸入輸出通道2．輸入輸出通道的分類(2)數(shù)據(jù)選擇通道。能夠連接多臺(tái)高速設(shè)備，然而，由于它只含有一個(gè)分配型子通道，在一段時(shí)刻內(nèi)只能執(zhí)行一個(gè)通道程序，操縱一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺(tái)設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨(dú)占，（即使許多據(jù)傳送，通道被閑置也不同意其他設(shè)備利用）直至該設(shè)備傳送完畢后釋放該通道。數(shù)據(jù)選擇通道盡管有專門高的傳輸速率，然而，它每次只同意一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。因此，這種通道利用率專門低。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.3輸入輸出通道2．輸入輸出通道的分類(3)數(shù)組多路通道。將數(shù)據(jù)選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道（設(shè)備）分時(shí)并行操作的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，而形成的一種新通道。它含有多個(gè)非分配型子通道，因而這種通道既具有專門高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人中意的通道利用率。該通道被廣泛地用于連接多臺(tái)高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進(jìn)行的。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.4輸入輸出系統(tǒng)的操縱方式1．程序直接操縱方式程序直接操縱方式也稱為“忙—等待”方式，即在一個(gè)設(shè)備的操作沒有完成時(shí)，操縱程序一直檢測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，直到該操作完成，才能進(jìn)行下一個(gè)操作。步驟為：(1)當(dāng)用戶需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，由處理器向設(shè)備操縱器發(fā)出一條輸入輸出指令，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行輸入。(2)當(dāng)用戶進(jìn)程需要向設(shè)備輸出數(shù)據(jù)時(shí)，也必須同樣發(fā)出啟動(dòng)命令啟動(dòng)設(shè)備輸出，并等待輸出操作完成。特點(diǎn)：工作過程簡(jiǎn)單，CPU的利用率低。程序直接操縱方式適用于早期的無中斷的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.4輸入輸出系統(tǒng)的操縱方式2．中斷操縱方式中斷操縱是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生任何非平常的或非預(yù)期的急需處理事件，使得CPU臨時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的事件處理程序，待處理完畢后又返回原來被中止處接著執(zhí)行或調(diào)度新的進(jìn)程執(zhí)行的過程。特點(diǎn)：中斷操縱方式比程序直接操縱方式提高了CPU的利用率。每輸入輸出一個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)發(fā)生中斷，傳輸一組數(shù)據(jù)需要多次中斷，白費(fèi)了CPU的處理時(shí)刻。中斷操縱方式應(yīng)用于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.4輸入輸出系統(tǒng)的操縱方式3．直接存儲(chǔ)器存取操縱方式（DMA）直接存儲(chǔ)器存取方式是指對(duì)輸入輸出設(shè)備的操縱由DMA操縱器完成，在DMA操縱器的作用下，設(shè)備和主存之間能夠成批地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不用CPU的干涉。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)的傳送方向、存放數(shù)據(jù)的主存始址及傳送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等都由CPU操縱，具體的數(shù)據(jù)傳送由DMA操縱器負(fù)責(zé)，每臺(tái)設(shè)備需要配一個(gè)DMA操縱器，如此輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸速度快，CPU負(fù)擔(dān)少。直接存儲(chǔ)器存取操縱方式適用于塊設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。第4章設(shè)備治理4.2輸入輸出系統(tǒng)4.2.4輸入輸出系統(tǒng)的操縱方式4．通道操縱方式通道操縱方式是一種以主存為中心，是設(shè)備與主存直接交換數(shù)據(jù)的操縱方式。CPU只需要發(fā)出啟動(dòng)指令，指出通道相應(yīng)的操作和輸入輸出設(shè)備，該指令就能夠啟動(dòng)通道并使該通道從主存中調(diào)出相應(yīng)的通道指令執(zhí)行，完成一組數(shù)據(jù)塊的輸入/輸出。特點(diǎn)：通道所需要的CPU干預(yù)更少，并能夠?qū)崿F(xiàn)CPU、通道和輸入輸出設(shè)備三者之間的并行操作，從而更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)資源的利用率。通道操縱方式適用于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)交換。第4章設(shè)備治理返回4.3設(shè)備分配與回收4.3.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的治理和操縱，需要對(duì)每臺(tái)設(shè)備、通道、操縱器的情況進(jìn)行登記。設(shè)備分配要緊采納的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有設(shè)備操縱表、操縱器操縱表、通道操縱表和系統(tǒng)設(shè)備表。如圖4-5所示。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1．設(shè)備操縱表系統(tǒng)為每臺(tái)設(shè)備配置一張?jiān)O(shè)備操縱表，用于記錄設(shè)備的特性及與輸入輸出操縱器連接的情況。設(shè)備操縱表中包括：設(shè)備標(biāo)識(shí)符、設(shè)備類型、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備等待隊(duì)列指針、輸入輸出操縱器指針、設(shè)備相對(duì)號(hào)、占用作業(yè)名等。設(shè)備標(biāo)識(shí)符也稱為設(shè)備絕對(duì)號(hào)。它是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)設(shè)備的編號(hào)。用戶對(duì)每類設(shè)備的編號(hào)稱為設(shè)備相對(duì)號(hào)，也稱為設(shè)備類號(hào)。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2．操縱器操縱表系統(tǒng)為每個(gè)操縱器配置了一張操縱器操縱表，以反映操縱器的使用狀態(tài)，以及與通道的連接狀況等。其內(nèi)容包括操縱器標(biāo)識(shí)符、操縱器的狀態(tài)、與操縱器連接的通道表指針、操縱器隊(duì)列的隊(duì)首指針、通道隊(duì)列的隊(duì)尾指針等。其中與操縱器連接的通道表指針指向該操縱器的通道操縱表。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3．通道操縱表系統(tǒng)為每個(gè)通道配置一張通道操縱表，以反映通道的使用狀態(tài)。其內(nèi)容包括通道標(biāo)識(shí)符、通道狀態(tài)、等待獲得該通道的進(jìn)程等待隊(duì)列指針等。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.1設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4．系統(tǒng)設(shè)備表系統(tǒng)設(shè)備表也稱為設(shè)備類表，整個(gè)系統(tǒng)配置一張。它記錄已被連接到系統(tǒng)中的所有物理設(shè)備的情況，每個(gè)物理設(shè)備占一個(gè)表目，包括設(shè)備類型、擁有設(shè)備臺(tái)數(shù)、現(xiàn)存設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備操縱表指針等。其中設(shè)備操縱表指針指向該設(shè)備對(duì)應(yīng)的設(shè)備操縱表。這幾張表的關(guān)系：在系統(tǒng)設(shè)備表中有指向設(shè)備操縱表的指針，在設(shè)備操縱表中有指向該設(shè)備操縱器操縱表的指針，在操縱器操縱表中有指向與該操縱器連接的通道操縱表的指針。系統(tǒng)確實(shí)是通過這種關(guān)系進(jìn)行設(shè)備的分配與回收的。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.2設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素1．設(shè)備的使用性質(zhì)按照設(shè)備自身的使用性質(zhì)，能夠采納以下三種不同的分配方式：獨(dú)享分配、共享分配、虛擬分配。獨(dú)享分配適用于大多數(shù)低速設(shè)備，如打印機(jī)。共享分配適應(yīng)于高速設(shè)備，如磁盤。虛擬分配適應(yīng)于虛擬設(shè)備。依照設(shè)備的使用性質(zhì)來決定一臺(tái)設(shè)備能夠分給幾個(gè)進(jìn)程。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.2設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素2．設(shè)備的分配算法設(shè)備的分配算法要緊是確定把設(shè)備先分給哪個(gè)進(jìn)程。設(shè)備的分配算法有先來先服務(wù)和優(yōu)先權(quán)兩種。先來先服務(wù)算法是依照進(jìn)程發(fā)出請(qǐng)求的先后順序，把這些進(jìn)程排成一個(gè)設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列，設(shè)備分配程序總是把設(shè)備分配給隊(duì)首進(jìn)程。優(yōu)先權(quán)算法是按照進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)的高低進(jìn)行設(shè)備分配，誰的優(yōu)先權(quán)高就先把設(shè)備分給誰，對(duì)優(yōu)先權(quán)相同的按照先請(qǐng)求先服務(wù)的算法排隊(duì)。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.2設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素3．設(shè)備分配的安全性設(shè)備分配的安全性是指在設(shè)備分配中應(yīng)防止發(fā)生進(jìn)程的死鎖。設(shè)備分配的安全性采納的方法有靜態(tài)分配策略和動(dòng)態(tài)分配策略，它們能夠防止進(jìn)程死鎖。（1）靜態(tài)分配策略。靜態(tài)分配策略是在作業(yè)級(jí)進(jìn)行的，用戶作業(yè)開始執(zhí)行前，由系統(tǒng)一次分配給該作業(yè)所要求的全部設(shè)備、操縱器和通道，直到該作業(yè)撤消為止。靜態(tài)分配可不能出現(xiàn)死鎖，然而，設(shè)備利用率低。（2）動(dòng)態(tài)分配策略。動(dòng)態(tài)分配策略是在進(jìn)程執(zhí)行過程中，依照?qǐng)?zhí)行的需要所進(jìn)行的設(shè)備分配。動(dòng)態(tài)分配提高了設(shè)備的利用率，然而分配不當(dāng)，會(huì)造成進(jìn)程的死鎖。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.2設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素4．設(shè)備的獨(dú)立性設(shè)備的獨(dú)立性是指用戶在編制程序時(shí)所使用的設(shè)備與實(shí)際使用的設(shè)備無關(guān)。為此，要求用戶程序?qū)斎胼敵鲈O(shè)備的請(qǐng)求采納邏輯設(shè)備名，而在程序?qū)嶋H執(zhí)行時(shí)使用物理設(shè)備名，它們之間的關(guān)系類似存儲(chǔ)治理中的邏輯地址和物理地址的關(guān)系。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.3設(shè)備分配在并發(fā)進(jìn)程環(huán)境中，設(shè)備分配是由系統(tǒng)完成的，以防止并發(fā)進(jìn)程對(duì)設(shè)備的無序競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)進(jìn)程提出設(shè)備請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)備分配程序，按照一定的算法為進(jìn)程分配設(shè)備、設(shè)備操縱器和通道。在這三種資源中，通道是最緊缺的資源，設(shè)備是最充足的資源，因此，設(shè)備分配的步驟是：先分配設(shè)備，再分配設(shè)備操縱器，最后分配通道。1．分配設(shè)備分配設(shè)備的過程如圖4-6所示。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.3設(shè)備分配1．分配設(shè)備依照進(jìn)程提出的設(shè)備名查找系統(tǒng)設(shè)備表，若沒有找到，則顯示出錯(cuò)信息，并結(jié)束分配；否則，從中找到該設(shè)備的設(shè)備操縱表，查看設(shè)備操縱表中的設(shè)備狀態(tài)字段。若該設(shè)備處于忙狀態(tài)，則將進(jìn)程插入到該設(shè)備的等待隊(duì)列；若設(shè)備空閑，便按照一定的算法來計(jì)算本次設(shè)備分配的安全性。若分配可不能引起死鎖則進(jìn)行設(shè)備分配，修改設(shè)備操縱表，把狀態(tài)字段的值由“0”改為進(jìn)程名，并修改系統(tǒng)設(shè)備表，使“現(xiàn)存設(shè)備臺(tái)數(shù)”減少分配的臺(tái)數(shù)；否則，將該進(jìn)程插入到該設(shè)備的等待隊(duì)列。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.3設(shè)備分配2．分配設(shè)備操縱器分配設(shè)備操縱器的過程如圖4-7所示。在系統(tǒng)把設(shè)備分配給請(qǐng)求輸入輸出的進(jìn)程后，再到設(shè)備操縱表中找到與該設(shè)備相連的操縱器操縱表，從該表的狀態(tài)字段中可知該操縱器是否忙碌。若操縱器忙，則將進(jìn)程插入到等待該操縱器的隊(duì)列；否則，將該操縱器分配給進(jìn)程，即修改操縱器操縱表，把狀態(tài)字段的值由“0”改為進(jìn)程名。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.3設(shè)備分配3．分配通道分配通道的過程如圖4-8所示。在分配完設(shè)備操縱器后，從操縱器操縱表中找到與該操縱器相連的通道操縱表，從該表的狀態(tài)字段中可知該通道是否忙碌。若通道處于忙碌狀態(tài)，則將該進(jìn)程插入到等待該通道的隊(duì)列；否則，將該通道分配給進(jìn)程，即修改通道操縱表，把狀態(tài)字段的值由“0”改為進(jìn)程名。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.4設(shè)備回收當(dāng)進(jìn)程撤消或設(shè)備使用完畢后，要進(jìn)行設(shè)備的回收，設(shè)備回收的過程如圖4-9所示。設(shè)備回收的步驟：（1）系統(tǒng)依照進(jìn)程名在設(shè)備分配表中找到相應(yīng)的記錄，把設(shè)備狀態(tài)修改為“0”表示未分配，若該設(shè)備的等待隊(duì)列不空，則喚醒隊(duì)首進(jìn)程，進(jìn)行設(shè)備分配；（2）到該設(shè)備的操縱器操縱表中，把其狀態(tài)由進(jìn)程名改為“0”，若該操縱器的等待隊(duì)列不空，則喚醒隊(duì)首進(jìn)程，進(jìn)行操縱器分配；（3）到該操縱器的通道操縱表中，把其狀態(tài)由進(jìn)程名改為“0”，若該通道的等待隊(duì)列不空，則喚醒隊(duì)首進(jìn)程，進(jìn)行通道分配；（4）在系統(tǒng)設(shè)備表中，把回收設(shè)備臺(tái)數(shù)添加到“現(xiàn)存設(shè)備臺(tái)數(shù)”中。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.5對(duì)設(shè)備分配程序的改進(jìn)以上設(shè)備分配程序有兩個(gè)特點(diǎn)，一是，進(jìn)程是以物理設(shè)備名來提出輸入輸出請(qǐng)求的。二是，系統(tǒng)采納的是單通路的輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如此的系統(tǒng)容易產(chǎn)生“瓶頸”現(xiàn)象。為此，對(duì)設(shè)備分配程序做以下改進(jìn)：（1）增加設(shè)備的獨(dú)立性。進(jìn)程應(yīng)以邏輯設(shè)備名請(qǐng)求輸入輸出。系統(tǒng)首先依照系統(tǒng)設(shè)備表找到第一個(gè)該類設(shè)備的設(shè)備分配表，若該設(shè)備忙，則查找第二個(gè)該類設(shè)備的設(shè)備分配表，僅當(dāng)所有該類設(shè)備都忙時(shí)，才把進(jìn)程掛在該類設(shè)備的等待隊(duì)列上。如此通過增加設(shè)備的獨(dú)立性，提高了設(shè)備分配的安全性。第4章設(shè)備治理4.3設(shè)備分配與回收4.3.5對(duì)設(shè)備分配程序的改進(jìn)（2）考慮多通路情況。系統(tǒng)采納多通路的輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖4-10所示。即一個(gè)設(shè)備能夠由多個(gè)操縱器操縱，一個(gè)操縱器能夠由多個(gè)通道操縱（即增加圖4-10中的虛線部分）。如此，能夠防止系統(tǒng)出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象。也確實(shí)是對(duì)操縱器和通道的分配，同樣通過幾次反復(fù)，只要有一個(gè)操縱器或通道可用，系統(tǒng)就能夠把它分配給進(jìn)程。如此，就增加了分配操縱器和通道的可能性，提高了設(shè)備分配的效率。第4章設(shè)備治理返回4.4設(shè)備處理設(shè)備處理的任務(wù)是把上層軟件的抽象要求變?yōu)榫唧w要求發(fā)送給設(shè)備操縱器，啟動(dòng)設(shè)備；將設(shè)備操縱器發(fā)來的信號(hào)傳送給上層軟件。它要緊由設(shè)備處理程序完成。設(shè)備處理程序也稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是輸入輸出進(jìn)程與設(shè)備操縱器之間的通信程序。4.4.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)1．設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能一是把抽象要求轉(zhuǎn)化為具體要求。二是檢查用戶輸入輸出請(qǐng)求的合法性，了解輸入輸出設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。三是發(fā)出輸入輸出命令，啟動(dòng)分配到的輸入輸出設(shè)備，完成指定的輸入輸出操作。四是及時(shí)響應(yīng)由操縱器或通道發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并依照其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。五是對(duì)設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)依照用戶的輸入輸出請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)成通道程序。第4章設(shè)備治理4.4設(shè)備處理4.4.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)2．設(shè)備處理的方式設(shè)備處理方式有三類：一是為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，專門執(zhí)行這類設(shè)備的輸入輸出操作。二是在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)輸入輸出進(jìn)程，專門負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的輸入輸出操作。三是不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，只為各類設(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4章設(shè)備治理4.4設(shè)備處理4.4.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)3．設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)(1)驅(qū)動(dòng)程序要緊是在請(qǐng)求輸入輸出的進(jìn)程與設(shè)備操縱器之間的一個(gè)通信程序。(2)驅(qū)動(dòng)程序與輸入輸出設(shè)備的特性緊密相關(guān)。(3)驅(qū)動(dòng)程序與輸入輸出操縱方式緊密相關(guān)。(4)驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)，其部分被固化在ROM中。第4章設(shè)備治理4.4設(shè)備處理4.4.2設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程1．將抽象要求轉(zhuǎn)化為具體要求用戶及上層軟件對(duì)設(shè)備操縱器的具體情況毫無了解，只能向它們發(fā)出抽象的要求，借助設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，轉(zhuǎn)化為具體的要求傳送給設(shè)備操縱器。如將盤塊號(hào)轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、磁道號(hào)及扇區(qū)號(hào)。2．檢查輸入輸出請(qǐng)求的合法性任何輸入設(shè)備都只能完成一組特定的功能，如該設(shè)備不支持這次輸入輸出請(qǐng)求，則認(rèn)為這次輸入輸出請(qǐng)求非法，又如用戶試圖讓打印機(jī)輸入數(shù)據(jù)。3．讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)要啟動(dòng)某個(gè)設(shè)備進(jìn)行輸入輸出操作，其前提條件是該設(shè)備正處于空閑狀態(tài)。因此在啟動(dòng)設(shè)備之前，要從設(shè)備操縱器的狀態(tài)寄存器中，讀出設(shè)備的狀態(tài)。第4章設(shè)備治理4.4設(shè)備處理4.4.2設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程4．傳送必要的參數(shù)有許多設(shè)備，特不是塊設(shè)備，除必須向其操縱器發(fā)出啟動(dòng)命令外，還需要傳送必要的參數(shù)。例如，在啟動(dòng)磁盤進(jìn)行讀／寫之前，應(yīng)先將本次要傳送的字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)應(yīng)到達(dá)的主存始址送入操縱器的相應(yīng)寄存器中。5．設(shè)置工作方式有些設(shè)備有多種工作方式，在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)選定某種方式，給出必要的數(shù)據(jù)。在啟動(dòng)該接口之前，應(yīng)先按通信規(guī)程設(shè)定下述參數(shù)：波特率、奇偶校驗(yàn)方式、停止位數(shù)目及數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度等。6．啟動(dòng)輸入輸出設(shè)備在完成上述五個(gè)工作后，驅(qū)動(dòng)程序能夠向操縱器的命令寄存器傳送相應(yīng)的操縱命令，啟動(dòng)輸入輸出設(shè)備。差不多的輸入輸出操作是在操縱器的操縱下進(jìn)行的。第4章設(shè)備治理返回4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.1緩沖技術(shù)為了提高輸入輸出設(shè)備的速度和利用率，在輸入輸出設(shè)備與處理器交換數(shù)據(jù)時(shí)引入了緩沖技術(shù)。緩沖技術(shù)是輸入輸出設(shè)備在與主存交換數(shù)據(jù)時(shí)使用緩沖區(qū)的技術(shù)。緩沖治理的要緊功能是組織好緩沖區(qū)，并提供獲得和釋放緩沖區(qū)的手段。1．緩沖的引入（1）緩和CPU與輸入輸出設(shè)備間速度不匹配的矛盾。（2）減少對(duì)CPU的中斷頻率，放寬對(duì)中斷響應(yīng)時(shí)刻的限制。（3）提高CPU與輸入輸出設(shè)備間的并行性。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.1緩沖技術(shù)2．單緩沖單緩沖是指在設(shè)備和處理器之間設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)，用于數(shù)據(jù)的傳輸。單緩沖的工作原理如圖4-11所示。特點(diǎn)是：在主存中只有一個(gè)緩沖區(qū)。關(guān)于塊設(shè)備，該緩沖區(qū)能夠存放一塊數(shù)據(jù)，關(guān)于字符設(shè)備，該緩沖區(qū)能夠存放一行數(shù)據(jù)。設(shè)備和處理器對(duì)緩沖區(qū)的操作是串行的，傳輸速度慢。在任一時(shí)刻，只能進(jìn)行單向的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)量較少。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.1緩沖技術(shù)3．雙緩沖雙緩沖是指在設(shè)備和處理器之間設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)。雙緩沖的工作原理如圖4-12所示。特點(diǎn)是：在主存中設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)，完成數(shù)據(jù)的傳輸。兩個(gè)緩沖區(qū)能夠交替使用，提高了處理器和輸入設(shè)備的并行操作能力。在任一時(shí)刻，能夠進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)緩沖區(qū)用于輸入，另一個(gè)用于輸出。適用于輸入/輸出、生產(chǎn)者/消費(fèi)者速度差不多相匹配的情況。當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)量較大，或者兩者的速度相差較遠(yuǎn)時(shí)，雙緩沖區(qū)效率較低。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.1緩沖技術(shù)4．循環(huán)緩沖在設(shè)備和處理器之間設(shè)置多個(gè)大小相等的緩沖區(qū)。每個(gè)緩沖區(qū)中有一個(gè)鏈接指針指向下一個(gè)緩沖區(qū)，最后一個(gè)緩沖區(qū)指針指向第一個(gè)緩沖區(qū)，如此構(gòu)成一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)。循環(huán)緩沖的工作原理如圖4-13所示。特點(diǎn)是：在主存中設(shè)置多個(gè)緩沖區(qū)。讀和寫能夠并行處理，適用于某種特定的輸入輸出進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程，如輸入/輸出、生產(chǎn)者/消費(fèi)者速度不相匹配的情況。循環(huán)緩沖區(qū)屬于專用緩沖區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，使用多個(gè)如此的緩沖區(qū)要消耗大量的主存空間，降低緩沖區(qū)的使用效率。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.1緩沖技術(shù)5．緩沖池當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，能夠利用供多個(gè)進(jìn)程共享的緩沖池來提高緩沖區(qū)的利用率。緩沖池的組成包括空（閑）緩沖區(qū)、裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)、裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，同類緩沖區(qū)以鏈隊(duì)的形式存在。另外，還應(yīng)有四種工作緩沖區(qū)：用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)、用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)、用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)、用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)。緩沖池的工作原理如圖4-14所示。特點(diǎn)是：緩沖池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在主存中設(shè)置公用緩沖池，在池中設(shè)置多個(gè)能夠供多個(gè)進(jìn)程共享的緩沖區(qū)。緩沖區(qū)既能夠用于輸入，又能夠用于輸出（即共享）。緩沖池的設(shè)置，減少了主存空間的消耗，提高了主存的利用率，適應(yīng)于現(xiàn)代操作系統(tǒng)。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.2中斷技術(shù)1．中斷的概念中斷是由于某些事件的出現(xiàn)，中止現(xiàn)行進(jìn)程的執(zhí)行，而轉(zhuǎn)去處理出現(xiàn)的事件，中斷事件處理完后，再接著運(yùn)行被中止進(jìn)程的過程。在那個(gè)地點(diǎn)引起中斷的事件稱為中斷源。中斷事件通常由硬件發(fā)覺。對(duì)出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序。中斷處理程序是由操作系統(tǒng)處理的，屬于操作系統(tǒng)的組成部分。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.2中斷技術(shù)2．中斷類型(1)硬件故障中斷。由機(jī)器故障造成的中斷。如電源故障。(2)程序中斷。由程序執(zhí)行到某條機(jī)器指令時(shí)可能出現(xiàn)的各種問題而引起的中斷。如發(fā)覺定點(diǎn)操作數(shù)溢出、除數(shù)為0等。(3)外部中斷。由各種外部事件引起的中斷。如按壓了中斷鍵、定時(shí)時(shí)鐘時(shí)刻到等。(4)輸入輸出中斷。由輸入輸出操縱系統(tǒng)發(fā)覺外圍設(shè)備完成了輸入輸出操作或在執(zhí)行輸入輸出時(shí)通道或外圍設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤而引起的中斷。(5)訪管中斷。正在運(yùn)行的進(jìn)程執(zhí)行訪管指令時(shí)引起的中斷。如分配一臺(tái)外設(shè)。前四類中斷不是運(yùn)行進(jìn)程所希望的，故稱為強(qiáng)迫性中斷，而第五種中斷，是進(jìn)程所希望的，故稱為自愿性中斷。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.2中斷技術(shù)3．中斷響應(yīng)在處理器執(zhí)行完一條指令后，硬件的中斷裝置就立即檢查有無中斷事件發(fā)生。若無，接著執(zhí)行下一條指令；若有，則停止現(xiàn)行進(jìn)程，由操作系統(tǒng)中的中斷處理程序占用處理器，這一過程稱為“中斷響應(yīng)”。4．中斷處理首先介紹與中斷處理有關(guān)的概念：特權(quán)指令和程序狀態(tài)字。特權(quán)指令是不同意用戶程序直接使用的指令。如輸入輸出指令，設(shè)置時(shí)鐘的指令。程序狀態(tài)字是用來操縱指令執(zhí)行順序，并保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)。第4章設(shè)備治理4.5設(shè)備治理采納的技術(shù)4.5.2中斷技術(shù)中斷處理過程如圖4-15所示。①當(dāng)中斷裝置發(fā)覺中斷事件后，先把中斷事件存放到程序狀態(tài)字寄存器中的中斷碼位置。②把程序狀態(tài)字寄存器中的“當(dāng)前PSW”作為“舊PSW”保存到預(yù)先約定的主存的固定單元中。③依照中斷碼，把該類事件處理程序的“新PSW”送入程序狀態(tài)字寄存器。④處理器按新PSW操縱處理該事件的中斷處理程序執(zhí)行。