計(jì)算機(jī)設(shè)備管理培訓(xùn)課程

第4章設(shè)備管理 ●設(shè)備管理是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了CPU和內(nèi)存以外的其它所有設(shè)備的管理?！癯诉M(jìn)行實(shí)際I/O操作的設(shè)備之外，也包括了諸如設(shè)備控制器、DMA控制器、中斷控制器、I/O處理機(jī)等支持設(shè)備?！裨趯?shí)際使用過程中，外圍設(shè)備的種類繁多，功能各異，管理復(fù)雜。如何有效而又方便地使用這些設(shè)備是設(shè)備管理的重要任務(wù)?！裨O(shè)備管理是操作系統(tǒng)的重要和基本的組成部分，對(duì)設(shè)備管理的好壞，直接影響系統(tǒng)的效率。2023/1/104.1.設(shè)備管理概述

4.2.I/O控制方式

4.3.緩沖技術(shù)

4.4.設(shè)備分配

4.5.WINDOWS2003Server的I/O系統(tǒng)

4.6.本章小結(jié)2023/1/104．1．1設(shè)備的分類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外圍設(shè)備包括：顯示器、鍵盤、紙帶閱讀器、紙帶穿孔機(jī)、打印機(jī)、磁帶、磁盤、光盤、激光打印機(jī)、繪圖儀、圖形數(shù)字化儀、鼠標(biāo)器、聲音輸入、聲音輸出設(shè)備以及辦公自動(dòng)化設(shè)備等等，種類相當(dāng)繁多，可從不同的角度對(duì)它們進(jìn)行分類。

4.1設(shè)備管理概述2023/1/10系統(tǒng)設(shè)備：在操作系統(tǒng)生成時(shí)已登記于系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，一般至少有鍵盤、顯示器、打印機(jī)、磁盤或磁帶設(shè)備等。用戶設(shè)備：在系統(tǒng)生成時(shí)并沒有登入系統(tǒng)的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，一般由用戶提供設(shè)備及其處理程序，并通過適當(dāng)?shù)氖侄伟阉鼈兗{入系統(tǒng)中，由系統(tǒng)實(shí)施管理。例如實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中的各種A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，圖像處理系統(tǒng)中的圖像設(shè)備，CAD系統(tǒng)所需的專用設(shè)備等。1．設(shè)備的從屬關(guān)系分類2023/1/10塊設(shè)備：指以數(shù)據(jù)塊為單位來組織和傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備，如磁盤、磁帶等。字符設(shè)備：指以單個(gè)字符為單位來傳送信息的設(shè)備，如終端、打印機(jī)等。2．設(shè)備中的數(shù)據(jù)組織方式分類2023/1/10存儲(chǔ)設(shè)備：磁帶、磁盤（軟盤、硬盤）、光盤、其它（磁鼓等）。輸入輸出設(shè)備：鍵盤、打印機(jī)、顯示器、圖形輸入輸出設(shè)備、圖像輸入輸出設(shè)備、繪圖儀、聲音輸入輸出設(shè)備、網(wǎng)卡、其它。終端設(shè)備：通用終端（會(huì)話型、批量型、智能型）、多用終端、虛終端。3．按設(shè)備的使用特性分類2023/1/10獨(dú)占設(shè)備:這類設(shè)備在用戶作業(yè)的整個(gè)運(yùn)行期間必須為此用戶所占有，才能保證傳送設(shè)備的連貫性。大多數(shù)低速I/O設(shè)備，如用戶終端、打印機(jī)、紙帶輸入機(jī)等均屬于這類設(shè)備。共享設(shè)備:這類設(shè)備通常指磁盤這類直接存取設(shè)備，很容易被多個(gè)用戶所共享。實(shí)際上是幾個(gè)進(jìn)程或作業(yè)交替地對(duì)它們進(jìn)行讀寫，而宏觀上看是同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行訪問。虛擬設(shè)備:在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。4．按資源分配的角度分類2023/1/10為將慢速的獨(dú)占設(shè)備改造成多個(gè)用戶可共享的設(shè)備，以提高設(shè)備的利用率，可借助于假脫機(jī)技術(shù)（Spooling）。Spooling技術(shù)的基本思想是：當(dāng)某作業(yè)或進(jìn)程請(qǐng)求分配獨(dú)占設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)就分配給它共享設(shè)備中的某一部分，使其與獨(dú)占設(shè)備相關(guān)聯(lián)。

2023/1/10例如用磁盤中的某一部分代替打印機(jī)，程序欲打印輸出的信息先寫入磁盤的這部分存儲(chǔ)空間中，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，例如打印機(jī)空閑時(shí)，再從盤中取出該信息交由打印機(jī)輸出。這樣，用戶或進(jìn)程是直接和磁盤打交道，而間接地使用打印機(jī)。由于磁盤的存取速度遠(yuǎn)高于打印機(jī)的打印速度，而且磁盤是可共享的，所以，對(duì)用戶來說似乎有了一臺(tái)高速的可共享的打印機(jī)。2023/1/10I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)CPU磁盤控制器存儲(chǔ)器打印機(jī)控制器其他控制器一、微型機(jī)I/O系統(tǒng)：總線結(jié)構(gòu)磁盤驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)2023/1/10二、主機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)輸入輸出結(jié)結(jié)構(gòu)在一臺(tái)通用的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)中，通過輸輸入輸出控制制系統(tǒng)完成外外圍設(shè)備與主主存儲(chǔ)器之間間的信息傳送送。各種外圍圍設(shè)備連接在在相應(yīng)的設(shè)備備控制器上，，這些設(shè)備控控制器又通過過通道連接在在公共的系統(tǒng)統(tǒng)總線上。I/O系統(tǒng)共分為4級(jí)：最低級(jí)級(jí)為I/O設(shè)備，次低級(jí)級(jí)為設(shè)備控制制器，次高級(jí)級(jí)為I/O通道，最高級(jí)級(jí)是主機(jī)。2022/12/282022/12/28三.設(shè)設(shè)備控控制器器設(shè)備控控制器器是CPU與I/O設(shè)備的的接口口(1)作用用：接接收從從CPU發(fā)來的的命令令，控控制I/O設(shè)備工工作。。(2)功能能：接收和和識(shí)別別命令令數(shù)據(jù)交交換設(shè)備狀狀態(tài)的的了解解和報(bào)報(bào)告地址識(shí)識(shí)別2022/12/28I/O設(shè)備備一一般般由由機(jī)機(jī)械械與與電電子子線線路路兩兩部部分分組組成成。。為為了了使使設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)模模塊塊化化、、具具有有通通用用性性，，也也為為了了降降低低設(shè)設(shè)備備成成本本，，通通常常總總是是把把這這兩兩部部分分分分開開：：機(jī)機(jī)械械部部稱稱為為設(shè)設(shè)備備本本身身，，電電子子部部分分稱稱為為““設(shè)設(shè)備備控控制制器器（（或或適適配配器器））””。。設(shè)備備控控制制器器上上有有供供插插接接用用的的連連接接器器，，通通過過電電纜纜與與設(shè)設(shè)備備內(nèi)內(nèi)部部相相連連。。由由于于設(shè)設(shè)備備控控制制器器是是電電子子設(shè)設(shè)備備，，工工作作速速度度快快，，因因此此很很多多設(shè)備備控控制制器器可可以以連連接接2個(gè)個(gè)、、4個(gè)個(gè)、、甚甚至至8個(gè)個(gè)相相同同類類型型的的設(shè)設(shè)備備。。2022/12/28每種種I/O設(shè)備備都都要要通通過過一一個(gè)個(gè)控控制制器器和和CPU相連連。例例如如軟軟磁磁盤盤通通過過軟軟盤盤控控制制器器和和CPU連接接，，打打印印機(jī)機(jī)通通過過打打印印機(jī)機(jī)控控制制器器和和CPU連接接。?？刂浦破髌魇鞘峭ㄍㄟ^過自自己己內(nèi)內(nèi)部部的的若若干干個(gè)個(gè)寄寄存存器器與與CPU進(jìn)行行通通信信的的。。有有用用作作數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)緩緩沖沖的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)寄寄存存器器；；有有用用作作保保存存設(shè)設(shè)備備狀狀態(tài)態(tài)信信息息供供CPU對(duì)外外部部設(shè)設(shè)備備進(jìn)進(jìn)行行測(cè)測(cè)試試的的狀狀態(tài)態(tài)寄寄存存器器；；還還有有用用來來保保存存CPU發(fā)出出的的命命令令以以及及各各種種參參數(shù)數(shù)的的命命令令寄寄存存器器。。為了了標(biāo)標(biāo)識(shí)識(shí)這這些些寄寄存存器器，，有有的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)把把它它們們作作為為常常規(guī)規(guī)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器地地址址空空間間的的一一個(gè)個(gè)部部分分來來對(duì)對(duì)待待；；有有的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)則則給給予予它它們們專專用用的的I/O地址。比比如圖列列出了IBMPC機(jī)上某些些控制器器所配置置的I/O地址和相相應(yīng)的中中斷向量量。2022/12/282022/12/28由于是設(shè)設(shè)備掛接接在控制制器上，，因此要要讓設(shè)備備做輸入入/輸出出操作，，操作系系統(tǒng)總是是與控制制器交往往，而不不是與設(shè)設(shè)備交往往。操作作系統(tǒng)把把命令以以及執(zhí)行行命令時(shí)時(shí)所需要要的參數(shù)數(shù)一起寫寫入控制制器的寄寄存器中中，以實(shí)實(shí)現(xiàn)輸入入/輸出出。在控控制器接接受了一一條命令令后，就就可以獨(dú)獨(dú)立于CPU去完成命命令指定定的任務(wù)務(wù)。2022/12/28(3)設(shè)設(shè)備控制制器的組組成1.與處處理機(jī)的的接口2.與設(shè)設(shè)備的接接口3.I/O邏輯2022/12/281.設(shè)備備備管理理的目標(biāo)標(biāo)(1)提提高外圍圍設(shè)備的的利用效效率設(shè)備管理理的首要要目標(biāo)是是要提高高外圍設(shè)設(shè)備的利利用率，，盡可能能地提高高外設(shè)之之間，外外設(shè)和CPU之間的并行程程度，使系統(tǒng)統(tǒng)中的各種設(shè)設(shè)備盡可能地地處于忙碌狀狀態(tài)。4．1．2設(shè)備管理的目目標(biāo)和功能2022/12/28所謂方便，所謂統(tǒng)一，是指對(duì)不同設(shè)備盡量能有統(tǒng)一的操作方式。方便和統(tǒng)一都要求操作系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)具體設(shè)備的物理I/O操作，而對(duì)用戶程序屏蔽這些細(xì)節(jié)，呈現(xiàn)給用戶的是一種性能理想化的、操作簡(jiǎn)便的邏輯設(shè)備。

（2）為用戶戶提供方便、、統(tǒng)一的界面面2022/12/28有時(shí)把系統(tǒng)的的這種性能稱稱為設(shè)備的獨(dú)獨(dú)立性。例如如對(duì)于用戶的的同一個(gè)程序序，操作系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)該能夠讓讓用戶程序?qū)?duì)不同的打印印機(jī)進(jìn)行操作作，而對(duì)不同同的打印機(jī)的的具體特性不不必理睬，且且用戶程序也也不必修改。。2022/12/28為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的的有效管理和和用戶方便使使用，設(shè)備管管理一般應(yīng)具具備下述功能能：（1）設(shè)備分配在多道程序環(huán)環(huán)境中，多個(gè)個(gè)用戶和進(jìn)程程往往同時(shí)要要求使用同一一個(gè)設(shè)備，按按照設(shè)備的類類型和系統(tǒng)中中采用的方法法，決定把某某個(gè)設(shè)備分配配給哪一個(gè)要要求該類設(shè)備備的進(jìn)程。在進(jìn)行分配的的同時(shí)還應(yīng)分分配相應(yīng)的控控制器和通道道，以保證設(shè)設(shè)備與CPU之間能夠傳遞遞信息，未能能分配到所需需設(shè)備的進(jìn)程程，應(yīng)排成一一個(gè)隊(duì)列，按按一定的次序序等待使用設(shè)設(shè)備。設(shè)備分分配程序完成成這一工作。。2．設(shè)備管理理的功能2022/12/28在設(shè)設(shè)置置通通道道的的系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，其其I/O操作作一一在未設(shè)置通道的系統(tǒng)中，由設(shè)備管理軟件對(duì)設(shè)備I/O請(qǐng)求做必要的處理，如設(shè)備分配、緩沖區(qū)分配，并直接對(duì)設(shè)備接口編程，然后驅(qū)動(dòng)指定的設(shè)備進(jìn)行I/O操作。（2））實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)物物理理I/O操作作2022/12/28設(shè)備備管管理理程程序序應(yīng)應(yīng)具具有有對(duì)對(duì)緩緩沖沖區(qū)區(qū)進(jìn)進(jìn)行行管管理理的的功功能能。。此此外外，，為為改改善善系系統(tǒng)統(tǒng)的的可可適適應(yīng)應(yīng)性性和和可可擴(kuò)擴(kuò)展展性性，，應(yīng)應(yīng)使使用用戶戶程程序序與與實(shí)實(shí)際際的的設(shè)設(shè)備備無無關(guān)關(guān)。。（3））實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)其其它它功功能能2022/12/28輸入輸出操作作的控制方式式一般有四種種：查詢方式中斷方式直接內(nèi)存存取取方式通道方式它們的主要差差別在于處理理器和外設(shè)并并行工作的方方式和程度的的不同。4．2I/O控制方式2022/12/28查詢方式是最最簡(jiǎn)單的I/O控制方式。在設(shè)備控制器器中有兩個(gè)寄寄存器，一個(gè)個(gè)是狀態(tài)寄存器，由其中的一一個(gè)狀態(tài)位的的值反映設(shè)備備的忙或閑；；另一個(gè)是數(shù)據(jù)緩沖寄存存器。當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)時(shí)，狀態(tài)寄存存器的啟動(dòng)位位為1，此時(shí)外設(shè)把把數(shù)據(jù)送往數(shù)數(shù)據(jù)緩沖寄存存器，并將狀狀態(tài)寄存器的的狀態(tài)位置1。CPU執(zhí)行完一條指指令后就測(cè)試試狀態(tài)位，如如果為1，就就把數(shù)據(jù)寄存存器中的數(shù)據(jù)據(jù)取到內(nèi)存；；若狀態(tài)位為為0，則再測(cè)測(cè)試，直到狀狀態(tài)寄存器的的狀態(tài)位為1，然后再讀讀取數(shù)據(jù)。所所以此種方式式也稱循環(huán)測(cè)試I/O方式。4．2．1查詢方式2022/12/向設(shè)備控制器發(fā)讀命令讀設(shè)備控制器的狀態(tài)檢查狀態(tài)從設(shè)備控制器中讀入字向存儲(chǔ)器中寫字傳送完成CPU->I/OCPU->內(nèi)存I/O->CPU出錯(cuò)I/O->CPU完成下條指令未完成未就緒2022/12/28由于CPU的速度遠(yuǎn)高高于設(shè)備I/O的速度，使使得CPU絕大部分時(shí)時(shí)間都處于于等待I/O完成的循環(huán)環(huán)測(cè)試中。。顯然，這這是對(duì)CPU的極大浪費(fèi)費(fèi)。但是，，它的管理理簡(jiǎn)單，在在要求不高高的場(chǎng)合下下常被采用用，而且不不能支持多多道程序。。查詢方式是是主機(jī)向外外設(shè)詢問，，而引入中中斷后，每每當(dāng)設(shè)備完完成I/O操作，它便便以中斷請(qǐng)請(qǐng)求方式主主動(dòng)向CPU匯報(bào)。因此此，CPU一旦啟動(dòng)I/O設(shè)備后便可可轉(zhuǎn)去處理理其他程序序，僅在接接到I/O中斷信息請(qǐng)請(qǐng)求時(shí)才花花費(fèi)極少時(shí)時(shí)間去處理理。4．2．2中斷方式2022/12/28例如，打打印機(jī)每每打一行行需要60ms，在查詢方方式中，，大約有有59.99ms，CPU都處于循循環(huán)等待待中，而而以中斷斷方式處處理的話話，CPU僅花費(fèi)0.1ms時(shí)間來處處理I/O設(shè)備發(fā)來來的中斷斷，其余余的59.99ms都可以用用來做別別的事情情。所以以中斷方方式比查查詢方式式節(jié)省CPU的時(shí)間。。2022/12/28向設(shè)備控制器發(fā)讀命令讀設(shè)備控制器的狀態(tài)檢查狀態(tài)從設(shè)備控制器中讀入字向存儲(chǔ)器中寫字傳送完成CPU->I/OCPU->內(nèi)存I/O->CPU出錯(cuò)I/O->CPU完成下條指令令未完成CPU做其他中斷2022/12/28中斷方式式的方法法是當(dāng)設(shè)設(shè)備完成成I/O操作后，，主動(dòng)向向CPU報(bào)告，CPU只用少量量時(shí)間處處理I/O中斷，并并將數(shù)據(jù)據(jù)取回。。在多道道程序中中的環(huán)境境下，一一個(gè)程序序或進(jìn)程程啟動(dòng)I/O設(shè)備并允允許中斷斷后，不不是自己己主動(dòng)去去執(zhí)行別別的程序序或繼續(xù)續(xù)執(zhí)行主主流程，，而是應(yīng)應(yīng)當(dāng)把自自己掛起起，控制制權(quán)交還還給進(jìn)程程調(diào)度程程序。在在中斷處處理程序序中，完完成指定定的I/O操作之后后應(yīng)把等等待此結(jié)結(jié)果的進(jìn)進(jìn)程喚醒醒，而后后由進(jìn)程程調(diào)度程程序在適適當(dāng)時(shí)機(jī)機(jī)把此進(jìn)進(jìn)程投入入運(yùn)行。。多道程程序下的的中斷處處理方式式如圖4-3所所示。2022/12/28某進(jìn)程其他進(jìn)程輸入中斷處理理中斷調(diào)度調(diào)度喚醒啟動(dòng)I/O并允許中斷阻塞等待處理輸入的數(shù)數(shù)據(jù)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)輸入處理喚醒等待進(jìn)程程恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)2022/12/28中斷處理方式式提高了主機(jī)機(jī)的利用率，，但是每次中中斷都要保存存現(xiàn)場(chǎng)信息，，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等等，仍占用CPU時(shí)間。在傳送送數(shù)據(jù)量大、、速度高的情情況下，中斷斷方式就不適適應(yīng)了。目前前在塊設(shè)備（（如磁盤）的的傳輸系統(tǒng)中中，都普遍采采用了直接內(nèi)內(nèi)存存取方式，即DMA方式。是指對(duì)I/O設(shè)備的控制由由DMA控制器完成，，在DMA控制器的作用用下，設(shè)備和和主存之間可可以成批地進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換換，而不用CPU的干涉。4．2．3直接內(nèi)存存取取方式2022/12/28DMA方式式控制制器器功功能能更更強(qiáng)強(qiáng)，，除除有有中中斷斷功功能能外外，，還還有有一一個(gè)個(gè)DMA控制制機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)。。在在DMA控制制器器的的控控制制下下，，設(shè)設(shè)備備同同主主存存之之間間可可成成批批交交換換數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，不不用用CPU干預(yù)預(yù)。。DMA控制制器器組組成成:2022/12/28DMA方式式直接接存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器存存取取控控制制方方式式的的步步驟驟:①當(dāng)當(dāng)進(jìn)進(jìn)程程要要求求設(shè)設(shè)備備輸輸入入一一批批數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)時(shí)，，CPU將設(shè)設(shè)備備存存放放輸輸入入數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的內(nèi)內(nèi)存存始始址址以以及及要要傳傳送送的的字字節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)分分別別送送入入DMA控制制器器中中的的地地址址寄寄存存器器和和傳傳送送字字節(jié)節(jié)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器；；另另外外，，還還要要將將中中斷斷位位和和啟啟動(dòng)動(dòng)位位置置為為1，，以以啟啟動(dòng)動(dòng)設(shè)設(shè)備備開開始始進(jìn)進(jìn)行行數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸入入并并允允許許中中斷斷。。②發(fā)發(fā)出出數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)要要求求的的進(jìn)進(jìn)程程進(jìn)進(jìn)入入等等待待狀狀態(tài)態(tài)，，進(jìn)進(jìn)程程調(diào)調(diào)度度程程序序調(diào)調(diào)度度其其他他進(jìn)進(jìn)程程占占據(jù)據(jù)CPU。。③輸入入設(shè)設(shè)備備不不斷斷地地挪挪用用CPU工作作周周期期，，將將數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)寄寄存存器器中中的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)源源源源不不斷斷地地寫寫入入內(nèi)內(nèi)存存，，直直到到所所要要求求的的字字節(jié)節(jié)全全部部傳傳送送完完畢畢。。④DMA控制器器在傳傳送字字節(jié)數(shù)數(shù)完成成時(shí)，，通過過中斷斷請(qǐng)求求線發(fā)發(fā)出中中斷信信號(hào)，，CPU收到中中斷信信號(hào)后后轉(zhuǎn)中中斷處處理程程序，，喚醒醒等待待輸入入完成成的進(jìn)進(jìn)程，，并返返回被被中斷斷的程程序。。⑤在在以后后的某某個(gè)時(shí)時(shí)刻，，進(jìn)程程調(diào)度度程序序選中中提出出請(qǐng)求求輸入入的進(jìn)進(jìn)程，，該進(jìn)進(jìn)程從從指定定的內(nèi)內(nèi)存始始址取取出數(shù)數(shù)據(jù)做做進(jìn)一一步處處理。。2022/12/28DMA方式有有以下下四個(gè)個(gè)特點(diǎn)點(diǎn)：（1））它是是高速速外圍圍設(shè)備備與內(nèi)內(nèi)存之之間成成批量量的數(shù)數(shù)據(jù)傳傳輸，，但是是不對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)據(jù)再做做加工工處理理，I/O操作類類型簡(jiǎn)簡(jiǎn)單；；（2））它需需要使使用一一個(gè)專專門的的硬件件DMA控制器器（DMAC））。DMAC內(nèi)有控控制寄寄存器器、狀狀態(tài)寄寄存器器、傳傳送字字?jǐn)?shù)計(jì)計(jì)數(shù)器器和內(nèi)內(nèi)存地地址寄寄存器器以及及數(shù)據(jù)據(jù)緩沖沖寄存存器；；2022/12/28（3）它采采用偷偷竊總總線控控制權(quán)權(quán)的方方法，，由DMAC送出內(nèi)內(nèi)存地地址和和發(fā)出出內(nèi)存存讀、、設(shè)備備寫或或者設(shè)設(shè)備讀讀、內(nèi)內(nèi)存寫寫的控控制信信號(hào)來來完成成內(nèi)存存與設(shè)設(shè)備之之間的的直接接數(shù)據(jù)據(jù)傳送送，而而不用用CPU干預(yù)。。有的的DMA傳送甚甚至不不經(jīng)過過DMAC內(nèi)的數(shù)數(shù)據(jù)緩緩沖寄寄存器器的再再吞吐吐，傳傳輸速速率非非常高高。（4））每傳傳送一一個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)并并不產(chǎn)產(chǎn)生中中斷，，只有有DMAC中的傳傳送字字?jǐn)?shù)計(jì)計(jì)數(shù)器器減1至0時(shí)，，也就就是本本次DMA傳送的的數(shù)據(jù)據(jù)全部部傳送送完畢畢時(shí)，，才產(chǎn)產(chǎn)生中中斷，，請(qǐng)求求CPU進(jìn)行結(jié)結(jié)束處處理。。2022/12/28DMA方式只只能完完成簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的的數(shù)據(jù)據(jù)傳送送、計(jì)計(jì)數(shù)、、內(nèi)存存地址址加1或減減1等等操作作，不不能滿滿足復(fù)復(fù)雜的的I/O操作要要求。。2022/12/28在大中中型計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)中，，普遍遍采用用的是是由專專用的的I/O處理機(jī)機(jī)來管管理外外設(shè)和和內(nèi)存存之間間的信信息交交換，，這就就是通通道技技術(shù)。。可以以把通通道看看成一一個(gè)比比DMAC功能更更強(qiáng)的的接口口設(shè)備備，或或者說說DMA方式是是我們們下面面將要要介紹紹的一一種稱稱之為為選擇擇通道道的簡(jiǎn)簡(jiǎn)易形形式。。2022/12/28DMA方方式與中中斷的主主要區(qū)別別中斷方式式是在數(shù)數(shù)據(jù)緩沖沖寄存區(qū)區(qū)滿后，，發(fā)中斷斷請(qǐng)求，，CPU進(jìn)行中斷斷處理DMA方式則是是在所要要求傳送送的數(shù)據(jù)據(jù)塊全部部傳送結(jié)結(jié)束時(shí)要要求CPU進(jìn)行中斷斷處理大大減少少了CPU進(jìn)行中斷斷處理的的次數(shù)中斷方式式的數(shù)據(jù)據(jù)傳送是是由CPU控制完成成的而DMA方式則是是在DMA控制器的的控制下下不經(jīng)過過CPU控制完成成的2022/12/28CPU向控制器發(fā)出出啟動(dòng)DMA通知和有關(guān)參參數(shù)控制器向內(nèi)存存發(fā)出詢問請(qǐng)請(qǐng)求訪問內(nèi)存（讀讀、寫）計(jì)數(shù)器減1結(jié)束否發(fā)中斷NYDMA的實(shí)現(xiàn)流程2022/12/28通道的引入是是為了建立獨(dú)獨(dú)立的I/O操作。它不僅僅要求數(shù)據(jù)傳傳送獨(dú)立于CPU，而且要求I/O操作的組織、、管理、結(jié)束束等也盡量獨(dú)獨(dú)立，以保證證CPU有更多的時(shí)間間從事計(jì)算。。這樣就可以以實(shí)現(xiàn)CPU計(jì)算和I/O操作的并行工工作。通道是一種硬硬件機(jī)構(gòu)，又又稱I/O處理機(jī)。因其其是專用，故故有很強(qiáng)的I/O處理能力。它它接受CPU的委托，獨(dú)立立地執(zhí)行自己己的通道程序序來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存存與外設(shè)之間間的數(shù)據(jù)傳輸輸。當(dāng)CPU委托的I/O任務(wù)完成后，，通道發(fā)出中中斷，請(qǐng)求CPU進(jìn)行結(jié)束處理理。4．2．4通道方式2022/12/282022/12/28根據(jù)信息交換換方式，通道道可分成：字節(jié)多路通道道、選擇通道道、成組多路路通道三種類型。1．通道分類類2022/12/28（1）字節(jié)多多路通道它適用于連接接打印機(jī)、終終端、卡片機(jī)機(jī)等低速或中中速的I/O設(shè)備，是按字字節(jié)交叉方式式工作的，這這種通道可以以連接8，16，32甚至更多的子子通道子通道所連接接的I/O設(shè)備以字節(jié)為為單位經(jīng)通道道與內(nèi)存交換換數(shù)據(jù)，一個(gè)個(gè)子通道傳送送一個(gè)字節(jié)后后，立即讓位位于另一個(gè)子子通道。由于字節(jié)通道道的速度較高高，而所連接接的主要是低低速I/O設(shè)備，因此，，一個(gè)字節(jié)通通道可以連接接很多這樣的的低速設(shè)備。。2022/12/282022/12/28選擇通道的的數(shù)據(jù)傳送送是按成批批的方式進(jìn)進(jìn)行的，故故傳送速率率很高。（2）選擇擇通道選擇通道2022/12/28它適用于連連接高速I/O設(shè)備，如磁磁帶、磁盤盤等。選擇擇通道只有有一個(gè)分配配型子通道道，即這個(gè)個(gè)子通道可可以連接多多臺(tái)設(shè)備，，但每次只只能把子通通道分配給給一臺(tái)設(shè)備備使用。一一旦分配給給某臺(tái)設(shè)備備，子通道道就被它獨(dú)獨(dú)占，即使使暫時(shí)出現(xiàn)現(xiàn)空閑，也也不允許其其他設(shè)備利利用該子通通道。直到到它被釋放放，再選擇擇另一臺(tái)設(shè)設(shè)備為其服服務(wù)。因此此選擇通道道的利用率率是很低的的。2022/12/28這種通道綜綜合了字節(jié)節(jié)多路通道道分時(shí)并行行工作和選選擇通道傳傳輸速率高高的特點(diǎn)。。它具有多多個(gè)非分配配型子通道道，每個(gè)子子通道連接接一臺(tái)中、、高速I/O設(shè)備，如：：磁帶、磁磁鼓、磁盤盤等，因而而通道所連連接的幾個(gè)個(gè)設(shè)備可以以并行工作作。每臺(tái)設(shè)設(shè)備的數(shù)據(jù)據(jù)傳送是按按成組方式式進(jìn)行的。。（3）成組組多路通道道2022/12/28它首首先先為為某某臺(tái)臺(tái)設(shè)設(shè)備備執(zhí)執(zhí)行行一一條條通通道道命命令令，，傳傳送送一一批批數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，然然后后再再選選擇擇另另一一臺(tái)臺(tái)設(shè)設(shè)備備執(zhí)執(zhí)行行另另一一條條通通道道命命令令，，即即幾幾臺(tái)臺(tái)設(shè)設(shè)備備的的通通道道程程序序都都在在同同時(shí)時(shí)執(zhí)執(zhí)行行中中；；但但任任何何時(shí)時(shí)刻刻，，通通道道只只能能為為一一臺(tái)臺(tái)設(shè)設(shè)備備的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸提提供供服服務(wù)務(wù)。。因因此此成成組組多多路路通通道道技技術(shù)術(shù)相相當(dāng)當(dāng)于于通通道道程程序序的的多多道道程程序序設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)技技術(shù)術(shù)。。存在在這這三三種種通通道道的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)的的各各硬硬件件的的連連接接關(guān)關(guān)系系如如圖圖4-5所所示示。。2022/12/28CPU字節(jié)節(jié)多多路路通通道道打印印機(jī)機(jī)1打印印機(jī)機(jī)2I/O控制制器器I/O控制制器器內(nèi)存存選擇擇通通道道成組組多多路路通通道道磁盤盤I/O控制制器器磁盤盤I/O控制制器器I/O控制制器器I/O控制制器器磁帶帶磁帶帶圖4-5通道道與與計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)各各硬硬件件的的關(guān)關(guān)系系2022/12/28通道道I/O操作作由由兩兩種種指指令令實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)控控制制，，即即CPU的I/O指令令和和通通道道本本身身提提供供的的通通道道命命令令字字CCW（（ChannelCommandWord））。。I/O指令令的的功功能能一一般般包包括括有有：：清清除除、、停停止止、、啟啟動(dòng)動(dòng)、、查查詢?cè)兊鹊裙δ苣?，，除除了了操操作作碼碼之之外外，，I/O指令令中中還還有有通通道道地地址址和和設(shè)設(shè)備備地地址址。。I/O指令令屬屬特特權(quán)權(quán)指指令令，，只只能能由由操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)使使用用。。CCW一般般有有讀讀、、寫寫、、查查詢?cè)儭?、控控制制和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移等等功功能能。。2．．通通道道的的工工作作方方式式2022/12/28系統(tǒng)程程序設(shè)設(shè)計(jì)人人員依依據(jù)驅(qū)驅(qū)動(dòng)設(shè)設(shè)備的的要求求，使使用CCW編寫的的程序序稱為為通道道程序序，不不同的的設(shè)備備有不不同的的通道道程序序。通道程程序存存放在在內(nèi)存存中，，由I/O指令啟啟動(dòng)執(zhí)執(zhí)行。。用戶戶請(qǐng)求求I/O時(shí)，CPU對(duì)通道道的通通信是是向通通道發(fā)發(fā)出查查詢、、啟動(dòng)動(dòng)和停停止通通道程程序工工作，，而通通道向向CPU的通信信則采采用中中斷方方式。。其執(zhí)執(zhí)行過過程如如圖4-6所示示。2022/12/28用戶I/O請(qǐng)求查詢?cè)O(shè)備忙忙閑？調(diào)用通道程程序執(zhí)行通道程程序I/O操作完成，，發(fā)中斷請(qǐng)請(qǐng)求CPU響應(yīng)中斷，，進(jìn)行結(jié)束束處理以I/O指令啟動(dòng)通通道結(jié)束通道工工作進(jìn)入設(shè)備請(qǐng)請(qǐng)求隊(duì)列，，等待忙不忙圖4-6通道程序的的執(zhí)行過程程2022/12/28通道有自己己的指令系系統(tǒng)，為了了與CPU的指令相區(qū)區(qū)別，通道道的指令被被稱為“通通道命令字字”。通道道命令字條條數(shù)不多，，主要涉及及控制、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移、讀、、寫及查詢?cè)兊裙δ?。。通道命令令字一般包包含有：被被交換數(shù)據(jù)據(jù)在內(nèi)存中中的位置、、傳輸方向向、數(shù)據(jù)塊塊長度以及及被控制的的I/O設(shè)備的地址址信息、特特征信息等等。圖給出出了IBM通道命令字字的格式。。2022/12/28若干通道命命令字構(gòu)成成一個(gè)“通通道程序””，它規(guī)定定了設(shè)備應(yīng)應(yīng)該執(zhí)行的的各種操作作和順序。。在CPU啟動(dòng)通道后后，由通道道執(zhí)行通道道程序，完完成CPU所交給的I/O任務(wù)。通常常，通道程程序存放在在通道自己己的存儲(chǔ)部部件里。當(dāng)當(dāng)通道中沒沒有存儲(chǔ)部部件時(shí)，就就存放在內(nèi)內(nèi)存儲(chǔ)器里里。這時(shí)，，為了使通通道能取到到通道程序序去執(zhí)行，，必須把存存放通道程程序的內(nèi)存存起始地址址告訴通道道。存放這這個(gè)起始地地址的內(nèi)存存固定單元元，被稱為為“通道地地址字”。。2022/12/28綜上所述，，在前三種種I/O控制方式中中，CPU直接對(duì)設(shè)備備控制器和和I/O接口編程，，可以簡(jiǎn)化化接口的設(shè)設(shè)計(jì)。對(duì)于非DMA傳送，需要要CPU實(shí)際去完成成數(shù)據(jù)傳送送。對(duì)于高高速數(shù)據(jù)傳傳送可以使使用DMA，但還是需要要CPU設(shè)置設(shè)備控控制器，初初始化DMA操作和操作作完畢去檢檢查端口傳傳送狀態(tài)。。而通道不同同于DMA控制器，它它能夠去取取和執(zhí)行它它自己的指指令；而而且這些指指令的功能能已不僅僅僅是數(shù)據(jù)傳傳送，還包包括檢索、、分支轉(zhuǎn)移移，甚至一一些簡(jiǎn)單的的算術(shù)、邏邏輯運(yùn)算。。2022/12/28大、中型計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)普遍用通通道方式去去控制設(shè)備備完成I/O操作，以提提高CPU與外設(shè)，外外設(shè)與外設(shè)設(shè)并行的程程度。一些些小型機(jī)和和絕大多數(shù)數(shù)微型機(jī)都都是以CPU直接控制設(shè)設(shè)備接口和和設(shè)備控制制器以查詢?cè)儭⒅袛嗷蚧駾MA方式完成I/O操作，以降降低系統(tǒng)造造價(jià)。2022/12/28緩沖的引引入原因因：可減少占占用通道道的時(shí)間間，從而而緩和““瓶頸””現(xiàn)象，，可以顯顯著提高高CPU、、通道、I/O設(shè)備之間間的并行行操作程程度。改善CPU和I/O設(shè)備之間間速度不不匹配的的情況。?？梢詼p少少I/O對(duì)CPU的中斷次次數(shù)，放放寬CPU對(duì)中斷響響應(yīng)時(shí)間間要求。。凡是數(shù)據(jù)據(jù)到達(dá)和和離去速速度不匹匹配的地地方均可可采用緩緩沖技術(shù)術(shù)。4.3.緩緩沖技技術(shù)2022/12/28緩沖有硬硬件緩沖沖和軟件件緩沖之之分。硬件緩沖沖是以專專用的寄寄存器作作為緩沖沖器。由由于經(jīng)濟(jì)濟(jì)上的考考慮，除除了在最最必要的的地方采采用少量量硬件緩緩沖器外外，大都都采用軟軟件技術(shù)術(shù)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)緩沖。。即在操操作系統(tǒng)統(tǒng)的管理理下，在在內(nèi)存中中劃出若若干個(gè)單單元作為為緩沖區(qū)區(qū)。軟件緩沖沖的好處處是易于于改變緩緩沖區(qū)的的大小和和數(shù)量，，缺點(diǎn)是是占據(jù)了了一部分分內(nèi)存空空間。2022/12/28根據(jù)緩沖沖區(qū)設(shè)置置個(gè)數(shù)的的多少，，緩沖區(qū)區(qū)有單緩緩沖、雙雙緩沖和和多重緩緩沖之分分。在只有一一個(gè)緩沖沖區(qū)的情情況下，，如果把把一批數(shù)數(shù)據(jù)讀入入并打印印出來，，事實(shí)上上，CPU和打印機(jī)機(jī)是完全全串行工工作的，，CPU將數(shù)據(jù)讀讀入緩沖沖區(qū)時(shí)打打印機(jī)是是空閑的的，打印印機(jī)工作作時(shí)，從從緩沖區(qū)區(qū)取出數(shù)數(shù)據(jù)打印印，CPU是空閑的的。2022/12/28如果有兩兩個(gè)緩沖沖區(qū)，就就可以先先讀入一一部分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)到緩緩沖區(qū)1，裝滿滿后在打打印緩沖沖區(qū)1中中的數(shù)據(jù)據(jù)的同時(shí)時(shí)，便向向緩沖區(qū)區(qū)2中讀讀入另一一部分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)。在在緩沖區(qū)區(qū)1中的的內(nèi)容打打印完畢畢，緩沖沖區(qū)2的的內(nèi)容也也輸入完完畢后，，然后進(jìn)進(jìn)行交換換，即打打印緩沖沖區(qū)2中中的同時(shí)時(shí)，又繼繼續(xù)向緩緩沖區(qū)1中讀入入數(shù)據(jù)。。此時(shí)CPU和打印機(jī)機(jī)已處于于并行工工作狀態(tài)態(tài)，I/O設(shè)備得到到充分利利用。2022/12/282022/12/28雖然在采用雙雙緩沖時(shí)，能能實(shí)現(xiàn)CPU和I/O操作并行化，，但在一般情情況下，并不不能獲得令人人滿意的CPU和I/O設(shè)備的并行操操作。由于CPU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高高于輸入和輸輸出的速度，，而使CPU經(jīng)常處于等待待狀態(tài)。2022/12/28這時(shí)，為了獲獲得良好的并并行操作，就就需要設(shè)置多多個(gè)緩沖區(qū)，，稱之為多重重緩沖。例如如，由于打印機(jī)輸出數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，若CPU輸出的數(shù)據(jù)又又多又快，可可能很快占滿滿緩沖區(qū)，只只有等打印機(jī)機(jī)打印輸出完完畢，緩沖區(qū)區(qū)空了，CPU才能進(jìn)行第二二次輸出，設(shè)設(shè)置多個(gè)緩沖沖區(qū)，可使這這種情況得到到改善，CPU和設(shè)備的利用用率、并行度度都將有所提提高。緩沖區(qū)區(qū)究竟開辟多多大、多少為為好，要根據(jù)據(jù)CPU、設(shè)備、內(nèi)存容容量等具體情情況來考慮。。另外，根據(jù)設(shè)設(shè)置緩沖區(qū)的的從屬關(guān)系，，還可以分為為專用緩沖區(qū)區(qū)和緩沖池。。2022/12/28專用緩沖區(qū)是是每個(gè)設(shè)備的的專用資源，，當(dāng)系統(tǒng)配置置的設(shè)備比較較多時(shí)，即便便每一個(gè)設(shè)備備只配置一個(gè)個(gè)緩沖區(qū)，那那么累積起來來其內(nèi)存開銷銷也十分可觀觀。另外，專專用緩沖區(qū)的的利用率也不不高。把系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)的緩沖區(qū)區(qū)統(tǒng)一管理起起來，變專用用為通用，這這就是緩沖池池，它由若干干個(gè)大小相同同緩沖區(qū)組成成。2022/12/28當(dāng)某進(jìn)進(jìn)程需需要使使用緩緩沖區(qū)區(qū)時(shí)，，提出出申請(qǐng)請(qǐng)，由由管理理程序序分配配給它它，用用完后后，釋釋放緩緩沖區(qū)區(qū)。這這樣可可用少少量的的緩沖沖區(qū)為為更多多的進(jìn)進(jìn)程服服務(wù)，，當(dāng)然然這需需要一一個(gè)緩緩沖區(qū)區(qū)管理理軟件件的支支持。。在分分時(shí)系系統(tǒng)中中常采采用緩緩沖池池方式式。2022/12/28補(bǔ)充：其其它技技術(shù)1總線線技術(shù)2USB技術(shù)3SCSI接口技術(shù)術(shù)4即插插即用技技術(shù)5網(wǎng)絡(luò)絡(luò)I/O設(shè)備2022/12/28新一代計(jì)計(jì)算機(jī)出出現(xiàn)，帶帶來了總總線技術(shù)術(shù)的更新新1、總線線的基本概概念：在計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)各種子子系統(tǒng)，，如CPU、、內(nèi)存、I/O設(shè)備等之之間，構(gòu)構(gòu)建公用用的信號(hào)號(hào)或數(shù)據(jù)據(jù)傳輸通通道這種可共共享的傳傳輸通道道稱為總線1總線線技術(shù)2022/12/28總線的分分類CPU-內(nèi)存總線線I/O總線數(shù)據(jù)總線線地址總線線控制總線線（非本課課程范圍圍）2、總線線的分類類2022/12/28微型計(jì)算算機(jī)總線的種種類和發(fā)發(fā)展PC／XT總線ISA總線MCA總線EISA總線VESA總線

PCI總線USB總線…...(過時(shí))1394總線SCSI總線2022/12/28ISA（工業(yè)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)））ISA基于PC／AT總線，是由IEEE（美國電氣電子子工程師協(xié)會(huì)會(huì)）1987年正式確立立的標(biāo)準(zhǔn)。ISA槽是一個(gè)黑色色的62＋36線插槽。。ISA工作頻率定在在8.33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率為為8.33MB／s。隨著系統(tǒng)工作作頻率的迅速速提高，其配配用的擴(kuò)展卡卡也逐漸被淘淘汰，現(xiàn)在最最新的主板已已開始取消ISA槽。2022/12/28PCI（外外圍部件互連連）1993年Intel發(fā)表PCI2.0版，PCI開始走進(jìn)主板板。PCI有32位和64位兩種，，32位PCI槽124線，，64位槽188線，目目前常用的是是32位插槽槽。PCI槽的時(shí)鐘頻率率為33.3MHz，32位PCI的數(shù)據(jù)傳輸率率為133MB／s，大大高于ISA。所以PCI問世后迅速成成了擴(kuò)展總線線的主流，流流行的擴(kuò)展卡卡也都轉(zhuǎn)移到到PCI上，如顯示卡卡、聲卡、網(wǎng)網(wǎng)卡、MODEM卡等等。2022/12/28AGP（加加速圖形端端口）1996年年Intel公司在PCI的基礎(chǔ)上專專為顯示卡卡接口提出出AGP標(biāo)準(zhǔn)。AGP使用32位位數(shù)據(jù)總線線，工作頻頻率為66.6MHzAGP1x的數(shù)據(jù)傳輸輸率可達(dá)266MB/s，，AGP2x在一個(gè)時(shí)鐘鐘周期的上上升沿和下下降沿各傳傳輸一次資資料，其數(shù)數(shù)據(jù)傳輸率率可達(dá)到533MB／s，，而AGP4x的理論傳輸輸率為1.066GB／s。。2022/12/28IEEE1394IEEE1394是1995年由IEEE將APPLE公司高速串串行總線““FIREWIRE”標(biāo)準(zhǔn)化而成成，目前還還在發(fā)展中中。IEEE1394適用于聲音音、圖像和和視頻多媒媒體產(chǎn)品、、高速打印印機(jī)和掃描描儀產(chǎn)品、、硬盤等存存儲(chǔ)設(shè)備、、數(shù)碼攝影影機(jī)、顯示示器和影音音錄放設(shè)備備等。2022/12/28IEEE1394的特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳傳輸率分三三種：100Mbps、、200Mbps和400Mbps,IEEE1394商業(yè)聯(lián)盟計(jì)計(jì)劃將它提提高到800Mbps、、1Gbps和1.6Gbps；；支持同步模模式傳輸,可實(shí)現(xiàn)““準(zhǔn)實(shí)時(shí)””的多媒體體數(shù)據(jù)傳輸輸；連接方便，，易于擴(kuò)展展，不必設(shè)設(shè)定標(biāo)識(shí)號(hào)號(hào)和連接終終端負(fù)載，，可采用菊菊花鏈或樹樹形方式連連接，所有有連接的設(shè)設(shè)備是平等等關(guān)系，不不用個(gè)人計(jì)計(jì)算機(jī)介入入也可形成成系統(tǒng)，支支持熱插拔拔；2022/12/28單根線纜最最長為4.5米，最最大可進(jìn)行行15級(jí)級(jí)級(jí)聯(lián)，連接接最大距離離為72米米；采用6股銅銅芯線纜，，兩股用于于供電，另另外四股分分為兩對(duì)雙雙絞線，接接頭小巧耐耐用。2022/12/28USB（UniversalSerialBus））通用串行總總線一種連接I/O串行設(shè)備的的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)USB是以Intel為主并有Compaq、MicroSoft、、IBM、、DEC、、NEC、、NorthernTelecom7家公司共同同制定的串串行接口規(guī)規(guī)格。USB接口適用于于低、中速速的外圍設(shè)設(shè)備如鍵盤盤、鼠標(biāo)、、打印機(jī)、、數(shù)碼相機(jī)機(jī)、調(diào)制解解調(diào)器、掃掃描儀等。。2USB技術(shù)2022/12/28USB設(shè)備的分類USB設(shè)備分為兩類類：（1）USB集線器：本身身可再接其他他USB外圍設(shè)備（2）USB設(shè)備：連接在在計(jì)算機(jī)上用用來完成特定定功能并符合合USB規(guī)范的I/O設(shè)備單元，如如鼠標(biāo)、鍵盤盤等2022/12/28USB的傳輸輸方式4種不同的數(shù)數(shù)據(jù)傳輸方式式：（1）等時(shí)傳傳輸方式以固定的傳輸輸速率，連續(xù)續(xù)不斷傳輸數(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)生錯(cuò)錯(cuò)誤時(shí)，USB不處理，而是是繼續(xù)傳送新新的數(shù)據(jù)。用用于需要連續(xù)續(xù)傳輸，且對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)的正確確性要求不高高而對(duì)時(shí)間極極為敏感的外外部設(shè)備，如如麥克風(fēng)、音音箱以及電話話等（2）中斷傳傳輸方式該方式傳送的的數(shù)據(jù)量很小小，但這些數(shù)數(shù)據(jù)需要及時(shí)時(shí)處理，以達(dá)達(dá)到實(shí)時(shí)效果果，此方式主主要用在鍵盤盤、鼠標(biāo)以及及游戲手柄等等外部設(shè)備上上2022/12/28（3）控制傳傳輸方式處理器與USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳傳輸，包括設(shè)設(shè)備控制指令令、設(shè)備狀態(tài)態(tài)查詢及確認(rèn)認(rèn)命令。當(dāng)USB設(shè)備收到這些些數(shù)據(jù)和命令令后將按照先先進(jìn)先出的原原則按隊(duì)列方方式處理到達(dá)達(dá)的數(shù)據(jù)（4）批傳輸輸方式用來傳輸要求求正確無誤的的數(shù)據(jù)。通常常打印機(jī)、掃掃描儀和數(shù)碼碼相機(jī)以這種種方式與主機(jī)機(jī)連接除等時(shí)傳輸方方式外，其他他3種方式在在數(shù)據(jù)傳輸發(fā)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，，都會(huì)試圖重重新發(fā)送數(shù)據(jù)據(jù)以保證其準(zhǔn)準(zhǔn)確性2022/12/28USB的特特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸具有有1.5Mbps和12Mbps兩種方式；連接方便，易易于擴(kuò)展，可可使用集線器器進(jìn)行樹形連連接，連接的的設(shè)備最多可可達(dá)6層127個(gè)，支持持熱插拔；連接的設(shè)備之之間不是平等等關(guān)系而是親親子關(guān)系，上上下游的關(guān)系系明確，對(duì)上上和對(duì)下的電電纜插頭不一一樣，而且必必須用個(gè)人計(jì)計(jì)算機(jī)作為主主設(shè)備，各個(gè)個(gè)分設(shè)備只能能同主設(shè)備進(jìn)進(jìn)行通信并受受主設(shè)備的控控制；2022/12/28單根線纜最長長為5米；采用4股銅芯芯線纜，兩股股用于供電，，直接由主板板提供＋5V電源，另外二二股為信號(hào)線線。USB2.0規(guī)范將最高速速率提高到480Mbps2022/12/283SCSI接口技術(shù)小型計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)接口（SmallComputerSystemInterface）最早研制于1979年，，原是為小型型機(jī)的研制出出的一種接口口技術(shù)，但隨隨著電腦技術(shù)術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)現(xiàn)在它被完全全移植到了普普通微機(jī)上。。2022/12/28在計(jì)算機(jī)外部部設(shè)備，尤其其是存儲(chǔ)設(shè)備備的接口方面面SCSI接口和IDE接口一直是飛飛速發(fā)展的兩兩大陣營。IDE接口價(jià)格低廉廉，兼容性好好，主板的BIOS能夠支持，使使用方便，長長期以來的不不斷改進(jìn)，使使其性能也有有了長足的進(jìn)進(jìn)步，傳輸速速率現(xiàn)已達(dá)到到66MB/S。SCSI接口從技術(shù)和和性能上說，，其始終擁有有著頂級(jí)設(shè)備備的特征。2022/12/28IDE接口在PC機(jī)上擁有絕大大多數(shù)的市場(chǎng)場(chǎng)份額SCSI接口卻以其優(yōu)優(yōu)異的性能成成為高端電腦腦市場(chǎng)的絕佳佳選擇。二者的區(qū)別主主要在于：IDE的工作方式需需要CPU的全程參與SCSI接口則完全通通過獨(dú)立的高高速的SCSI卡來控制數(shù)據(jù)據(jù)的讀寫操作作2022/12/28優(yōu)缺點(diǎn)SCSI接口優(yōu)點(diǎn)：1.適應(yīng)面面廣，在一塊塊SCSI控制卡上就可可以同時(shí)掛接接15個(gè)設(shè)備備2.高性能能（具有很多多任務(wù)、寬帶帶寬及少CPU占用率等特點(diǎn)點(diǎn)）3.具有外外置和內(nèi)置兩兩種SCSI接口缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴、安安裝復(fù)雜2022/12/28PlugandPlay計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)I/O設(shè)備備與與部部件件配配置置的的應(yīng)應(yīng)用用技技術(shù)術(shù)顧名名思思義義：：插入入就就可可用用，，不不需需要要進(jìn)進(jìn)行行任任何何設(shè)設(shè)置置操操作作4即即插插即即用用技技術(shù)術(shù)2022/12/28由于一個(gè)個(gè)系統(tǒng)可可以配置置多種外外部設(shè)備備，設(shè)備備也經(jīng)常常變動(dòng)和和更換，，它們都都要占有有一定的的系統(tǒng)資資源，彼彼此間在在硬件和和軟件上上可能會(huì)會(huì)產(chǎn)生沖沖突。因因此在系系統(tǒng)中要要正確地地對(duì)它們們進(jìn)行配配置和資資源匹配配；當(dāng)設(shè)設(shè)備撤除除、添置置和進(jìn)行行系統(tǒng)升升級(jí)時(shí)，，配置過過程往往往是一個(gè)個(gè)困難的的過程PnP技術(shù)術(shù)的產(chǎn)產(chǎn)生2022/12/28（1））支持持I/O設(shè)備及及部件件的自自動(dòng)配配置，，使用用戶能能夠簡(jiǎn)簡(jiǎn)單方方便地地使用用系統(tǒng)統(tǒng)擴(kuò)充充設(shè)備備（2））減少少由制制造商商裝入入的種種種用用戶支支持和和限制制，簡(jiǎn)簡(jiǎn)化部部件的的硬件件跳接接設(shè)置置，使使I/O附加卡卡和部部件不不再具具有人人工跳跳接線線設(shè)置置電路路PnP技術(shù)術(shù)的特特點(diǎn)2022/12/28（3）在主主機(jī)板和附附加卡上保保存系統(tǒng)資資源的配置置參數(shù)和分分配狀態(tài)，，有利于系系統(tǒng)對(duì)整個(gè)個(gè)I/O資源的分配配和控制（4）支持持和兼容各各種操作系系統(tǒng)平臺(tái)，，具有很強(qiáng)強(qiáng)的擴(kuò)展性性和可移植植性。（5）在一一定程度上上具有“熱熱插入”、、“熱拼接接”技術(shù)2022/12/285網(wǎng)絡(luò)I/O設(shè)備典型網(wǎng)絡(luò)I/O設(shè)備——網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)打印以往的打印印模式打印機(jī)連接接到網(wǎng)上PC上，或連到到文件服務(wù)務(wù)器上，提提供網(wǎng)絡(luò)打打印服務(wù)新的網(wǎng)絡(luò)打打印采用網(wǎng)絡(luò)打打印服務(wù)器器技術(shù)，打打印機(jī)直接接上網(wǎng)任何數(shù)據(jù)直直接送到網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)機(jī)輸出2022/12/28打印服務(wù)器器還能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)絡(luò)自動(dòng)切換換：不同網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中中的用戶都都可以直接接向同一臺(tái)臺(tái)打印機(jī)發(fā)發(fā)送打印作作業(yè)，打印印服務(wù)器會(huì)會(huì)自動(dòng)識(shí)別別較強(qiáng)的打印印管理功能能：可以管管理網(wǎng)絡(luò)打打印驅(qū)動(dòng)，，而且容易易安裝和管管理；可以以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程登錄訪問問，進(jìn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)程打印機(jī)機(jī)管理提高工作效效率分布式的環(huán)環(huán)境設(shè)置：：可以安裝裝在網(wǎng)絡(luò)的的任何地方方，這種打打印服務(wù)方方式，就顯顯得更加靈靈活和滿足足需要2022/12/28設(shè)備備分分配配的的任任務(wù)務(wù)是是按按照照一一定定的的算算法法將將設(shè)設(shè)備備及及有有關(guān)關(guān)資資源源分分配配給給申申請(qǐng)請(qǐng)者者進(jìn)進(jìn)程程。。除分分配配設(shè)設(shè)備備外外，，有有些些設(shè)設(shè)備備還還要要分分配配緩緩沖沖區(qū)區(qū)、、控控制制器器和和通通道道。。為了了提提高高系系統(tǒng)統(tǒng)的的適適應(yīng)應(yīng)性性和和均均衡衡性性，，應(yīng)應(yīng)考考慮慮設(shè)設(shè)備備的的獨(dú)獨(dú)立立性性，，即即不不能能因因物物理理設(shè)設(shè)備備的的更更換換而而影影響響用用戶戶程程序序的的正正常常進(jìn)進(jìn)行行。。最后后還還必必須須考考慮慮系系統(tǒng)統(tǒng)的的安安全全性性，，設(shè)設(shè)備備分分配配不不能能導(dǎo)導(dǎo)致致死死鎖鎖現(xiàn)現(xiàn)象象的的發(fā)發(fā)生生。。4.4.設(shè)設(shè)備備分分配配2022/12/28在系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，要要求求設(shè)設(shè)備備的的進(jìn)進(jìn)程程總總是是多多于于設(shè)設(shè)備備，，這這樣樣，，造造成成多多個(gè)個(gè)進(jìn)進(jìn)程程競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)同同一一個(gè)個(gè)設(shè)設(shè)備備的的情情況況，，也也就就是是有有多多個(gè)個(gè)進(jìn)進(jìn)程程等等待待設(shè)設(shè)備備，，于于是是就就有有了了設(shè)設(shè)備備的的分分配配和和調(diào)調(diào)度度問問題題，，或或者者說說設(shè)設(shè)備備的的分分配配策策略略問問題題。。4．4．1設(shè)備備分分配配策策略略2022/12/28按照資源分配配的觀點(diǎn)，可可把設(shè)備分成成獨(dú)占設(shè)備、、共享設(shè)備和和虛擬設(shè)備三三類。獨(dú)占設(shè)備是指指這類設(shè)備被被分配給作業(yè)業(yè)后，為作業(yè)業(yè)所獨(dú)占使用用，不能為幾幾個(gè)作業(yè)同時(shí)時(shí)使用。大多多數(shù)低速設(shè)備備如：打印機(jī)機(jī)、繪圖儀等等均屬此類設(shè)設(shè)備。共享設(shè)備是指指允許多個(gè)用用戶同時(shí)共同同使用的設(shè)備備。例如磁盤盤、磁鼓等設(shè)設(shè)備，可由多多個(gè)進(jìn)程同時(shí)時(shí)進(jìn)行訪問。。虛擬設(shè)備是指指通過Spooling技術(shù)把獨(dú)占設(shè)設(shè)備變?yōu)榭捎捎啥鄠€(gè)用戶共共享的設(shè)備，，以提高獨(dú)占占設(shè)備的利用用率，Spooling技術(shù)把一臺(tái)共共享設(shè)備模擬擬成獨(dú)占設(shè)備備，從而使獨(dú)獨(dú)占設(shè)備能為為多個(gè)用戶共共享。設(shè)備類型不同同，設(shè)備的分分配策略也不不同。2022/12/28獨(dú)占設(shè)設(shè)備的的分配配策略略在一一般情情況下下，按按照先來先先服務(wù)務(wù)的原則則進(jìn)行行。在具有有優(yōu)先先級(jí)作作業(yè)調(diào)調(diào)度的的系統(tǒng)統(tǒng)中，，需考考慮優(yōu)優(yōu)先級(jí)級(jí)的因因素。。但不管管是什什么算算法分分配設(shè)設(shè)備，，都應(yīng)應(yīng)考慮慮死鎖鎖問題題，因因?yàn)樵O(shè)設(shè)備分分配往往往是是產(chǎn)生生死鎖鎖的主主要原原因。。尤其其是獨(dú)獨(dú)占設(shè)設(shè)備，，它本本身的的性質(zhì)質(zhì)已是是構(gòu)成成死鎖鎖的必必要條條件之之一，，所以以在考考慮獨(dú)獨(dú)占設(shè)設(shè)備的的分配配算法法時(shí)，，應(yīng)結(jié)結(jié)合有有關(guān)的的防止止死鎖鎖和避避免死死鎖的的算法法。1．獨(dú)獨(dú)占設(shè)設(shè)備的的分配配策略略2022/12/28隨著用用戶處處理的的信息息量的的越來來越大大，一一般將將各種種數(shù)據(jù)據(jù)以文文件的的形式式存放放在磁磁盤或或磁鼓鼓等共共享設(shè)設(shè)備上上，以以便進(jìn)進(jìn)行訪訪問。。特別別在多多道程程序系系統(tǒng)中中，用用戶對(duì)對(duì)磁盤盤和磁磁鼓等等設(shè)備備的訪訪問是是十分分頻繁繁的，，因此此對(duì)磁磁盤或或磁鼓鼓等設(shè)設(shè)備的的使用用是否否適當(dāng)當(dāng)，直直接影影響著著系統(tǒng)統(tǒng)的效效率。。2．共共享設(shè)設(shè)備的的分配配和磁磁盤調(diào)調(diào)度策策略2022/12/28由于磁磁盤、、磁鼓鼓等共共享設(shè)設(shè)備，，可讓讓多個(gè)個(gè)作業(yè)業(yè)同時(shí)時(shí)使用用，所所以一一般不不必進(jìn)進(jìn)行分分配。。（1））磁盤盤的結(jié)結(jié)構(gòu)磁盤機(jī)機(jī)是一一種高高速、、大容容量、、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型的的存儲(chǔ)儲(chǔ)設(shè)備備，它它能把把信息息記錄錄在盤盤片上上，也也能把把盤片片上的的信息息讀出出。每每個(gè)盤盤片有有正反反兩面面，若若干張張盤片片可以以組成成一個(gè)個(gè)盤組組。一一個(gè)盤盤組中中的盤盤片都都被固固定在在一個(gè)個(gè)軸上上，沿沿著一一個(gè)方方向高高速旋旋轉(zhuǎn)。。2022/12/28●每個(gè)盤盤面有有一個(gè)個(gè)讀寫寫磁頭頭，所所有的的讀寫寫磁頭頭被固固定在在惟一一的移移動(dòng)臂臂上同同時(shí)移移動(dòng)，，把所所有的的讀寫寫磁頭頭按從從上到到下的的次序序從0開始始進(jìn)行行編號(hào)號(hào)，稱稱為““磁頭頭號(hào)””?！衩總€(gè)盤盤面上上有許許多磁磁道，，從0開始始按由由外向向里的的次序序順序序編號(hào)號(hào)，不不同盤盤面上上具有有相同同編號(hào)號(hào)的磁磁道在在同一一個(gè)柱柱面上上，把把盤面面上的的磁道道號(hào)稱稱為““柱面面號(hào)””。●移動(dòng)臂臂可以以帶動(dòng)動(dòng)讀寫寫磁頭頭訪問問所有有的磁磁道，，當(dāng)移移動(dòng)臂臂移動(dòng)動(dòng)到某某一位位置時(shí)時(shí)，所所有的的讀寫寫磁頭頭都在在同一一柱面面上，，每次次只有有其中中的一一個(gè)磁磁頭可可以進(jìn)進(jìn)行讀讀或?qū)憣懙牟俨僮?。?022/12/28●在磁盤盤初始始化時(shí)時(shí)把每每個(gè)盤盤面劃劃分成成相等等數(shù)量量的扇扇區(qū)，，按磁磁盤旋旋轉(zhuǎn)的的反向向從0開開始給給各扇扇區(qū)編編號(hào)，，稱為為扇區(qū)區(qū)號(hào)。?！衩總€(gè)扇扇區(qū)的的各磁磁道上上均可可存放放相等等數(shù)量量的字字符，，我們們稱它它為““塊””，塊塊是信信息讀讀寫的的最小小單位位?！褚_定定一個(gè)個(gè)塊所所在的的位置置必須須給出出三個(gè)個(gè)參數(shù)數(shù)：柱柱面號(hào)號(hào)、磁磁頭號(hào)號(hào)、扇扇區(qū)號(hào)號(hào)。磁磁盤的的結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖圖所示示。2022/12/282022/12/28●啟動(dòng)動(dòng)磁磁盤盤執(zhí)執(zhí)行行輸輸入入輸輸出出操操作作時(shí)時(shí)，，要要把把移移動(dòng)動(dòng)臂臂移移動(dòng)動(dòng)到到指指定定的的柱柱面面，，再再等等待待指指定定的的扇扇區(qū)區(qū)旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到到磁磁頭頭位位置置下下，，然然后后讓讓指指定定的的磁磁頭頭進(jìn)進(jìn)行行讀讀寫寫，，完完成成信信息息傳傳送送。。因因此此，，執(zhí)執(zhí)行行一一次次輸輸入入輸輸出出所所花花的的時(shí)時(shí)間間有有：：尋找時(shí)間間——磁頭頭在移動(dòng)動(dòng)臂帶動(dòng)動(dòng)下移動(dòng)動(dòng)到指定定柱面所所花的時(shí)時(shí)間。（（Seek）延遲時(shí)間間(Delay)———指定扇區(qū)區(qū)旋轉(zhuǎn)到到磁頭下下所需的的時(shí)間。。傳送時(shí)間間——由磁磁頭進(jìn)行行讀寫完完成信息息傳送的的時(shí)間。。其中傳傳送信息息所花的的時(shí)間是是硬件設(shè)設(shè)計(jì)就固固定的，，而尋找找時(shí)間和和延遲時(shí)時(shí)間是與與信息在在磁盤上上的位置置有關(guān)。。是訪問問磁盤的的操作時(shí)時(shí)間示意意。2022/12/282022/12/28●各磁盤塊的的編號(hào)按柱柱面順序（（從0號(hào)柱柱面開始）），每個(gè)柱柱面按磁道道順序，每每個(gè)磁道又又按扇區(qū)順順序進(jìn)行排排序。假定定用t表示每個(gè)柱柱面上的磁磁道數(shù)，用用s表示每個(gè)盤盤面上的扇扇區(qū)數(shù)，則則第i柱面，j磁頭，k扇區(qū)所對(duì)應(yīng)應(yīng)的塊號(hào)b可有如下公公式確定：：b=k＋S*（j＋i*t））2022/12/28同樣地，根根據(jù)塊號(hào)也也可確定該該塊在磁盤盤上的位置置。在上述述的假定下下，每個(gè)柱柱面上有s*t個(gè)磁盤塊，，為了計(jì)算算第P塊在磁盤上上的位置，，可以令D=s*t，設(shè)M＝[P／／D]，N=PmodD。第P塊在磁盤上上的位置為為：柱面號(hào)=M磁頭號(hào)=[N／S]扇區(qū)號(hào)=NmodS2022/12/28磁盤的調(diào)度度策略有很很多，在制制訂調(diào)度策策略時(shí)，主主要考慮三三個(gè)方面：：吞吐量、、平均響應(yīng)應(yīng)時(shí)間和響響應(yīng)時(shí)間的的變化幅度度等。根據(jù)這三個(gè)個(gè)方面，當(dāng)當(dāng)前使用比比較普遍的的查找操作作的策略有有如下四種種：（2）磁盤盤查找操作作的調(diào)度策策略2022/12/28各進(jìn)程對(duì)磁磁盤請(qǐng)求的的等待隊(duì)列列按提出請(qǐng)請(qǐng)求的時(shí)間間進(jìn)行排序序，并按次次序給予服服務(wù)。這個(gè)個(gè)策略對(duì)各各進(jìn)程是公公平的，它它也不管進(jìn)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)級(jí)有多高，，只要是新新來到的訪訪問請(qǐng)求，，就被排在在隊(duì)尾。1）先來先先服務(wù)策略略：2022/12/28例如如，，如如果果現(xiàn)現(xiàn)在在讀讀寫寫磁磁頭頭正正在在53號(hào)號(hào)柱柱面面上上執(zhí)執(zhí)行行輸輸入入輸輸出出操操作作，，而而等等待待訪訪問問者者依依次次要要訪訪問問的的柱柱面面為為98，，183，，37，，122，，14，，124，，65，，67。。那那么么，，當(dāng)當(dāng)53號(hào)號(hào)柱柱面面上上的的操操作作結(jié)結(jié)束束后后，，移移動(dòng)動(dòng)臂臂將將按按請(qǐng)請(qǐng)求求的的先先后后次次序序先先移移到到98號(hào)號(hào)往往面面，，最最后后到到達(dá)達(dá)67號(hào)號(hào)柱柱面面，，如如下下頁頁圖圖所所示示。。其相相應(yīng)應(yīng)的的臂臂的的總總移移動(dòng)動(dòng)量量為為：：（98-53））+（（183-98））+（（183-37））+（（122-37））+（（122-14））+（（124-14））+（（124-65））+（