知識點

1.I/O系統的組成

2.I/O系統的軟體層次

  ①中斷處理過程

  ②I/O控制方式

  ③緩衝管理、裝置分配、裝置處理

3.磁碟排程

 

 I/O系統的主要功能：

1.隱藏物理裝置細節，方便使用者 使用者使用抽象的I/O命令即可

2.實現裝置無關性，方便使用者 使用者可用抽象的邏輯裝置名來使用裝置，同時也提高了OS的可移植性和易適應性。

3.提高處理機和裝置的並行性，提高利用率：緩衝區管理

4.對I/O裝置進行控制：控制方式、裝置分配、裝置處理

5.確保對裝置正確共享：虛擬裝置及裝置獨立性等

6.錯誤處理

 

I/O系統的組成

1.需要用於輸入、輸出和儲存資訊的裝置；

2.需要相應的裝置控制器；

3.控制器與CPU連線的高速匯流排；

4.有的大中型計算機系統，配置I/O通道；

 

中斷處理流程

1.測定是否有未響應的中斷訊號

2.保護被中斷程序的CPU環境

3.轉入相應的裝置處理程式

4.中斷處理

5.恢復CPU的現場

 

直接儲存器訪問DMA 方式特點：

1.資料傳輸的基本單位是資料塊；

2.所傳送的資料是從裝置直接送入記憶體的，或者直接從記憶體進裝置；不需要CPU操作。

3.CPU干預進一步減少：僅在傳送一個或多個數據塊的開始和結束時，才需CPU干預，整塊資料的傳送是在控制器的控制下完成的。     

 

DMA控制器的組成

1.主機與DMA控制器的介面；

2.DMA控制器與塊裝置的介面；

3.I/O控制邏輯。

 

DMA工作過程

1.CPU先向磁碟控制器傳送一條讀命令。

2.該命令被送到命令暫存器CR中。

3.同時傳送資料讀入到記憶體的起始地址，該地址被送入MAR中；

4.要讀資料的字數則送入資料計數器DC中；

5.將磁碟中的資料原地址直接送入DMA控制器的I/O控制邏輯上，按裝置狀態啟動磁頭到相應位置。

6.啟動DMA控制器控制邏輯開始進行資料傳送

  ①DMA控制器讀入一個數據到資料暫存器DR中，然後傳到記憶體MAR地址中；

  ②接著MAR+1,DC-1，判斷DC是否為0,如否，繼續，反之控制器發中斷請求，傳送完畢。

 

SPOOLing系統的組成

1.輸入井和輸出井

2.輸入緩衝區和輸出緩衝區

3.輸入程序和輸出程序

 

SPOOLing系統的特點

1.提高了I/O的速度。利用輸入輸出井模擬成離線輸入輸出，緩和了CPU和I/O裝置速度不匹配的矛盾。

2.將獨佔裝置改造為共享裝置。並沒有為程序分配裝置，而是為程序分配一儲存區和建立一張I/O請求表。

3.最終，實現了虛擬裝置功能。多個程序可“同時”使用一臺獨佔裝置。

 

引入緩衝區的主要原因：

1.緩和CPU與I/O裝置間速度不匹配的矛盾。

2.緩衝區資料成批傳入記憶體，也可進一步減少對CPU的中斷頻率

3.最終目的：提高CPU和I/O裝置的並行性。

 

使用緩衝區的方式：

1.單緩衝、多緩衝

2.迴圈緩衝

3.緩衝池（Buffer Pool）

 

磁碟排程方法

1.FCFS

2.最短尋道時間優先SSTF

3.掃描演算法SCAN（磁碟電梯排程演算法）

  ①迴圈掃描演算法CSCAN

  ②N-Step-SCAN演算法

  ③FSCAN演算法

 

訪問磁碟過程

1.CPU給出地址，需要訪問某儲存單元；

2.並行進行TLB查詢和cache查詢；

3.TLB查詢後申明沒有找到；

4.停止並行查詢，並通知作業系統處理；

5.作業系統檢查頁表，發現該頁不在記憶體中，需要從硬碟調入。

 

虛擬裝置是指：

通過虛擬技術將一臺獨佔裝置改造成若干臺邏輯裝置，供若干個使用者程序同時使用。

 

按資訊交換單位分類，可將裝置分為：

塊裝置和字元裝置

 

通道是：

一種負責I/O的處理機。

 

位元組多路通道主要用作：

連線大量的低速I/O裝置。

 

從資源分配的角度看，作業系統將外部裝置分為：

獨佔型裝置、共享型裝置、虛擬裝置。

 

根據資訊交換方式的不同，可以將通道分為：

位元組多路通道、資料選擇通道、資料多路通道。

 

裝置獨佔性是指：

應用程式獨立於具體使用的物理裝置。

 

緩衝技術中的緩衝池在：主存中。

 

進行裝置分配時所需要的資料表格主要有：

裝置控制表、裝置控制器控制表、通道控制表和系統裝置表。

 

大多數低速裝置都屬於：獨享裝置。

 

Spooling系統是由：

磁碟中的輸入井和輸出井、記憶體中的輸入緩衝區和輸出緩衝區以及輸入程序和輸出程序組成。

 

裝置與記憶體之間的傳輸方式有：

程式直接控制方式、中斷控制方式、通道控制方式和DMA控制方式，其中通道方式佔用CPU時間最短。

 

Spooling技術是指：

在共享裝置上模擬獨佔裝置。由預輸入程式將作業執行中需訪問的資料預先讀入到輸入井中，緩輸出程式則負責將輸出井中的資訊在輸出裝置上輸出。