输入输出系统

傷城~ 2023-05-29 03:46 13阅读 0赞

*  # I/O设备：输入输出和存储功能的设备 #

*  # I/O设备的分类 #

**按传输的速度：**

低速设备（如键盘、鼠标、语音输入输出设备） 中速设备（如行式打印机、激光打印机等）

高速设备（如磁带机、磁盘机、光盘机等）。

**设备按信息交换的单位分类**

块设备：用于存储信息。对于信息的存取总是以数据块为单位。典型例子是磁盘。该类设备基本特征是传输速率较高，另一特征是可寻址。

字符设备：用于数据的输入和输出。基本单位是字符。如交互式终端、打印机等。其基本特征是传输速率较低，另一特征是不可寻址。

**设备按其共享属性分类**

独占设备：指在一段时间内只允许一个用户、进程访问的设备，即临界资源。应互斥的访问之。

共享设备：指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。对每一时刻而言仍然是一个进程访问。如磁盘。

虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用。

**设备按其使用特性分类：**

存储设备、输入＼输出设备

*  # I/O通道 #

其主要目的是为了建立独立的I/O操作，去解放CPU。在设置通道后，CPU只需向通道发送一条I/O指令。通道完成任务后向CPU发中断信号。

控制功能：CPU与设备控制器

数据传输：内存与外设

*  # I/O控制方式 #

1.  程序I/O方式，使用轮询的可编程I/O方式。CPU浪费
2.  终端驱动I/O方式，使用中断的可编程I/O方式。CPU用较短的时间进行中断处理。
3.  直接存储器访问方式(MDA),以数据块为单位，高效。缺点：不连续的数据块，不能一次处理
4.  I/O通道控制方式，通道时硬件，配合着通道程序

*  # 设备分配 #

1.  前提：大中型计算机
2.  DS：设备控制表、控制器控制表、通道控制表、系统设备表
3.  独占设备分配步骤：分配设备、分配控制器、分配通道

*  # SPOOLing技术（假脱机） #

定义

为缓和CPU的高速性与I/O设备低速性间的矛盾而引入了脱机输入、脱机输出技术。该技术是利用专门的外围控制机，将低速设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。这样就可以在主机的直接控制下实现脱机输入输出。此时外围操作与CPU对数据的处理同时进行，我们把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing（Simultaneaus Periphernal Operating On—Line），或称为假脱机操作。

组成

1.  输入井和输出井。是磁盘上开辟的两个大存储空间。输入井模拟脱机输入的磁盘设备，输出井模拟脱机输出时的磁盘。
2.  输入缓冲区和输出缓冲区。在内存中开辟两个缓冲区，输入缓冲区暂存由输入设备送来的数据，后送输入井；输出缓冲区暂存从输出井送来的数据，后送输出设备。
3.  输入进程和输出进程。利用两个进程模拟脱机I/O时的外围处理机。
4.  井管理程序。用于控制作业与磁盘井之间信息的交换。

特点

1.  提高了I/O的速度。利用输入输出井模拟成脱机输入输出，缓和了CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾。
2.  将独占设备改造为共享设备。并没有为进程分配设备，而是为进程分配一存储区和建立一张I/O请求表。
3.  实现了虚拟设备功能。多个进程同时使用一台独占设备，虚拟成了多台设备。
    
    1.  打印机是独占设备，通过虚拟技术实现“共享”的模拟

*  缓冲区管理

1.  引入
    
    1.  缓和CPU与I/O设备间速度不匹配矛盾。
    2.  减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制
    3.  提高CPU和I/O设备之间的并行性。

方法

1.  单缓冲（效率低）
2.  双缓冲区（效率比较高，当输入输出速度不匹配时效率受影响）
3.  循环缓冲区（解决输入和输出速度相差甚远的影响）
4.  缓冲池（解决多进程缓冲过程中内存利用率的问题）

*  # 磁盘管理 #

9个进程先后提出读盘请求访问的磁道号为：55；58；39；18；90；160 150 38 184目前磁头停留在100道。

先来先服务（FCFS）

1.  优点：公平、简单
2.  缺点：未对寻道进行优化

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最短寻道时间优先（SSTF）

1.  优点：寻道优化
2.  缺点：可能导致某些进程发生“饥饿”。

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扫描SCAN算法

1.  优点：较好的寻道性能
2.  缺点：“不巧”的进程严重推迟

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循环扫描算法CSCAN

1.  优点：进程的延迟变小了

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FSCAN算法本算法是N-Step-SCAN算法的简化。

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