1、緩沖轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號線狀態(tài)信號線控制信號線至設(shè)備控制器I/O設(shè)備 .4 4.設(shè)備控制器的組成設(shè)備控制器的組成 數(shù)據(jù)寄存器控制/狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)線I/O邏輯控制器與設(shè)備接口1控制器與設(shè)備接口i數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制地址線控制線CPU與控制器接口控制器與設(shè)備接口5.1.4 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng) 總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) CPU存儲器磁盤控制器打印機(jī)控制器其它控制器磁盤驅(qū)動器打印機(jī)系統(tǒng)總線 1. ISA和和EISA總線總線 1) ISA(Industry Standard Architecture)總線 2) EISA(Extended ISA)總線 2. 局部總線局部總線(Local Bus

2、) 1) VESA(Video Electronic Standard Association)總線 2) PCI(Peripheral Component Interface)總線 DMA控制器的組成控制器的組成 DRMARDCCRI/O控制邏輯主機(jī)控制器接口控制器與塊設(shè)備接口count內(nèi)存CPU命令系統(tǒng)總線DMA控制器DMA控制器與其他部件的關(guān)系控制器與其他部件的關(guān)系三三. DMA工作過程工作過程 DMA方式的工作流程 設(shè)置AR和DC初值啟動DMA傳送命令挪用存儲器周期傳送數(shù)據(jù)字存儲器地址增1字計數(shù)寄存器減1DC0?請求中斷在繼續(xù)執(zhí)行用戶程序的同時,準(zhǔn)備又一次傳送否是通道程序通道程序 v

3、（1 1）操作碼：它規(guī)定指令所執(zhí)行的操作，如讀、）操作碼：它規(guī)定指令所執(zhí)行的操作，如讀、寫等。寫等。v （2 2）內(nèi)存地址：標(biāo)明數(shù)據(jù)傳送時內(nèi)存的首址。）內(nèi)存地址：標(biāo)明數(shù)據(jù)傳送時內(nèi)存的首址。v （3 3）計數(shù)：表示傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。）計數(shù)：表示傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。v （4 4）通道程序結(jié)束位）通道程序結(jié)束位P P，表示通道程序是否結(jié)束。，表示通道程序是否結(jié)束。 v （5 5）記錄結(jié)束標(biāo)志）記錄結(jié)束標(biāo)志R R，表示所處理的記錄是否結(jié)，表示所處理的記錄是否結(jié)束。束。 操作 PR計數(shù)內(nèi)存地址WRITE 0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRI

4、TE002501850WRITE11250720通道方式的數(shù)據(jù)傳送結(jié)構(gòu)通道方式的數(shù)據(jù)傳送結(jié)構(gòu)v 目的：組織管理、分配、釋放目的：組織管理、分配、釋放bufferbufferv 5.3.1 5.3.1 引入引入.1 1.緩和緩和CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。設(shè)備間速度不匹配的矛盾。如：計算如：計算打印打印bufferbuffer打印打印.2 2.減少對減少對CPUCPU的中斷頻率的中斷頻率如：如：bufferbuffer越大，越大，“bufferbuffer滿滿”信號發(fā)生頻率越低。信號發(fā)生頻率越低。.3 3.提高提高CPUCPU和和I/OI/O并行性并行性 圖 5-10 利

5、用緩沖寄存器實現(xiàn)緩沖 1位緩沖9.6 Kb/s8位緩沖寄存器送內(nèi)存9.6 Kb/s8位緩沖寄存器9.6 Kb/s送內(nèi)存(b)(a)(c)v 提前讀技術(shù)提前讀技術(shù)是指用戶進(jìn)程從是指用戶進(jìn)程從I/OI/O緩沖區(qū)中取走前一個數(shù)據(jù)以后，緩沖區(qū)中取走前一個數(shù)據(jù)以后，立即發(fā)出對下一個數(shù)據(jù)的輸入請求。立即發(fā)出對下一個數(shù)據(jù)的輸入請求。 v 延后寫技術(shù)延后寫技術(shù)是指當(dāng)用戶進(jìn)程請求輸出數(shù)據(jù)時，操作系統(tǒng)將很快是指當(dāng)用戶進(jìn)程請求輸出數(shù)據(jù)時，操作系統(tǒng)將很快把用戶進(jìn)程請求輸出的數(shù)據(jù)從用戶進(jìn)程的工作區(qū)把用戶進(jìn)程請求輸出的數(shù)據(jù)從用戶進(jìn)程的工作區(qū)中取走，并將其暫時存放在中取走，并將其暫時存放在I/OI/O緩沖區(qū)中。緩沖區(qū)中。

6、緩沖技術(shù)的實現(xiàn)需要依賴于兩個技術(shù)：緩沖技術(shù)的實現(xiàn)需要依賴于兩個技術(shù)： 工作區(qū)處理(C)緩沖區(qū)傳送(M)輸入(T)I/O設(shè)備(a)T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t(b)用戶進(jìn)程單緩沖工作示意圖 工作區(qū)用戶進(jìn)程緩沖區(qū)1緩沖區(qū)2I/O 設(shè)備T1(緩沖1)M1C1M2C2M3C3T2(緩沖2)T3(緩沖3)M4C4T4(緩沖4)(a)(b)雙緩沖工作示意圖 單緩沖：I/O設(shè)備輸入OS緩沖CPU 雙緩沖：實現(xiàn)I/O設(shè)備間的并行操作。輸入設(shè)備輸入緩沖2OS輸出緩沖1輸出設(shè)備CPU雙機(jī)通信時緩沖區(qū)的設(shè)置 緩沖區(qū)緩沖區(qū)A機(jī)B機(jī)(a) 單緩沖發(fā)送緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)A機(jī)B機(jī)(b) 雙緩

7、沖5.3.3 循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖 1. 循環(huán)緩沖的組成循環(huán)緩沖的組成 循環(huán)緩沖 RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrent2. 循環(huán)緩沖區(qū)的使用循環(huán)緩沖區(qū)的使用 (1) Getbuf過程。(2) Releasebuf過程。 3. 進(jìn)程同步進(jìn)程同步 (1) Nexti指針追趕上Nextg指針。(2) Nextg指針追趕上Nexti指針。 v nextnextg g：指示下一個應(yīng)取數(shù)據(jù)的：指示下一個應(yīng)取數(shù)據(jù)的bufbufv nextnexti i：指示下一個空：指示下一個空bufbuf. .v GetbufGetbuf： 取取nextnex

8、tg g對應(yīng)緩沖區(qū)提供使用，將對應(yīng)緩沖區(qū)提供使用，將NextNextg g置為空，置為空，NextNextg g= =（NextNextg g+1+1）Mod NMod N 將將NextNexti i對應(yīng)緩沖區(qū)提供使用，將對應(yīng)緩沖區(qū)提供使用，將NextNexti i置為滿，置為滿，NextNexti i= =（NextNexti i+1+1）Mod NMod Nv ReleasebufReleasebuf: : 若若C C滿，則改為滿，則改為G G； 若若C C空，則改為空，則改為R R；v NextNexti i 追上追上NextNextg g：表示輸入速度表示輸入速度 輸出速度，全部輸出速

9、度，全部bufbuf滿，這時輸入進(jìn)程滿，這時輸入進(jìn)程阻塞阻塞v NextNextg g追上追上NextNexti i：輸入速度輸入速度 SPi SPi為為n n在輸入中分配空間在輸入中分配空間 設(shè)設(shè)備數(shù)據(jù)由輸入備數(shù)據(jù)由輸入bufbuf送輸入送輸入# # 生成生成輸入請求表輸入請求表掛輸入請掛輸入請求隊列。求隊列。 b.CPUb.CPU空空取請求表中的任務(wù)取請求表中的任務(wù), ,送進(jìn)程緩沖區(qū)。送進(jìn)程緩沖區(qū)。v （2 2）輸出：（打印）輸出：（打印） a.a.進(jìn)程進(jìn)程n n請求請求SPoSPo為為n n在輸出在輸出# #中分配空間中分配空間 將數(shù)將數(shù)據(jù)由進(jìn)程據(jù)由進(jìn)程bufbuf轉(zhuǎn)到輸出轉(zhuǎn)到輸出# #

10、 生成一生成一打印請求表打印請求表掛打印請掛打印請求隊列。求隊列。 b.b.打印機(jī)空打印機(jī)空 查打印請求表中的任務(wù)查打印請求表中的任務(wù) 取輸出取輸出中對于數(shù)據(jù)中對于數(shù)據(jù) 輸出輸出bufbuf 打印打印v 1.1.提高提高I/OI/O速度：速度： 對低速設(shè)備操作對低速設(shè)備操作 變?yōu)閷斎胱優(yōu)閷斎? /出出# #操作。操作。v 2.2.將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)備將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)備 分配設(shè)備的實質(zhì)時分配輸入分配設(shè)備的實質(zhì)時分配輸入/ /出出# #v 3.3.實現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能實現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能v 5.6.1 5.6.1 磁盤性能簡述磁盤性能簡述 一、數(shù)據(jù)組織和格式（圖一、數(shù)據(jù)組織和格式（圖5

11、52222） 磁道磁道扇區(qū)扇區(qū)字節(jié)字節(jié) 二、類型二、類型 1.1.固定頭磁盤：固定頭磁盤：每個磁道上有一個磁頭，快每個磁道上有一個磁頭，快 2.2.移動頭磁盤：移動頭磁盤：每個盤面僅有一個磁頭，慢每個盤面僅有一個磁頭，慢 v 三、磁盤訪問時間：三、磁盤訪問時間：v 1.1.尋道時間：尋道時間：T TS S=m=m* *n+Sn+Sm m：常量，：常量，n n：磁道數(shù)，：磁道數(shù)，s s：磁盤啟動時間。：磁盤啟動時間。v 2.2.旋轉(zhuǎn)延時間旋轉(zhuǎn)延時間TrTr：指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所需時間。指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所需時間。設(shè)每秒設(shè)每秒r r轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)，則TrTr1/2r1/2r（均值）（均值）v 3.3

12、.數(shù)據(jù)傳輸時間數(shù)據(jù)傳輸時間TtTtb/rNb/rNb b：讀寫字節(jié)數(shù)：讀寫字節(jié)數(shù)N N：每道上的字節(jié)數(shù)：每道上的字節(jié)數(shù)訪問時間：訪問時間：Ta=Ts+1/2r+b/rNTa=Ts+1/2r+b/rNv 可見，由于特定磁盤，只有集中放數(shù)據(jù)，集中讀寫（可見，由于特定磁盤，只有集中放數(shù)據(jù)，集中讀寫（b b大）大）才能更好提高傳輸效率。才能更好提高傳輸效率。 v 目標(biāo)：減少尋道時間目標(biāo)：減少尋道時間v 一、一、FCFSFCFS（FisrtFisrt Come First Second Come First Second） 特點：簡單，尋道時間長，相當(dāng)于隨機(jī)訪問模式。特點：簡單，尋道時間長，相當(dāng)于隨機(jī)訪

13、問模式。v 二、二、SSTFSSTF（最短尋道優(yōu)先）（最短尋道優(yōu)先）v 三、掃描算法。三、掃描算法。.1 1.進(jìn)程進(jìn)程“饑餓現(xiàn)象饑餓現(xiàn)象”SSTFSSTF存在。存在。.2 SCAN2.SCAN算法：算法： 在移動方向固定的情況下采用了在移動方向固定的情況下采用了SSTFSSTF，以避免饑餓現(xiàn)，以避免饑餓現(xiàn)象象 100道開始道開始被訪問的下一被訪問的下一個磁道個磁道移動距離移動距離5545583391918219072160701501038112184146平均尋道長度：平均尋道長度：55.3100道開始道開始被訪問的下一被訪問的下一個磁道個磁道移動距離移動距離9010583255339163

14、8118201501321601018424平均尋道長度：平均尋道長度：27.5v 四、循環(huán)掃描四、循環(huán)掃描CSCANCSCAN（圖（圖9-59-5） 一個方向讀完，不是象一個方向讀完，不是象SCANSCAN那樣回頭，而是循環(huán)。那樣回頭，而是循環(huán)。 訪問時間：訪問時間：2T2TT+SmaxT+Smaxv 五、五、N NStepStepSCANSCAN和和FSCANFSCAN算法。算法。 .1 N1. NStepStepSCANSCAN 粘臂：由于連續(xù)對某磁道訪問引起的壟斷訪問，將磁粘臂：由于連續(xù)對某磁道訪問引起的壟斷訪問，將磁盤請求隊列分為長為盤請求隊列分為長為N N的子隊列的子隊列m m個，

15、如下圖處理。當(dāng)個，如下圖處理。當(dāng)N=1N=1時，為時，為FCFSFCFS。當(dāng)。當(dāng)N N時，為時，為SCAN.SCAN.v 2.FSCAN 2.FSCAN 100道開始，增加方向道開始，增加方向被訪問的下一被訪問的下一個磁道個磁道移動距離移動距離1505016010184249094583255339163811820平均尋道長度：平均尋道長度：27.8100道開始，增加方向道開始，增加方向被訪問的下一被訪問的下一個磁道個磁道移動距離移動距離15050160101842418166382039155165839032平均尋道長度：平均尋道長度：27.5v 形式形式 邏輯上是磁盤、物理上是駐留在內(nèi)

16、存中的盤塊邏輯上是磁盤、物理上是駐留在內(nèi)存中的盤塊 固定大小和可變大小固定大小和可變大小v 數(shù)據(jù)交付方式數(shù)據(jù)交付方式 數(shù)據(jù)交付指將磁盤高速緩存中的數(shù)據(jù)傳送給請求者進(jìn)程數(shù)據(jù)交付指將磁盤高速緩存中的數(shù)據(jù)傳送給請求者進(jìn)程 步驟：先查緩存、后查磁盤并更新緩存步驟：先查緩存、后查磁盤并更新緩存 方式：方式： 數(shù)據(jù)交付數(shù)據(jù)交付 指針交付指針交付v 置換算法置換算法 最近最久最近最久 訪問頻率訪問頻率 可預(yù)見性可預(yù)見性 數(shù)據(jù)一致性：將需要一致性的塊放在替換隊列的頭部，數(shù)據(jù)一致性：將需要一致性的塊放在替換隊列的頭部，優(yōu)先回寫。優(yōu)先回寫。v 周期性回寫磁盤周期性回寫磁盤 例：例：msdos采用寫穿透方式采用寫穿透方式v 提前讀提前讀v 延遲寫延遲寫 訪問頻率高的磁盤塊放在替換隊列的尾部，減少回寫訪問頻率高的磁盤塊放在替換隊列的尾部，減少回寫次數(shù)次數(shù)v 優(yōu)化物理塊的分布優(yōu)化物理塊的分布 目的是減小磁頭移動距離目的是減小磁頭移動距離 簇分配方式：一個簇為多個連續(xù)的塊簇分配方式：一個簇為多個連續(xù)的塊v 虛擬盤（虛擬盤（RAM盤）盤） 和磁盤高速緩存區(qū)別：虛擬盤由用戶控制；磁盤高速和磁盤高速緩存區(qū)別：虛擬盤由用戶控制；磁盤高速緩存由系統(tǒng)控制。緩存由系統(tǒng)控制。v實現(xiàn)實現(xiàn)SS