一荣赶、 I/O系統(tǒng)

I/O設(shè)備

類型

按傳輸速率高低

• 低速設(shè)備：每秒幾個(gè)字節(jié)至數(shù)百個(gè)字節(jié)。鍵盤刽虹、鼠標(biāo)器酗捌、語音輸入輸出設(shè)備
• 中速設(shè)備：每秒鐘數(shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)萬個(gè)字節(jié)。打印機(jī)涌哲、激光打印機(jī)
• 高速設(shè)備：數(shù)百千個(gè)字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)胖缤。磁帶機(jī)、磁盤機(jī)膛虫、光盤機(jī)

按信息交換單位

• 塊設(shè)備：磁盤草姻。傳輸效率高，可尋址
• 字符設(shè)備：用于數(shù)據(jù)輸入輸出稍刀。打印機(jī)撩独、鼠標(biāo)

系統(tǒng)總線

• ISA總線
• EISA總線
• PCI總線：PCI既可以連接ISA，EISA等總線账月，又可支持pentium的64位系統(tǒng) ,我們現(xiàn)在使用的PC基本都是PCI總線综膀。最大傳輸速率4GB/sec

二、 I/O控制方式：

程序I/O方式

在該方式中局齿，CPU不斷地測(cè)試I/O設(shè)備的狀態(tài)剧劝。由于CPU的高速性和I/O設(shè)備的低速性， 致使CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測(cè)試中抓歼，造成對(duì)CPU的極大浪費(fèi)讥此。就是因?yàn)樵贑PU中無中斷機(jī)構(gòu)。

中斷驅(qū)動(dòng)I/O控制方式

在I/O設(shè)備輸入每個(gè)數(shù)據(jù)的過程中谣妻，由于無須CPU干預(yù)萄喳，因而可使CPU與I/O設(shè)備并行工作。僅當(dāng)輸完一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)蹋半，才需CPU花費(fèi)極短的時(shí)間去做些中斷處理他巨。可見，這樣可使CPU和I/O設(shè)備都處于忙碌狀態(tài).

直接存儲(chǔ)器訪問DMA I/O控制方式

僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí)染突，才需CPU干預(yù)捻爷，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的。減少了CPU對(duì)I/O的干預(yù)份企，進(jìn)一步提高了CPU與I/O設(shè)備的并行操作程度也榄。
① 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊，即在CPU與I/O設(shè)備之間薪棒，每次傳送至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊手蝎；
② 所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的榕莺，或者相反俐芯；
③ 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí)，才需CPU干預(yù)钉鸯，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的吧史。可見唠雕，DMA方式較之中斷驅(qū)動(dòng)方式贸营，又是成百倍地減少了CPU對(duì)I/O的干預(yù)，進(jìn)一步提高了CPU與I/O設(shè)備的并行操作程度岩睁。

三钞脂、 中斷處理程序

• 喚醒被阻塞的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)程
• 保護(hù)被中斷的CPU環(huán)境
• 轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序
• 中斷處理
• 恢復(fù)被中斷的進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)

四、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

功能

(1) 接收由I/O進(jìn)程發(fā)來的命令和參數(shù).
(2) 檢查用戶I/O請(qǐng)求的合法性.
(3) 發(fā)出I/O命令,啟動(dòng)I/O設(shè)備去完成指定的I/O操作.
(4) 及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請(qǐng)求捕儒，并根據(jù) 其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理冰啃。
(5) 對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的I/O請(qǐng)求刘莹，自動(dòng)地構(gòu)成通道程序阎毅。

流程

五、與設(shè)備無關(guān)的I/O軟件

設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）與具體設(shè)備無關(guān)
（2）統(tǒng)一命名
（3）對(duì)錯(cuò)誤的處理
（4）緩沖技術(shù)
（5）設(shè)備的分配和釋放
（6）I/O控制方式

層次和功能

六点弯、 磁盤存儲(chǔ)器管理

磁盤性能簡(jiǎn)述

磁盤的類型

• 固定頭磁盤：這種磁盤在每條磁道上都有一讀/寫磁頭扇调，所有的磁頭都被裝在一剛性磁臂中。這種結(jié)構(gòu)的磁盤主要用于大容量磁盤上抢肛。
• 移動(dòng)頭磁盤：每一個(gè)盤面僅配有一個(gè)磁頭狼钮，也被裝入磁臂中。為能訪問該盤面上的所有磁道捡絮，該磁頭必須能移動(dòng)以進(jìn)行尋道熬芜。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤設(shè)備中锦援。

磁盤訪問時(shí)間

• 尋道時(shí)間（移動(dòng)頭磁盤）：
  這是指把磁臂(磁頭)移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間猛蔽。該時(shí)間是啟動(dòng)磁臂的時(shí)間s與磁頭移動(dòng)n條磁道所花費(fèi)的時(shí)間之和， 即
  Ts=m×n+s
  其中，m是一常數(shù)曼库，與磁盤驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān)区岗，對(duì)一般磁盤， m=0.2毁枯；對(duì)高速磁盤慈缔，m≤0.1，磁臂的啟動(dòng)時(shí)間約為2 ms种玛。 這樣藐鹤，對(duì)一般的溫盤，其尋道時(shí)間將隨尋道距離的增加而增大赂韵， 大體上是5~30 ms娱节。
• 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間：
  這是指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。對(duì)于硬盤祭示，典型的旋轉(zhuǎn)速度大多為5400 r/min肄满，每轉(zhuǎn)需時(shí)11.1 ms，平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tτ為6.55 ms质涛；如果旋轉(zhuǎn)速度為7200r/min稠歉，平均Tτ為4.16 ms。
• 傳輸時(shí)間:
  這是指把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間汇陆。 Tt的大小與每次所讀/寫的字節(jié)數(shù)B和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān) .

磁盤調(diào)度

先來先服務(wù)(FCFS)

最短尋道時(shí)間優(yōu)選（SSTF）

掃描算法（SCAN）

SSTF算法雖然能獲得較好的尋道性能怒炸， 但卻可能導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程發(fā)生“饑餓”(Starvation)現(xiàn)象。因?yàn)橹灰粩嘤行逻M(jìn)程的請(qǐng)求到達(dá)毡代， 且其所要訪問的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近阅羹，這種新進(jìn)程的I/O請(qǐng)求必須優(yōu)先滿足。對(duì)SSTF算法略加修改后所形成的SCAN算法月趟， 即可防止老進(jìn)程出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象灯蝴。

循環(huán)掃描算法

磁盤高速緩存

磁盤的告訴緩存形式

是指利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間，來暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息孝宗。因此穷躁，這里的高速緩存是一組在邏輯上屬于磁盤， 而物理上是駐留在內(nèi)存中的盤塊因妇。高速緩存在內(nèi)存中可分成兩種形式问潭。

• 在內(nèi)存中開辟一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間來作為磁盤高速緩存，其大小是固定的婚被，不會(huì)受應(yīng)用程序多少的影響狡忙；
• 把所有未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€(gè)緩沖池，供請(qǐng)求分頁系統(tǒng)和磁盤I/O時(shí)(作為磁盤高速緩存)共享址芯。此時(shí)高速緩存的大小不再是固定的灾茁。當(dāng)磁盤I/O的頻繁程度較高時(shí)窜觉，該緩沖池可能包含更多的內(nèi)存空間；而在應(yīng)用程序運(yùn)行得較多時(shí)北专，該緩沖池可能只剩下較少的內(nèi)存空間禀挫。