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1、设备管理,盛雯雯2023年7月28日星期五,设备管理,基本概念,设备管理中的若干技术,数据传输的控制方式,设备分配,I/O设备处理程序,计算机设备分类,设备控制器,设备管理的功能和任务,程序控制方式,中断控制方式,直接存储访问方式,通道方式,I/O缓冲技术,中断技术,SPOOLING技术通道技术,设备分配原则、数据结构设备分配方式、策略共享磁盘的调度,I/O设备处理程序的功能设备处理的方式,计算机设备的分类,基于设备的从属关系：系统设备（标准设备如键盘、显示器、磁盘驱动器）、用户设备（需要自己安装驱动程序）基于资源分配角度：独享设备、共享设备、虚拟设备。基于信息交换的单位：字符设备（键盘、打印
2、机、显示器）、块设备（磁盘、磁带）。基于设备的工作特性：存储设备、输入输出设备。,设备管理的功能和任务,设备控制器：CPU与I/O设备之间的接口，接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备的工作，使处理机从繁忙的设备控制事务中解脱出来。实现CPU与控制器、控制器与设备之间的通信。设备的功能：1、提高设备的利用率。2、为用户提供便利统一的使用界面。,设备管理的功能,提供一组I/O命令：用户使用外部设备的界面。进行设备的分配和回收缓冲区的管理实现设备的I/O操作。,输入/输出的处理步骤,设备的分配算法,DCB：设备控制。Device control block，存放的是一台具体设备的有关信息。找到一
3、个设备的DCB,就是得到了该设备的特性，各种参数、使用情况等。SDT：系统设备表。每一个可分配的外部设备都分配一个表项。其中有一指针指向该设备的DCB.IVT:中断向量表，计算机为每台设备赋予一个设备码，用设备码来查找中断向量表。,设备请求队列,DCB,设备分配,通过一个键盘输入请求来讨论设备分配的过程。,加工单,0,1,10,Rds(设备名，内存地址，个数),设备的分配,绝对号：计算机系统中配置各种不同的外部设备，每一类外部设备都可能有很多台，为了管理，系统对每台设备进行编号，以便相互识别。相对号：用户在申请设备的时候通常都不是指明设备的绝对号，而是知名需要那一类设备。至于分配那一台则根据当
4、时设备的分配情况进行分配。用户通过设备类（相对号）对设备提出申请。,设备类表,设备表,设备分配算法,先来先服务优先级高者先服务,数据传输方式,根据外部设备与主机并行工作的程度：程序控制方式中断控制方式DMA通道控制方式,程序控制方式,程序查询方式一字符为单位传输CPU的速度远远大于I/O的速度，使得CPU大部分时间都在等待I/O完成的循环测试中。无法支持多到程序的并发执行。,中断控制方式,外部设备启动并准备好后再发出中断请求。一旦启动外围设备后转去服务其他程序。仅当有中断请求时才转向相应的中断处理程序处理中断请求。每次只传送一个数据保护现场、恢复现场,DMA,外设直接与内存交换成批数据而不用的
5、干涉。减轻的负担。特点DMA获得总线控制权后，直接与外围设备交换数据而不需要CPU的控制设备与存储区成批数据传输CPU被挂起，CPU与外围设备不能并行工作CPU只做启动和结束处理，数据传输以及I/O工作都由DMA负责实行。,通道方式,独立于的，专门用来输入输出操作的处理机。具有执行通道I/O的能力，并通过执行通道程序控制I/O操作，但通道指令（通道控制字）与一般的不同：指令类型单一，局限于与I/O相关的指令。没有自己的内存。,通道的类型,字节夺路通道安子介交叉方式工作，有若干非分配型子通道，按时间片轮转方式共享主通道。数组选择通道只有一个分配类型子通道，虽然可以连接多台高速设备，但一段时间内，
6、只能执行一条通道程序。数组多路通道含有多个分配型子通道，它们具有很高的传输速率。,通道,当用户发出/O请求时，CPU直接把该请求转交给通道完成，通道在I/O任务结束后才发出中断信号，请求CPU进行结束处理。通道与主机连接，设备控制器与通道连接。一个设备控制器上连接多个设备一个通道上可以连接多个控制器。,通道技术,在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道；通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据输入输出操作；通道程序结束后向CPU发送中断请求，响应后，第二次进入操作系统，调用管理程序对输入输出中断请求进行处理。,设备管理的若干技术,I/
7、O缓冲技术中断技术Spooling 技术通道技术,I/O缓冲技术,引入原因：缓和CPU与外围设备速度不匹配的矛盾；减少CPU的中断频率，放宽对中断相应的时间限制；提高CPU与I/O设备之间的并行性。方法：采用专门的硬件寄存器（硬缓冲）、在内存中开辟连续的内存单元（软缓冲）。软缓冲：单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲池,单缓冲区,生产者,缓冲区,消费者,双缓冲区,生产者,缓冲区1,消费者,缓冲区2,Spooling技术,三部分：预输入程序缓输出程序井管理程序：井管理读：请求输入设备工作时，调用井管理读程序，把让输入设备工作的任务转成从输入井中读取所需要的信息。井管理写：操作系统调用井管理写程序，它把让
8、输出设备工作的任务，转环成为往输出井中输出。,磁盘调度,磁盘的结构：存储信息的载体（盘片）磁盘驱动器（磁头、读写驱动放大电路、机械支撑机构和其他电器部分）磁道、扇区、盘面、柱面、读写磁头号、移动臂,查找时间：在移动臂的带动下，把磁头移动到指定柱面所需要的时间。移臂调度等待时间：将指定的扇区旋转到磁头下所需要的时间；磁盘旋转时间传输时间：由磁头进行读写，完成信息传送所需要的时间。,磁盘的计算,C：每个柱面的磁道数S：每个磁道的扇区数第i个柱面，j个磁头，k扇区所对应的磁盘块号b可用如下公式计算：b=k+(j+i*c)*s,习题,假定一个磁盘共有100个柱面，每个柱面共8个磁道，每个盘面被划分成8
9、个扇区，现在有一个含有6400个记录的文件，记录大小与扇区尺寸相同，编号从0开始。该文件按从0磁道，0柱面，0扇区开始顺序存放。第3680个记录应该存放在磁盘的那个位置？第78个柱面的第6个磁道的第6个扇区中应该存放该文件的第几个记录？,调度算法,先来先服务调度算法98，183，37，122，14，124，65，67最短查找时间优先调度算法电梯调度算法单向扫描调度算法,习题,一个具有40个柱面的磁盘，现在正在处理柱面11上的I/O请求。这时又顺序到达新的请求，涉及的磁道是：1，36，16，34，9，12。分别采用先来先服务、最短查找时间按优先、电梯调度算法。试问个需要滑过多少柱面？,复习1,通
10、道在输入输出操作完成出错时，就形成（），等候来处理。硬件故障中断程序中断外部中断中断,2,CPU对通道的请求形式是（）自陷中断通道命令转移命令,3,下列关于设备管理的叙述中错误的是：通道是处理输入输出的软件所有外围设备的启动工作都是由系统统一完成的。来自通道的I/O中断由各自的设备管理统一负责处理。编制好的通道程序放置在主存中。由用户给出的设备编号是设备的绝对号。,4,通道是一种（）保存I/O信息的部件传输信息的电子线路通用处理器专用处理器,5,通道有3种类型，它们是（）字节多路通道数组多路通道单字节多路通道选择通道 字节单路通道,6,不同的计算机系统中，其通道命令可能不同，但一般都由（）等组
11、成。命令码数据主存地址传送字节数标志码设备绝对号,7,启动后，设备的控制工作由（）的。Cpu执行通道控制程序来控制的通道执行用户程序来控制CPU执行用户程序来控制通道执行预先编制好的通道程序来控制。,8,、以下功能中，（）不能使设备管理的功能。实现外围设备的分配和回收实现外围设备的启动实现按名存取实现虚拟设备,9,设备独立性是指：设备具有独立执行I/O功能的一种特性用户程序使用的设备与实际使用那台设备无关的一种特性能独立实现设备共享的一种特性设备驱动程序独立于具体使用的物理设备的一种特性。,10,共享设备是指那些（）一个作业还没有完全撤离就可以飞赔给另一个作业同时服务，但每个时刻只能为一个作业
12、服务。可以为多个用户服务只能为一个用户服务任何时刻都可以为多个用户服务,11,下列设备中，（）是共享设备？磁盘读卡机扫描仪打印机绘图仪,12,绘图仪是：（）共享设备独占设备有时是独占设备有时是共享设备字符输出设备,13,共享设备可以被多个用户作业共享使用，这里的“同时”是指：设备一次只能为一个用户作业是用一个作业没有撤离，另一个作业可以使用该设备任何时刻多个作业同时使用该设备设备的每个位置都可以被多个用户同时使用。,调度,下列算法可用于磁盘移臂调度的是：（）电梯调度算法时间片轮转算法响应比高者优先调度算法,2,驱动器的调度算法中，（）会随时改变移动臂的运动方向。电梯调度先来先服务扫描单向扫描最
13、短时间优先,3,对磁盘的调度中，既考虑了减少寻找时间，又不频繁改变移动臂的移动方向的调度是：先来先服务最短查找时间优先电梯调度优先级高者优先,4,（）总是从移动臂的当前位置开始沿着臂的移动方向去选择当前移动臂最近的那个柱面的访问者，若沿臂的移动方向再也没有请求时，就改变臂的移动方向再选择。先来先服务最短查找时间优先电梯调度算法单向扫描调度算法,5,（）会在一次的单向的全称移动臂移动过程中完全不访问数据。先来先服务电梯调度单向扫描双向扫描,6,在移臂调度算法中，下面随时可能会改变移动臂的移动方向的是（）电梯调度先来先服务单向扫描双向扫描最短时间优先,7,下列算法中，不是用于移臂调度的是（）响应比
14、高者优先先来先服务最短寻找时间优先优先级高者优先电梯调度,8,通过磁头把磁盘上的数据读到主存中所消耗的时间是（）周转时间延迟时间寻找时间传送时间,9,对磁盘进行旋转调度的目的是为了（）缩短启动时间缩短寻找时间按缩短延迟时间缩短传送时间,10,某磁盘的柱面号从外向里从0开始编号，假定当前磁头停留在100号柱面，而且移动方向是往外的，现有一个请求队列在等待访问磁盘，访问的柱面号为：190、10、160、80、90、125、30、20、140、25，请写出分别采用最短时间优先和电梯调度算法处理上述请求的顺序。,11,若干个等待访问磁盘者要访问的柱面为：20、44、40、4、80、12、76，假设每移
15、动一个柱面需要3毫秒时间，移动臂当前处于40号柱面，则先来先服务和最短寻找时间优先算法，分别需要多少寻找时间。,12,假定某磁盘上，刚处理了75号柱面的请求，目前正在80号柱面上读信息，并有以下磁盘访问序列：165、40、192、180、90、58、33、102，用最短查找时间优先算法和电梯调度算法，分别列出实际处理上述请求序列时的次序。,磁盘1,设磁盘的转速是2000转/分，盘面被划成10个扇区，则读取一个扇区的时间是（）。20ms3ms2ms1ms,2,对磁盘进行移臂调度是为了减少（）寻找时间传送时间延迟时间启动时间,3,当两个进程在访问一个柱面时、一个扇区、不同磁道的时候，（）一定要先读
16、磁头号小的；一定先读磁头号大的两个同时读出来任意选择一个先访问，另一个等下次扇区转到磁头下的时候再访问。,4,一个含有8个盘片的双面磁盘，盘片每面有200条磁道，则该磁盘的柱面数为（）。200100150 18,5,在磁盘读取数据的下列时间中，（）的影响最大。处理时间延迟时间传送时间寻找时间按,6,对磁盘的访问请求中，应给出访问磁盘的（）磁道号磁头号柱面号扇区号盘片号,其它,为了提高设备分配的灵活性，用户申请设备时，应指定设备的（）号。设备相对号设备绝对号相对绝对,2,计算机系统启动外部设备是按（）来进行的。设备名通道号设备相对号设备绝对号,3,通道程序的起始地址被存放在了（）的CAW中。主存通道磁盘寄存器,4,SPOOLing操作能使（）系统工作时间缩短独占设备利用率提高磁盘空间利用率提高作业周转时间按缩短作业执行时间缩短,5,一下说法不正确的是：现代计算机系统中，外围设备的启动工作都是由系统统一管理的，不允许用户直接启动外围设备采用spooling技术的操作系统为用户提供了虚拟设备Spooling系统中的井管理程序是负责输入井的写和输出井的读。磁带机是一个独占设备，任何时刻只能分配给一个用户使用，而磁盘是一个共享设备，因此任何时刻允许多个用户同时对它进行访问在移动臂磁盘的移臂调度中，电梯调度是在寻找一个离磁头当前位置最近的一个主面请求并为之服务。,
