单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021-01-08,*,#,IO通道,（通道的引入）,硬件连接结构,IO通道硬件连接结构,1,返 回,IO通道,（通道的引入）,引入通道的主要目的：,是使一些原来由 CPU处理的,I/O,任务转由通道来承担，从而把CPU从繁杂的,I/O,任务中解脱出来，以保证CPU有更多的时间去进行数据的处理。,I/O通道的特点：I/O,通道是一种,特殊的,处理机，与一般的处理机的区别主要表现在：,(1)它的指令类型单一。即：通道硬件简单，所执行的指令主要局限于与,I/O,操作有关的指令。,(2)它没有自己的内存，通道所执行的通道程序是存放在内存中的。即：通道与CPU共享内存。,返 回IO通道引入通道的主要目的：是使一些原来由,2,主机IO系统,由于主机所配置的,I/O,设备较多，为减轻CPU和总线的负担，采用的是,具有通道的I,/O系统结构,。如图所示,计算机,I/O通道1,控制器4,控制器3,控制器2,控制器1,I/O通道2,设备,设备,设备,设备,图,具有通道的I,/O系统结构,返 回,主机IO系统 由于主机所配置的I/O设备较多,3,IO通道控制方式,返 回,1.引入,I/O,通道方式是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预。即把对一个数据块的读（写）为单位的干预，减少为对一组数据块的读（写）及有关的控制和管理为单位的干预，同时又可实现CPU、通道和,I/O,设备三者的并行工作，从而更有效地提高了整个系统的资源利用率。,通道：,执行通道程序，向控制器发出命令，并具有向CPU发中断信号的功能。一旦CPU发出指令，启动通道，则通道独立于CPU工作。由前面知，一个通道可连接多个控制器，一个控制器可连接多个设备，形成树形交叉连接,。,IO通道控制方式返 回1.引入 通道,4,2.,通道程序,通道是通过执行,通道程序,，并与设备控制器一起共同实现对,IO,设备的控制。,1）通道运算控制部件,通道地址字,CAW,：记录通道程序在内存中的地址,通道命令字,CCW,：保存正在执行的通道指令,通道状态字,CSW,：存放通道执行后的返回结果,通道数据字,CDW,：,存放传输数据,通道和CPU共用内存，通过周期窃取方式取得,IO通道控制方式,2.通道程序IO通道控制方式,5,IO通道控制方式,返 回,2)通道命令及格式,通道程序,是由一系列的通道指令(或称为通道命令)所构成。,每条通道指令中应包含下列诸信息：,(1)命令码：它规定了外围设备所执行的操作。,(2)数据主存地址：标明数据送入内存(读)和从内存取出(写)时的内存首址。或是控制信息；或是转移地址,(3)传送字节个数：表示本条指令所要读(或写)数据的字节数。,(5)标志码R：,R=1表示本通道程序尚未结束,R=0表示通道程序的最后,一条指令，通道程序结束,IO通道控制方式返 回 2)通道命令及格式,6,CPU：,执行用户程序，当遇到I/O请求时，可根据该请求生成通道程序放入内存（也可事先编好放入内存），并将该通道程序的首地址放入CAW中；之后执行“启动I/O”指令，启动通道工作,通道：,接收到“启动I/O”指令后，从CAW中取出通道程序的首地址，并根据首地址取出第一条指令放入CCW中，同时向CPU发回答信号，使CPU可继续执行其他程序，而通道则开始执行通道程序，完成传输工作。,通道程序完成实际I/O，启动I/O设备，执行完毕后，如果还有下一条指令，则继续执行,否则表示传输完成，向CPU发I/O中断，并且通道停止工作。CPU接收中断信号，从CSW中取得有关信息，决定下一步做什么。,IO通道控制方式,3)工作原理,CPU：执行用户程序，当遇到I/O请求时,7,5.6 缓 冲 技术,1 缓冲的引入,所以，为了提高I/O速度和设备利用率，许多计算机系统通过设置缓冲区采用了缓冲技术来实现。,缓冲管理的,主要功能,是：,组织好缓冲区，并提供获得和释放缓冲区的手段。,缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾,减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制,（见下页图）,提高CPU和I/O设备之间的并行性,在OS中，引入缓冲技术的主要原因有：,缓冲区设置分为,硬缓冲：,在设备中设置缓冲区，由硬件实现,软缓冲：,在内存中开辟一个空间，用作缓冲区,5.6 缓 冲 技术 1 缓冲的引入 所,8,2 单缓冲和双缓冲,1.单缓冲(Single Buffer),是OS提供的最简单的一种缓冲形式。,用户区,用户进程,缓冲区,操作系统,I/O设备,输入,传送,下面通过数学方式说明单缓冲的作用。,对于块设备输入（出），设从磁盘把一块数据输入到缓冲区（或从缓冲区把一块数据输出到磁盘）所需的时间为T，将缓冲区的数据传送到用户区的时间为M，CPU计算数据的时间为C，则系统对每整块数据的处理时间为：,max(C,T)+M,(MT or C),如果没有缓冲区，则系统对每整块数据的处理时间为：,T+C,输出,传送,2 单缓冲和双缓冲 1.单缓冲(Single Buffer,9,第五章设备管理通道缓冲技术课件,10,对于字符设备输入（出），缓冲区是暂存用户输入（出）的一行数据。,例：,把一叠卡片读入并打印出来。设读卡机和打印机的速度分别是600张/m、600行/m，则每读入并打印出一张卡片上的记录需时为200ms。,说明：,由于只有一个缓冲区，读卡机和打印机是串行工作的。即读卡机将数据读入缓冲区时，打印机空闲，打印机工作时，读卡机空闲。,为了能让两者更好地工作，引入了双缓冲区。,用户区,用户进程,缓冲区,操作系统,I/O设备,输入,传送,输出,传送,对于字符设备输入（出），缓冲区是暂存用户输入,11,2.双缓冲(Double Buffer),用户区,用户进程,操作系统,I/O设备,缓冲区1,缓冲区2,输入,传送,用户区,用户进程,缓冲区1,操作系统,I/O设备,缓冲区2,传送,输出,用户区,用户进程,缓冲区1,操作系统,I/O设备1,缓冲区2,I/O设备2,输出,传送,输入,传送,单机缓冲系统,2.双缓冲(Double Buffer)用户区用户进程操,12,5.3.4 缓冲池(Buffer Pool),目前广泛流行的公用缓冲池，由于可供多个进程共享，可提高缓冲区的利用率。,一、缓冲池(Buffer Pool)的组成,对于可用于I/O的缓冲池，包含的缓冲区类型有：,空（闲）缓冲区；,装满输入数据的缓冲区；,装满输出数据的缓冲区。,对应的有以下三个缓冲队列：,空缓冲队列,emq,。,由空缓冲区所链成的队列,输入队列,inq,。,由装满输入数据的缓冲区所链成的队列,输出队列,outq,。,由装满输出数据的缓冲区所链成的队列,5.3.4 缓冲池(Buffer Pool)目前广泛流行,13,除了上述外，缓冲池还具有如下的工作缓冲区：,用于收容输入数据的工作缓冲区；,用于提取输入数据的工作缓冲区；,用于收容输出数据的工作缓冲区；,用于提取输出数据的工作缓冲区；,除了上述外，缓冲池还具有如下的工作缓冲区：,14,三、缓冲区的工作方式,hin,sout,sin,hout,用户程序,提取输入,收容输出,收容输入,提取输出,收容输入工作方式,提取输入工作方式,收容输出工作方式,提取输出工作方式,输入数据时,调用Getbuf(emq),装满数据后,调用Putbuf(inq,hin),输入数据时,调用Getbuf(inq),提完数据后,调用Putbuf(emq,sin),输出数据时,调用Getbuf(emq),装满数据后,调用Putbuf(outq,hout),输出数据时,调用Getbuf(outq),提完数据后,调用Putbuf(emq,sout,三、缓冲区的工作方式 hinsoutsinhout,15,5.7 SPOOLing技术,问：,能否通过某种技术将一台独占设备改造成由多个用户共享的设备？,答：,能。SPOOLing技术就是用于将一台独占设备改造成共享设备的行之有效的技术。,一、什么是SPOOLing,为了缓和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I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。事实上，当系统中引入了多道程序技术后，完全可以利用其中的一道程序，来模拟脱机输入时的外围控制机功能，把低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，把数据从磁盘传送到低速输出设备上。这样，便可在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出功能。此时的外围操作与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,称为,假脱机操作,，,或称为,SPOOLing,(Simultaneaus Periphernal Operating On-Line)，,5.7 SPOOLing技术 问：能否通过某,16,二、SPOOLing系统的组成,输入进程SP,1,输出进程SP,0,输入井,输出井,磁盘,输出,设备,输入,设备,输入缓冲区B,1,输出缓冲区B,0,二、SPOOLing系统的组成输入进程SP1输出进程SP0输,17,共享打印机,假定某系统的全部行式打印机采用了虚拟设备技术(即使用了SPOOLing,技术)，当某进程要求打印输出时，,SPOOLing系统同意为它打印输出，但并不真正立即把打印机分配给该用户进程，而只为它做两件事：,由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中；,输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，,为其分配一块存储空间，同时为该进程的输出数据建立一个文件(文件名可缺省)，,并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。,该进程的输出数据实际上并未从打印机上输出，而只是以文件形式输出，并暂存放在输出SPOOLing存储区中。这个输出文件实际上相当于虚拟的行式打印机。各进程的输出都以文件形式暂时存放在输出SPOOLing存储区中并形成了一个输出队列，由输出SPOOLing控制打印机进程，依次将输出队列中的各进程的输出文件最后实际地打印输出。,共享打印机,18,提高了I/O的速度。,(2)将独占设备改造为共享设备。,(3)实现了虚拟设备功能。,SPOOL,系统的特点：,提高了I/O的速度。SPOOL系统的特点：,19,请多指导 谢谢,请多指导 谢谢,20,抓安全细节着眼，防隐患消除着手。,11月-24,11月-24,Saturday,November 16,2024,产品的质量是拓展的翅膀，航程无限，辉煌有期。,23:47:04,23:47:04,23:47,11/16/2024 11:47:04 PM,防微杜渐，警钟长鸣。,11月-24,23:47:04,23:47,Nov-24,16-Nov-24,坚持一流管理，生产一流产品。,23:47:04,23:47:04,23:47,Saturday,November 16,2024,生产是可喜的收获，安全是金色的种子。,11月-24,11月-24,23:47:04,23:47:04,November 16,2024,产品批次能鉴别，问题产生以解决。,2024年11月16日,11:47 下午,11月-24,11月-24,态度决定一切，细节决定成败。,16 十一月 2024,11:47:04 下午,23:47:04,11月-24,安全是幸福的源泉安全是效益的保障。,十一月 24,11:47 下午,11月-24,23:47,November 16,2024,十起事故九起违章，三令五申常抓常讲。,2024/11/16 23:47:04,23:47:04,16 November 2024,合理搬运周转，爱惜劳动成果。,11:47:04 下午,11:47 下午,23:47:04,11月-24,危险源点挂上牌，安全操作记心怀。,11月-24,11月-24,23:47,23:47:04,23:47:04,Nov-24,贯标认证，人人参与，从我做起。,20