自考“操作系統原理”復習資料（6）

　　本章 考核知識點 ：1、輸入輸出操作；2、獨占設備與共享設備；3、獨占設備的設備；4、磁盤的驅動程序；5、外圍設備的啟動；6、虛擬設備（SPOOL系統）

　　自學要求 ：要求了解設備管理與文件管理的合作，文件管理實現文件存取的準備工作，而文件的物理存取由設備管理實現。理解怎樣實現獨占設備的分配和磁盤的驅動調度；怎樣實現虛擬設備。

　　一、輸入輸出操作（要求達到“ 識記 ”層次）

　　1、什么是 輸入輸出操作 ：主存儲器與外圍設備之間的信息傳送操作稱為輸入輸出操作。

　　2、對于 存儲型設備 ，輸入輸出操作的信息傳輸單位為“ 塊 ”。對 輸入輸出型設備 ，輸入輸出操作的信息傳輸單位為“ 字符 ”。

　　二、獨占設備和共享設備（ 識記 ）

　　獨占設備好比是你家的抽水馬桶，當你坐上去的時候，大家就是想用也得等你完事了站起來才可以用上。

　　共享設備呢，就像是我家的水龍頭，我在洗手的時候，可以把手移開讓我媽來打盆水。然后我又繼續洗手。

　　1、 獨占設備 是指每次只能供一個作業執行期間單獨使用的設備。如輸入機、磁帶機、打印機等。

　　2、 共享設備 是指允許幾個作業執行期間可同時使用的設備。

　　3、共享設備的“同時使用”的含義是指多個作業可以交替啟動共享設備，當一個用業正在使用設備時其他作業暫不能使用，即每一時刻仍只有一個作業占用，但當一個作業正在使用設備時其他作業就可使用。

　　三、獨占設備的分配（ 領會 ）

　　1、獨占設備的絕對號與相對號

　　這和絕對地址/相對地址的概念類似。 絕對號 就是將每一臺設備確定一個編號（相當于一個絕對地址）。 相對號 就是為了用戶程序的方便而設的，在用戶請求使用時，采用“設備類-相對號”來提出使用設備要求。由系統建立絕對號與“設備類-相對號”之間的關系，就能正確啟用設備了。

　　2、設備的指定方式

　　絕對號就好象給每個人取一個不同的名字。上司的工作計劃中有一條：十點鐘叫張三去買菜。如果張三有空，就得張三去買。

　　設備類-相對號呢，就好比是一個部門，部門中有一些工作人員，上司的工作計劃就只寫成：十點叫買菜部找個人去買羅卜。這時就由“系統”來看看買菜部是否有人空閑，只要本部有人閑著能干活的，不管張三李四都可以去干。

　　這樣，對于上司來說，不用去記誰誰的名字，只要指定某部門，要多少人就是了，他的用人策略和具體的哪個人無關。這就是“設備獨立性”

　　1）指定絕對號：這種方式由作業直接指定絕對號對應的設備。系統只能把這個設備分配給他，如果該設備正由其他作業使用則申請不能得到滿足。

　　2）指定設備類、相對號：這種方式在申請設備時不指定具體哪臺設備，只說明要某類設備多少臺，這樣可以由系統靈活分配。

　　3） 設備獨立性 ：采用“設備類、相對號”方式使用設備時，用戶編程就不必指定特定設備，在程序中由“設備類、相對號”定義邏輯設備。程序執行時由系統根據用戶指定的邏輯設備轉換成與其對應的具體物理設備。所以，用戶編程時使用的設備與實際使用哪臺設備無關，這就是“設備獨立性”

　　4）如何實現 獨占性設備 分配：對于獨占性設備，系統采用“ 靜態分配 ”的策略，就是當一個作業所需使用的獨占設備能得到滿足時，該作業才能被裝入主存儲器執行。

　　在操作系統中，設置“ 設備分配表 ”來記錄計算機系統所配置的獨占設備類型、臺數和分配情況等。設備分配表由“設備類表”和“設備表”兩部分組成。通過查表和修改表的操作完成設備分配工作。

　　四、磁盤的驅動調度（ 領會 ）

　　1、磁盤的結構（動畫）

　　2、訪問磁盤的操作時間（動畫）

　　3、磁盤的 驅動調度 ：在多道程序設計系統中，同時有多個訪問者請求磁盤操作，此時系統采用一定的調度策略來決定各等待訪問者的執行次序，所以系統決定等待磁盤訪問者的 執行次序 的工作就是磁盤的“ 驅動調度 ”

　　4、對磁盤進行驅動調度的目的：盡可能的降低多個訪問者執行輸入輸出操作的總時間，增加單位時間內的輸入輸出操作次數，有利于系統效率的提高。

　　5、磁盤調度分為 移臂調度 和 旋轉調度 .根據訪問者指定的柱面位置來決定執行次序的調度稱“移臂調度”；當移動臂定位后，如有多個訪問者等待訪問該柱面時，根據延遲時間來決定執行次序的調度稱為“旋轉調度”。

　　6、移臂調度算法包括以下四種：

　　1）先來先服務算法；

　　2）最短尋找時間優先調度算法；

　　3）電梯調度算法；

　　4）單向掃描調度算法。

　　以上幾種算法要能夠區分，如給你一個訪問序列和訪問條件，應能根據各種算法做出調度后的訪問序列。

　　7、 信息的優化分布 ：知道信息在磁盤上排列不一定是按順序最優，對于一些能預知處理要求的信息采用優化分頁可以縮短輸入輸出操作時間，提高系統效率。

　　五、外圍設備的啟動（ 識記 ）

　　要想提高效率就要大膽放權，讓下屬對事負責而不是對人負責。

　　CPU是很忙的，如果所有的事情都自己做，做得再好也不一定好，如果有人能幫他處理一些事情，他就可以騰出時間來做更多的事。通道就是中層干部，發揮他們的作用就能提高效率。

　　1、 通道 （channel）：計算機系統中能夠獨立完成輸入輸出操作的硬件裝置，也稱為“ 輸入輸出處理機 ”。

　　CPU并不直接操作外圍設備，他連接通道（I/O處理機），通道連接設備控制器，設備控制器連接設備。CPU只需把“I/O”設備啟動，并給出相關的操作要求。然后就由通道來處理輸入輸出事宜，做完后報告CPU。

　　2、通道命令和通道程序：

　　通道命令 （CCW）規定設備的一種操作，通常由 命令碼 、 數據主存地址 、 傳送字節個數 及 標志碼 等部分組成。

　　操作系統用一組通道命令來執行一次輸入輸出應做的工作，這 一組通道命令 就組成了一個“ 通道程序 ”。

　　命令碼分成三類：數據傳輸類、通道命令轉移類和設備控制類。

　　數據主存地址對于不同的命令有不同的作用，比如命令碼為寫的操作，主存地址指定的區域存放輸出到外圍設備的信息。

　　標志碼：為非0時表示通道程序未結束。為0時表示通道程序結束。

　　傳送字節個數，表示本命令應傳輸的字節個數。

　　3、通道地址字（CAW）和通道狀態字（CSW）

　　用來存放通道程序首地址的主存固定單元稱為“ 通道地址字 ”。

　　通道狀態字 ：用于記錄通道和設備執行情況的主存單元。通常包括通道命令地址、設備狀態、通道狀態和剩余字節個數等幾個字段。

　　4、I/O中斷：是指中央處理器和通道協調工作的一種手段。通道借助I/O中斷請求CPU進行干預，CPU根據產生的I/O中斷事件了解輸入輸出操作的執行情況，I/O中斷事件是由于通道程序的執行或其他外界原因引起的，對通道操作而言，當操作正常結束或異常結束（如設備故障、設備特殊情況引起異常結束）形成I/O中斷，由CPU根據相應情況分別處理。

　　六、虛擬設備SPOOL系統（ 領會 ）

　　1、實現 虛擬設備 的目的：用一種物理設備模擬另一類物理設備，使各作業在執行期間只使用虛擬的設備而不直接使用物理的獨占設備。這種技術可使獨占的設備變成可共享的設備，使得設備的利用率和系統效率都能得到提高。

　　2、實現虛擬設備的 硬件條件 ：大容量磁盤；中斷裝置和通道；中央處理器與通道并行工作的能力。（另外，實現虛擬設備的軟件條件是要求操作系統采用多道程序設計技術。）

　　3、虛擬設備的實現原理：對于多道程序，輸入時將一批作業的信息通過輸入設備預先傳送到磁盤上。輸出時將作業產生的結果也全部暫時存在磁盤上而不直接輸出，直到一個作業得到全部結果而執行結束時再行輸出。（就是用磁盤來模擬輸入機和打印機的工作，把它們的工作內容先保存起來，然后一并執行）

　　4、SPOOL系統的組成和實現：

　　井：為實現虛擬設備在磁盤上劃出的專用存儲空間，用于存放作業的初始信息和執行結果。

　　SPOOL系統由三部分程序組成：

　　預輸入程序 .通過該程序把作業流中每個作業的初始信息傳送到“輸入井”保存起來以以備作業執行時使用。

　　井管理程序 ：通過該程序來保證作業正確及時地從“井”中讀取或寫入信息。它使得每個用戶感覺到自己都在使用獨立的輸入輸出設備。

　　緩輸出程序 .它負責查看“輸出井”中是否有待輸出的結果信息，若有則啟動打印機把作業結果輸出。

　　為什么可以提高效率？簡單地說就是這么幾件事：并行工作、代替操作、同時進行。

　　一個技術創新可以提高多少效率啊。

　　5、實現虛擬設備為什么可以提高系統效率：

　　SPOOL系統借助硬件的中斷裝置和通道技術使得中央處理器與各種外圍設備以及各外圍設備之間均可 并行工作。操作系統采用多道程序設計技術，合理分配處理器，實現聯機的外圍設備同時操作。

　　作業執行時從磁盤上讀寫信息來 代替 從輸入機和打印機的讀寫 操作 ，不僅使多個作業可以同時執行，而且加快了作業的執行速度，提高了單位時間內處理作業的能力。在作業執行的 同時 還可利用輸入機繼續預輸入作業信息和利用打印機輸出結果，于是，整個系統可以是第一批作業的執行結果在打印輸出，第二批作業正在處理，第三批作業信息正在預輸入到磁盤的“輸入井”中。

　　這種聯機 同時操作 極大地提高了獨占設備的利用率，也使計算機系統的各種資源被充分利用。