計算機操作系統(tǒng)ch07

計算機操作系統(tǒng)OperatingSystemofComputer第七章設(shè)備管理主要內(nèi)容：I/O系統(tǒng)的組成I/O控制方式緩沖管理設(shè)備分配設(shè)備處理SPOOLING技術(shù)知識點及要求：了解操作系統(tǒng)處理用戶I/O請求的基本過程。要求掌握通道、緩沖、設(shè)備獨立性的概念。掌握I/O控制方式及設(shè)備驅(qū)動程序，設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及分配程序。掌握設(shè)備分配技術(shù)，設(shè)備管理程序功能，理解緩沖技術(shù)和Spooling系統(tǒng)及磁盤調(diào)度算法。7.1概述7.1.1設(shè)備的分類

1、按傳輸速率分低速設(shè)備：每秒幾個到數(shù)百字節(jié)。如Modem中速設(shè)備：每秒數(shù)千到數(shù)萬字節(jié)。如打印機高速設(shè)備：每秒數(shù)百K到數(shù)兆。如磁盤、磁帶2、按信息交換的單位分類字符設(shè)備：I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)，如打印機、modem等。特征：速率較低、中斷驅(qū)動。塊設(shè)備

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I/O傳輸?shù)膯挝皇菈K，如磁盤、磁帶。特征：速率高（幾兆）、可隨機訪問任一塊、DMA方式驅(qū)動。3.按資源管理方式分類獨占型設(shè)備：在任一段時間內(nèi)最多有一個進(jìn)程占用它，字符設(shè)備及磁帶機屬獨占型設(shè)備。即臨界資源。共享型設(shè)備：多個進(jìn)程對它的訪問可以交叉進(jìn)行，除磁帶機外的塊設(shè)備屬共享設(shè)備。虛擬設(shè)備：在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。7.1.2設(shè)備管理的目標(biāo)1.設(shè)備獨立性 所謂設(shè)備獨立性：用戶在編制程序時，使用邏輯設(shè)備名，由系統(tǒng)實現(xiàn)從邏輯設(shè)備到物理設(shè)備（實際設(shè)備）的轉(zhuǎn)換。用戶能獨立于具體物理設(shè)備而方便的使用設(shè)備。兩種類型的設(shè)備獨立性獨立于同一類設(shè)備中的某臺具體設(shè)備。如果一個系統(tǒng)中有若干臺相同的設(shè)備，用戶編程時不指定使用哪一個具體的設(shè)備，而僅說明要使用哪一類設(shè)備，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前這一類設(shè)備的具體狀況給用戶分配一臺具體的設(shè)備。用戶不用關(guān)心他所使用的到底是哪一臺設(shè)備。獨立于不同類型的設(shè)備。例如有一程序要求輸入信息，可以從各種不同類型的輸入設(shè)備上給程序輸入數(shù)據(jù)，則稱該程序是獨立于不同類型的輸入設(shè)備的。又如在MS-DOS系統(tǒng)中，程序的I/O操作不必指出在哪臺設(shè)備上進(jìn)行，一般情況下是從鍵盤上輸入數(shù)據(jù)，而在顯示器上輸出數(shù)據(jù)。但用戶可以做一次聯(lián)機操作命令Ctrl+P，則輸出數(shù)據(jù)可以在打印機上打印出來。2.提高設(shè)備利用率提高設(shè)備的使用效率是操作系統(tǒng)設(shè)備管理的重要目標(biāo)。為達(dá)到此目標(biāo)除了要合理分配和使用外部設(shè)備外，還應(yīng)努力提高設(shè)備同CPU的并行程度。與此有關(guān)的技術(shù)有：通道技術(shù)和緩沖技術(shù)。3.設(shè)備的統(tǒng)一管理外設(shè)的種類繁多，特性各異，主要差別反映在以下幾個方面：速度：不同的設(shè)備處理和傳遞信息的速度差別甚大，如鍵盤每秒鐘只能處理幾個或幾十個字符，而磁盤的處理速度可達(dá)幾十MB/S。傳遞單位：有的設(shè)備以字符為單位傳遞信息，如鍵盤。有的以字符塊為單位傳遞信息，如磁盤。操作方法和特性：各種設(shè)備都有自己的特性和操作方法，如卡片機中的卡片不能倒退，磁帶機可反繞，磁盤可隨機存取。出錯條件：各種設(shè)備的出錯條件不同，有的可能產(chǎn)生奇偶錯，打印機可能產(chǎn)生無紙錯等。設(shè)備管理程序力圖隱蔽上述各種設(shè)備的差別，向用戶提供統(tǒng)一的設(shè)備使用接口，這會給系統(tǒng)的設(shè)計帶來困難，但方便了用戶。如UNIX系統(tǒng)把外設(shè)作為特別文件處理，把設(shè)備看作文件，用操作文件的方法來操作設(shè)備，這極大地方便了用戶。這種設(shè)備管理方法無疑是個重大的突破。7.1.3設(shè)備管理的功能1.監(jiān)視系統(tǒng)中所有設(shè)備的狀態(tài)一個計算機系統(tǒng)中存在著許多設(shè)備，在系統(tǒng)運行期間這些設(shè)備都在處理各自所承擔(dān)的工作，并處于各種不同的狀態(tài)，系統(tǒng)要有效地管理和使用這些設(shè)備就必須監(jiān)視它們的工作狀態(tài)。系統(tǒng)為每個設(shè)備設(shè)置設(shè)備控制塊DCB結(jié)構(gòu)，在DCB中登記了設(shè)備的狀態(tài)信息，系統(tǒng)是經(jīng)過對DCB的查詢來監(jiān)視設(shè)備的活動的。2.設(shè)備的分配在多用戶或多進(jìn)程的環(huán)境中，每個用戶在完成各自的任務(wù)時總是要使用外設(shè)，為用戶或進(jìn)程分配設(shè)備是設(shè)備管理的主要功能之一。設(shè)備分配包括：設(shè)備分配策略、分配的方式、分配技術(shù)和選擇用戶的算法。3、I/O控制

I/O控制是設(shè)備管理的另一功能，它包括設(shè)備驅(qū)動和設(shè)備中斷處理。7.1.4設(shè)備管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備控制塊(DCB)DCB是設(shè)備管理的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)中較全面地反映了每臺設(shè)備的特性、連接和使用的狀態(tài)等信息。當(dāng)一臺設(shè)備進(jìn)入系統(tǒng)時必須創(chuàng)立相應(yīng)的DCBDCB的內(nèi)容設(shè)備標(biāo)識符：系統(tǒng)有許多設(shè)備，為區(qū)別起見為每臺設(shè)備取個名，這個名叫設(shè)備標(biāo)識符。設(shè)備屬性：反映設(shè)備的相應(yīng)特性和類型設(shè)備I/O總線地址：設(shè)備和CPU是通過I/O總線連接起來的，它在總線上有個地址。設(shè)備狀態(tài)：指設(shè)備當(dāng)時所處的狀態(tài)。等待隊列指針：等待使用該設(shè)備的進(jìn)程組成等待隊列，這里存放等待隊列的隊首指針。圖示7.2I/O控制方式循環(huán)測試I/O方式I/O中斷方式DMA方式通道方式7.2.1循環(huán)測試I/O方式

早期，I/O控制器是OS同硬件之間的接口。它有兩個寄存器：數(shù)據(jù)緩沖寄存器、控制寄存器。控制寄存器有幾個重要的信息位：啟動位、完成位、忙位。CPU外部設(shè)備控制邏輯電路控制寄存器I/O控制器數(shù)據(jù)寄存器工作過程以輸入為例1.把啟動位置12.反復(fù)測試完成位，為0轉(zhuǎn)2，為1轉(zhuǎn)33.把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀走。浪費大量CPU時間7.2.2I/O中斷方式I/O控制器能發(fā)中斷。工作過程：1.把啟動位置1，本進(jìn)程（A）變?yōu)榈却隣顟B(tài)，轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度，調(diào)度另一進(jìn)程B。2.輸入完成時，控制器發(fā)出中斷，中斷B，通過中斷進(jìn)入中斷處理程序。3.在中斷處理程序中把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)取走，放入內(nèi)存特定位置M，喚醒等待進(jìn)程A，中斷返回到B的斷點繼續(xù)執(zhí)行。4.在以后的某個時刻OS調(diào)度要求輸入的進(jìn)程A。A從M取數(shù)處理。

分析同前相比，CPU利用率大大提高。缺點：每臺設(shè)備每輸入輸出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)都有一次中斷。如果設(shè)備較多時，中斷次數(shù)會很多，使CPU的計算時間大大減少。為減少中斷對CPU造成的負(fù)擔(dān)，可采用DMA方式和通道方式?？刂破鞴δ芨鼜?，除有中斷功能外，還有一個DMA控制機構(gòu)。在DMA控制器的控制下，設(shè)備同主存之間可成批交換數(shù)據(jù)，不用CPU干預(yù)。7.2.3DMA方式工作過程1.當(dāng)進(jìn)程要求輸入時，把要求傳送的內(nèi)存始址（M）和要傳的字節(jié)數(shù)送入DMA的內(nèi)存地址寄存器和傳送字?jǐn)?shù)寄存器2.把啟動位置1。設(shè)備開始工作。進(jìn)程（A）掛起。調(diào)度另一進(jìn)程（B）3.一批數(shù)據(jù)輸入完成后，DMA中斷B，轉(zhuǎn)向中斷處理程序。4.中斷處理程序喚醒A，返回B的斷點繼續(xù)執(zhí)行。5.以后OS調(diào)度A運行時，A從M處取數(shù)據(jù)處理。DMA方式與中斷的主要區(qū)別中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)滿后，發(fā)中斷請求，CPU進(jìn)行中斷處理。

DMA方式則是在所要求傳送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時要求CPU進(jìn)行中斷處理，大大減少了CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù)。中斷方式的數(shù)據(jù)傳送是由CPU控制完成的而DMA方式則是在DMA控制器的控制下不經(jīng)過CPU控制完成的。CPU向控制器發(fā)出啟動DMA通知和有關(guān)參數(shù)控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問請求訪問內(nèi)存（讀、寫）計數(shù)器減1結(jié)束否發(fā)中斷NYDMA的實現(xiàn)流程7.2.4通道方式1.I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在大型計算機系統(tǒng)中較為典型的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是主機、通道、控制器和外部設(shè)備。CPU外部設(shè)備通常由機械的和電子的兩部分組成，電子部分構(gòu)成控制器，也叫適配器。一個控制器可交替地控制幾臺同類設(shè)備，例如一個磁盤控制器可以控制兩臺磁盤驅(qū)動器。在沒有通道的計算機系統(tǒng)中，中央處理機是通過控制器控制I/O操作的。在采用了中斷技術(shù)以后，中央處理機和外部設(shè)備已能在一定程度上并行工作，但每傳一個信息單位（一個字節(jié)或一個字符塊），就要插入一次中斷處理，每次中斷處理CPU少則要執(zhí)行幾十條指令，多則要執(zhí)行上千條指令，當(dāng)一個系統(tǒng)配置的設(shè)備較多時，I/O操作較為頻繁的情況下，CPU可能完全陷入I/O處理，這樣會大大地降低計算機系統(tǒng)的效率，解決的方法就是用到通道技術(shù)。

2.通道概念為使中央處理機從繁忙的I/O處理中擺脫出來，現(xiàn)代大、中型計算機系統(tǒng)中設(shè)置了專門的處理I/O操作的處理機，并把這種處理機稱為通道。通道在CPU的控制下獨立地執(zhí)行通道程序，對外部設(shè)備的I/O操作進(jìn)行控制，以實現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間成批的數(shù)據(jù)交換。 通道=I/O處理機當(dāng)完成CPU交給的任務(wù)后，向CPU發(fā)出中斷信號，請求CPU的處理。這樣就使得CPU基本上擺脫了I/O操作的處理工作，提高了CPU與設(shè)備之間的并行程序，從而提高了整個計算機系統(tǒng)的效率。通道程序是由通道指令組成，一個通道可以分時的方式執(zhí)行幾道程序。每道程序控制一臺外部設(shè)備，因此每道通道程序稱為子通道。字節(jié)多路通道：字節(jié)多路通道是以字節(jié)為基本傳輸單位，當(dāng)一子通道控制的某臺外設(shè)交換了一個字節(jié)后，就轉(zhuǎn)向下一個子通道，以控制下一臺設(shè)備傳送一個字節(jié)。這就實現(xiàn)了子通道的循環(huán)輪轉(zhuǎn)，以達(dá)到多路控制的目的，字節(jié)多路通道主要用來控制低速、并且以字節(jié)為基本傳送單位的設(shè)備。如打印機。3.通道的種類數(shù)據(jù)選擇通道：這種通道一次執(zhí)行一個通道程序，控制一臺設(shè)備連續(xù)地傳送一批數(shù)據(jù)，當(dāng)一個程序執(zhí)行完后，才轉(zhuǎn)向下一個程序，它的優(yōu)點是傳輸速度高，缺點是一次只能控制一臺設(shè)備進(jìn)行I/O操作。它主要用來控制高速外設(shè)。如磁盤。選擇通道數(shù)據(jù)多路通道：

這種通道是上述兩種通道的折中，可以分時的方式執(zhí)行多道程序，每道程序可傳送一組數(shù)據(jù)。它主要用于中速設(shè)備的控制。如磁帶機。在一大型系統(tǒng)中可以同時存在這三種類型的通道以便控制各種不同類型的設(shè)備。4.通道指令和通道程序通道有它自己的指令系統(tǒng)，用這些指令編寫的程序叫通道程序，通道只能執(zhí)行通道程序，不可能執(zhí)行用戶進(jìn)程。

通道程序保存在內(nèi)存中5.通道的工作過程某進(jìn)程在運行過程中，若提出了I/O請求，則通過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入操作系統(tǒng)，系統(tǒng)首先為I/O操作分配通道和外設(shè)，然后按I/O請求生成通道程序并存入內(nèi)存，把起始地址送入通道的首地址寄存器（CAW），接著CPU發(fā)出啟動通道的指令。中央處理機啟動通道后，通道的工作過程為：根據(jù)CAW，從內(nèi)存取出通道指令，送入通道控制字寄存器（CCW），并修改CAW，使其指向下一條通道指令。執(zhí)行CCW中的通道指令，進(jìn)行實際的I/O操作，執(zhí)行完畢后，如果還有下一條指令，則返回前一步，否則轉(zhuǎn)下一步。發(fā)出中斷信號通知CPU通道程序已執(zhí)行完成。通道的發(fā)展新的通道思想綜合了許多新的技術(shù)在個人計算機中，芯片組中有專門的I/O處理芯片，稱為IOP（IOProcessor），發(fā)揮通道的作用IBM390中，沿用了輸入輸出通道概念

IBM于1998年推出光纖通道技術(shù)（稱為FICON），可通過FICON連接多達(dá)127個大容量I/O設(shè)備。傳輸速度是333MHz／s，未來將達(dá)到1GHz／s。

光纖通道技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，可簡化大型存儲系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點。在大容量高速存儲，如大型數(shù)據(jù)庫、多媒體、數(shù)字影像等應(yīng)用領(lǐng)域，有廣泛前景。7.3緩沖技術(shù)常用的緩沖技術(shù)單緩沖雙緩沖環(huán)形緩沖緩沖池7.3.1引言緩沖技術(shù)的目的是為了提高中央處理機與外設(shè)的并行程度。計算機系統(tǒng)中的各種設(shè)備(包括中央處理機)的運行速度差異甚大，CPU的運行速度是以微秒甚至以納秒計，而設(shè)備的運行速度則是以毫秒甚至以秒計。（速度的差異）另一方面系統(tǒng)的負(fù)荷也不均勻，有時處理機進(jìn)行大量的計算工作，沒有I/O操作，有時又會進(jìn)行大量的I/O操作，這兩個極端都會造成系統(tǒng)中的一些設(shè)備過于繁忙，一部分設(shè)備過于空閑，嚴(yán)重地影響CPU與外設(shè)的并行工作。為此人們提出用緩沖技術(shù)來匹配CPU與設(shè)備的速度的差異和負(fù)荷的不均勻，從而提高處理機與外設(shè)的并行程度。凡是數(shù)據(jù)到達(dá)和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術(shù)。緩沖技術(shù)可以用硬件緩沖器來實現(xiàn)，在設(shè)備控制器中有硬件緩沖器，通常容量較小，一般為1個字節(jié)。軟件緩沖技術(shù)是應(yīng)用廣泛的一種緩沖技術(shù)，它由緩沖區(qū)和對緩沖區(qū)的管理兩部分組成。7.3.2常用的緩沖技術(shù)單緩沖雙緩沖環(huán)形緩沖緩沖池1.單緩沖最簡單的一種緩沖形式。當(dāng)進(jìn)程發(fā)出一I/O請求時，OS為之分配一緩沖區(qū)。對于輸入：設(shè)備先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，OS再將數(shù)據(jù)傳給進(jìn)程。對于輸出：進(jìn)程先將數(shù)據(jù)傳入緩沖區(qū)，OS再將數(shù)據(jù)送出到設(shè)備。2.雙緩沖技術(shù)為了加快輸入輸出速度，引入雙緩沖技術(shù)。原理：設(shè)置兩個緩沖區(qū)buf1和buf2。讀入數(shù)據(jù)時，首先輸入設(shè)備向buf1填入數(shù)據(jù)，然后進(jìn)程從buf1提取數(shù)據(jù)，在進(jìn)程從buf1提取數(shù)據(jù)的同時。輸入設(shè)備向buf2中填數(shù)據(jù)。當(dāng)buf取空時，進(jìn)程又從buf2中提取數(shù)據(jù)，與此同時輸入設(shè)備向buf1填數(shù)。如此交替使用兩個緩沖區(qū)，使CPU和設(shè)備的并行操作的程度進(jìn)一步提高。

3.環(huán)形緩沖技術(shù)當(dāng)生產(chǎn)和消費數(shù)據(jù)的速度基本匹配時，雙緩沖能獲得較好效果。但若兩者速度相差甚遠(yuǎn)時，效果不太理想。但隨著緩沖區(qū)的數(shù)量增加，使情況有所改善。因此引入環(huán)形緩沖技術(shù)。環(huán)形緩沖技術(shù)是在主存中分配一組大小相等的存儲區(qū)作為緩沖區(qū)，并將這些緩沖區(qū)鏈接起來。系統(tǒng)中有個緩沖區(qū)鏈?zhǔn)字羔?，指向第一個緩沖區(qū)，每個緩沖區(qū)中有一個指向下一個緩沖區(qū)的指針，最后一個緩沖區(qū)中的指針指向第一個緩沖區(qū)，從而形成環(huán)形緩沖區(qū)鏈。如圖所示。系統(tǒng)可循環(huán)使用這些緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)用于輸入(輸出)時，還要有兩個指針I(yè)N和OUT。示意圖IN指向可接收數(shù)據(jù)的空閑緩沖區(qū)的首址，OUT指針指向裝好數(shù)據(jù)且未取走的緩沖區(qū)首址。系統(tǒng)初啟時，指針被初始化為IN和OUT與首指針START相等，即START=IN=OUT。對于輸入信息而言，設(shè)備接收信息時，信息輸入到IN指向的緩沖區(qū)，當(dāng)一個緩沖區(qū)裝滿后，IN指針指向下一個空閑緩沖區(qū)。當(dāng)從緩沖區(qū)中提取信息時，提取由OUT指向的緩沖區(qū)中的信息，提取完畢，將OUT指針指向下一個裝滿信息的緩沖區(qū)。系統(tǒng)必須考慮到這種方案的約束條件，即IN<>OUT(初始狀態(tài)除外)。從設(shè)備輸入信息的操作和提取信息的操作共用環(huán)形緩沖時有一定的同步關(guān)系:OUT<IN。當(dāng)OUT到達(dá)IN時，處理數(shù)據(jù)的進(jìn)程必等待。由于該方案是個環(huán)形鏈;故當(dāng)IN指針達(dá)到最后一個緩沖區(qū)時，它將指向START指當(dāng)IN到達(dá)OUT時，從設(shè)備輸入信息的操作也必須等待。

4.緩沖池環(huán)形緩沖區(qū)一般用于特定的進(jìn)程，屬于專用緩沖區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)較大時，將會有許多這樣的環(huán)形緩沖區(qū)，這不僅要消耗大量的內(nèi)存空間，利用率也不高。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流行公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個進(jìn)程共享。緩沖池由內(nèi)存中一組大小相等的緩沖區(qū)組成，池中各緩沖區(qū)的大小與用于I/O的設(shè)備的基本信息單位相似，緩沖池屬于系統(tǒng)資源，由系統(tǒng)進(jìn)行管理。緩沖池中各緩沖區(qū)可用于輸出信息，也可用于輸入信息，并可根據(jù)需要組成各種緩沖區(qū)隊列。7.4其它技術(shù)總線技術(shù)USB技術(shù)SCSI接口技術(shù)即插即用技術(shù)網(wǎng)絡(luò)I/O設(shè)備7.4.1總線技術(shù)新一代計算機出現(xiàn)，帶來了總線技術(shù)的更新1.總線的基本概念：

在計算機系統(tǒng)內(nèi)各種子系統(tǒng)，如CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備等之間，構(gòu)建公用的信號或數(shù)據(jù)傳輸通道。這種可共享的傳輸通道稱為總線。2.總線的分類總線的分類CPU-內(nèi)存總線I/O總線數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線（非本課程范圍）微型計算機總線的種類和發(fā)展SCSI總線1394總線PC／XT總線ISA總線MCA總線EISA總線VESA總線

PCI總線USB總線…...(過時)ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）

ISA基于PC／AT總線，是由IEEE（美國電氣電子工程師協(xié)會）1987年正式確立的標(biāo)準(zhǔn)。ISA槽是一個黑色的62＋36線插槽。ISA工作頻率定在8.33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率為8.33MB／s。隨著系統(tǒng)工作頻率的迅速提高，其配用的擴展卡也逐漸被淘汰，現(xiàn)在最新的主板已開始取消ISA槽。PCI（外圍部件互連）1993年Intel發(fā)表PCI2.0版，PCI開始走進(jìn)主板。PCI有32位和64位兩種，32位PCI槽124線，64位槽188線，目前常用的是32位插槽。PCI槽的時鐘頻率為33.3MHz，32位PCI的數(shù)據(jù)傳輸率為133MB／s，大大高于ISA。所以PCI問世后迅速成了擴展總線的主流，流行的擴展卡也都轉(zhuǎn)移到PCI上，如顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡、MODEM卡等等。AGP（加速圖形端口）1996年Intel公司在PCI的基礎(chǔ)上專為顯示卡接口提出AGP標(biāo)準(zhǔn)。AGP使用32位數(shù)據(jù)總線，工作頻率為66.6MHzAGP1x的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)266MB/s，AGP2x在一個時鐘周期的上升沿和下降沿各傳輸一次資料，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到533MB／s，而AGP4x的理論傳輸率為1.066GB／s。IEEE1394IEEE1394是1995年由IEEE將APPLE公司高速串行總線“FIREWIRE”標(biāo)準(zhǔn)化而成，目前還在發(fā)展中。IEEE1394適用于聲音、圖像和視頻多媒體產(chǎn)品、高速打印機和掃描儀產(chǎn)品、硬盤等存儲設(shè)備、數(shù)碼攝影機、顯示器和影音錄放設(shè)備等。IEEE1394的特點標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸率分三種：100Mbps、200Mbps和400Mbps,IEEE1394商業(yè)聯(lián)盟計劃將它提高到800Mbps、1Gbps和1.6Gbps；支持同步模式傳輸,可實現(xiàn)“準(zhǔn)實時”的多媒體數(shù)據(jù)傳輸；連接方便，易于擴展，不必設(shè)定標(biāo)識號和連接終端負(fù)載，可采用菊花鏈或樹形方式連接，所有連接的設(shè)備是平等關(guān)系，不用個人計算機介入也可形成系統(tǒng)，支持熱插拔。單根線纜最長為4.5米，最大可進(jìn)行15級級聯(lián)，連接最大距離為72米；采用6股銅芯線纜，兩股用于供電，另外四股分為兩對雙絞線，接頭小巧耐用。7.4.2USB技術(shù)USB（UniversalSerialBus）通用串行總線一種連接I/O串行設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)USB是以Intel為主并有Compaq、MicroSoft、IBM、DEC、NEC、NorthernTelecom7家公司共同制定的串行接口規(guī)格。USB接口適用于低、中速的外圍設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機、數(shù)碼相機、調(diào)制解調(diào)器、掃描儀等。USB設(shè)備的分類USB設(shè)備分為兩類：（1）USB集線器：本身可再接其他USB外圍設(shè)備。（2）USB設(shè)備：連接在計算機上用來完成特定功能并符合USB規(guī)范的I/O設(shè)備單元，如鼠標(biāo)、鍵盤等。USB的傳輸方式4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式：（1）等時傳輸方式以固定的傳輸速率，連續(xù)不斷傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)生錯誤時，USB不處理，而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)。用于需要連續(xù)傳輸，且對數(shù)據(jù)的正確性要求不高而對時間極為敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、音箱以及電話等。（2）中斷傳輸方式該方式傳送的數(shù)據(jù)量很小，但這些數(shù)據(jù)需要及時處理，以達(dá)到實時效果，此方式主要用在鍵盤、鼠標(biāo)以及游戲手柄等外部設(shè)備上。

（3）控制傳輸方式處理器與USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，包括設(shè)備控制指令、設(shè)備狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令。當(dāng)USB設(shè)備收到這些數(shù)據(jù)和命令后將按照先進(jìn)先出的原則按隊列方式處理到達(dá)的數(shù)據(jù)。（4）批傳輸方式用來傳輸要求正確無誤的數(shù)據(jù)。通常打印機、掃描儀和數(shù)碼相機以這種方式與主機連接。除等時傳輸方式外，其他3種方式在數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯誤時，都會試圖重新發(fā)送數(shù)據(jù)以保證其準(zhǔn)確性。USB的特點數(shù)據(jù)傳輸具有1.5Mbps和12Mbps兩種方式；連接方便，易于擴展，可使用集線器進(jìn)行樹形連接，連接的設(shè)備最多可達(dá)6層127個，支持熱插拔；連接的設(shè)備之間不是平等關(guān)系而是親子關(guān)系，上下游的關(guān)系明確，對上和對下的電纜插頭不一樣，而且必須用個人計算機作為主設(shè)備，各個分設(shè)備只能同主設(shè)備進(jìn)行通信并受主設(shè)備的控制；單根線纜最長為5米；采用4股銅芯線纜，兩股用于供電，直接由主板提供＋5V電源，另外二股為信號線；USB2.0規(guī)范將最高速率提高到480Mbps。7.4.3SCSI接口技術(shù)小型計算機系統(tǒng)接口（SmallComputerSystemInterface）最早研制于1979年，原是為小型機的研制出的一種接口技術(shù)，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植到了普通微機上。在計算機外部設(shè)備，尤其是存儲設(shè)備的接口方面SCSI接口和IDE接口一直是飛速發(fā)展的兩大陣營。IDE接口價格低廉，兼容性好，主板的BIOS能夠支持，使用方便，長期以來的不斷改進(jìn)，使其性能也有了長足的進(jìn)步，傳輸速率現(xiàn)已達(dá)到66MB/S。SCSI接口從技術(shù)和性能上說，其始終擁有著頂級設(shè)備的特征。IDE接口在PC機上擁有絕大多數(shù)的市場份額。SCSI接口卻以其優(yōu)異的性能成為高端電腦市場的絕佳選擇。二者的區(qū)別主要在于：IDE的工作方式需要CPU的全程參與SCSI接口則完全通過獨立的高速的SCSI卡來控制數(shù)據(jù)的讀寫操作。優(yōu)缺點SCSI接口優(yōu)點：1.適應(yīng)面廣，在一塊SCSI控制卡上就可以同時掛接15個設(shè)備2.高性能（具有很多任務(wù)、寬帶寬及少CPU占用率等特點）3.具有外置和內(nèi)置兩種

SCSI接口缺點：價格昂貴、安裝復(fù)雜7.4.4即插即用技術(shù)PlugandPlay

計算機系統(tǒng)I/O設(shè)備與部件配置的應(yīng)用技術(shù)。顧名思義：插入就可用，不需要進(jìn)行任何設(shè)置操作。PnP技術(shù)的產(chǎn)生由于一個系統(tǒng)可以配置多種外部設(shè)備，設(shè)備也經(jīng)常變動和更換，它們都要占有一定的系統(tǒng)資源，彼此間在硬件和軟件上可能會產(chǎn)生沖突。因此在系統(tǒng)中要正確地對它們進(jìn)行配置和資源匹配；當(dāng)設(shè)備撤除、添置和進(jìn)行系統(tǒng)升級時，配置過程往往是一個困難的過程。PnP技術(shù)的特點(1)支持I/O設(shè)備及部件的自動配置，使用戶能夠簡單方便地使用系統(tǒng)擴充設(shè)備。(2)減少由制造商裝入的種種用戶支持和限制，簡化部件的硬件跳接設(shè)置，使I/O附加卡和部件不再具有人工跳接線設(shè)置電路。(3)在主機板和附加卡上保存系統(tǒng)資源的配置參數(shù)和分配狀態(tài)，有利于系統(tǒng)對整個I/O資源的分配和控制。(4)支持和兼容各種操作系統(tǒng)平臺，具有很強的擴展性和可移植性。(5)在一定程度上具有“熱插入”、“熱拼接”技術(shù)。7.4.5網(wǎng)絡(luò)I/O設(shè)備典型網(wǎng)絡(luò)I/O設(shè)備——網(wǎng)絡(luò)打印以往的打印模式 打印機連接到網(wǎng)上PC上，或連到文件服務(wù)器上，提供網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)。新的網(wǎng)絡(luò)打印 采用網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)器技術(shù)，打印機直接上網(wǎng)。任何數(shù)據(jù)直接送到網(wǎng)絡(luò)打印機輸出。

打印服務(wù)器還能實現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)自動切換：不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的用戶都可以直接向同一臺打印機發(fā)送打印作業(yè)，打印服務(wù)器會自動識別。較強的打印管理功能：可以管理網(wǎng)絡(luò)打印驅(qū)動，而且容易安裝和管理；可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄訪問，進(jìn)行遠(yuǎn)程打印機管理。提高工作效率。分布式的環(huán)境設(shè)置：可以安裝在網(wǎng)絡(luò)的任何地方，這種打印服務(wù)方式，就顯得更加靈活和滿足需要。7.5設(shè)備分配1.設(shè)備分配方式2.設(shè)備分配算法3.設(shè)備分配技術(shù)

7.5.1設(shè)備分配方式靜態(tài)分配：

在作業(yè)級進(jìn)行的，當(dāng)一個作業(yè)運行之前由系統(tǒng)一次分配滿足需要的全部設(shè)備，這些設(shè)備一直為該作業(yè)占用，直到作業(yè)撤消。這種分配不會出現(xiàn)死鎖，但設(shè)備的利用效率較低。動態(tài)分配 在進(jìn)程運行的過程中進(jìn)行的，當(dāng)進(jìn)程需要使用設(shè)備時，通過系統(tǒng)調(diào)用命令向系統(tǒng)提出設(shè)備請求，系統(tǒng)按一定的分配策略給進(jìn)程分配所需設(shè)備，一旦使用完畢立即釋放。顯然這種分配方式有利于提高設(shè)備的使用效率，但會出現(xiàn)死鎖，這是應(yīng)力求避免的。7.5.2設(shè)備分配算法1、先請求先服務(wù):當(dāng)有多個進(jìn)程對同一設(shè)備提出Ｉ/Ｏ請求時，該算法要求把所有發(fā)出Ｉ/Ｏ請求的進(jìn)程，按其發(fā)出請求的先后次序排成一個等待該設(shè)備的隊列。設(shè)備分配程序把Ｉ/Ｏ設(shè)備分配給隊列中第一個進(jìn)程。2、優(yōu)先級高的優(yōu)先服務(wù):對于先權(quán)相同的ＩＯ請求，則按先請求先分配的原則排隊。7.5.3設(shè)備分配技術(shù)

根據(jù)設(shè)備的特性把設(shè)備分成獨占設(shè)備、共享設(shè)備和虛擬設(shè)備三種。針對這三種設(shè)備采用三種分配技術(shù):獨享分配共享分配虛擬分配獨享分配獨占型設(shè)備有行打印機，鍵盤，顯示器。磁帶機可作為獨占設(shè)備，也可作為共享設(shè)備。若對這些設(shè)備不采用獨享分配就會造成混亂。因此對獨占設(shè)備一般采用獨享分配，即當(dāng)進(jìn)程申請獨占設(shè)備時，系統(tǒng)把設(shè)備分配給這個進(jìn)程，直到進(jìn)程釋放設(shè)備。

共享分配共享設(shè)備包括磁盤，磁帶和磁鼓。對這類設(shè)備的分配是采用動態(tài)分配的方式進(jìn)行的，當(dāng)一個進(jìn)程要請求某個設(shè)備時，系統(tǒng)按照某種算法立即分配相應(yīng)的設(shè)備給請求者，請求者使用完后立即釋放。

虛擬分配系統(tǒng)中獨占設(shè)備的數(shù)量總是有限的，這些獨占設(shè)備一旦分配給某個進(jìn)程往往只有很少時間在工作，許多時間一直處于空閑狀態(tài)。而別的進(jìn)程又因得不到相應(yīng)的設(shè)備而不能運行，因此嚴(yán)重地影響到整個計算機系統(tǒng)的效率。從另一個角度來說，獨占設(shè)備一般是低速的，若采用聯(lián)機操作，也會增加進(jìn)程的運行時間，影響計算機系統(tǒng)的效率。為提高計算機系統(tǒng)的效率，提出了在高速共享設(shè)備上模擬低速設(shè)備功能的技術(shù)，稱為虛擬設(shè)備技術(shù)。

虛擬分配是針對虛擬設(shè)備而言的。其實現(xiàn)的過程是:

當(dāng)用戶(或進(jìn)程)申請獨占設(shè)備時。系統(tǒng)給它分配共享設(shè)備的一部分存儲空間。當(dāng)程序要與設(shè)備交換信息時，系統(tǒng)就把要交換的信息存放在這部分存儲空間。在適當(dāng)?shù)臅r候再將存儲空間的信息傳輸?shù)较鄳?yīng)的設(shè)備上去處理。如系統(tǒng)打印信息時，就把要打印的信息送到某個存儲空間中去，然后由系統(tǒng)在適當(dāng)時機把存儲空間上的信息送到打印機上打印出來。這個時機可能是打印機空閑或打印機完成了一用戶的信息輸出之后。通常人們把共享設(shè)備中代替獨占設(shè)備的那部分存儲空間和相應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)稱為虛擬設(shè)備，并把對這類設(shè)備的分配稱作虛擬分配。SPOOLing系統(tǒng)Simultaneaus

PeriphernalOperationsOn-Line(外部設(shè)備同時聯(lián)機操作）。在單道批處理時期，用脫機I/O可以提高CPU利用率。多道出現(xiàn)后可以利用一道程序來模擬脫機I/O中的衛(wèi)星機，這樣可實現(xiàn)在主機控制下的脫機I/O功能。我們把這種在聯(lián)機情況下實現(xiàn)的同時外圍操作稱為SPOOLing，也稱為假脫機操作。SPOOLing系統(tǒng)的組成1.輸入井和輸出井2.輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)3.輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程SPOOLing系統(tǒng)工作原理作業(yè)執(zhí)行前預(yù)先將程序和數(shù)據(jù)輸入到輸入井中作業(yè)運行后，使用數(shù)據(jù)時，從輸入井中取出作業(yè)執(zhí)行不必直接啟動外設(shè)輸出數(shù)據(jù)，只需將這些數(shù)據(jù)寫入輸出井中作業(yè)全部運行完畢，再由外設(shè)輸出全部數(shù)據(jù)和信息好處：實現(xiàn)了對作業(yè)輸入、組織調(diào)度和輸出的統(tǒng)一管理使外設(shè)在CPU直接控制下，與CPU并行工作（假脫機）示意圖輸入裝置輸入裝置通道通道輸出裝置輸出裝置通道

主機系統(tǒng)輸入管輸