外部設(shè)備與主機(jī)的連接

3.3接

口

外部設(shè)備與主機(jī)的連接

并行通信和并行接口

串行通信和串行接口

任何數(shù)字計(jì)算機(jī)的用途很大程度上取決于它所能連接的外圍設(shè)備的范圍。遺憾的是，由于外圍設(shè)備種類繁多，速度各異，不可能簡單地把外圍設(shè)備連接在CPU上。因此，必須尋找一種方法，一邊將同某種計(jì)算機(jī)連接起來，使他們一起可以正常工作。通常這項(xiàng)任務(wù)用適配器部件來完成。通過適配器可以實(shí)現(xiàn)高速CPU和低速外設(shè)之間速度上的匹配和同步，并取決稱計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。適配器通常稱為接口。

外部設(shè)備與主機(jī)的連接

1.影響外部設(shè)備與主機(jī)連接方式的主要因素(1)I/O系統(tǒng)的工作模式·程序控制直接傳送模式·程序查詢控制模式·程序中斷控制模式·直接存儲器訪問（DMA）模式·通道控制模式·

I/O處理機(jī)控制模式(2)數(shù)據(jù)傳送方式·并行傳送·串行傳送(3)數(shù)據(jù)通信的同步方式·同步通信（發(fā)送端與接收端之間有統(tǒng)一的時鐘）

·異步通信（發(fā)送端與接收端之間無統(tǒng)一的時鐘，采用應(yīng)答控制方式。）(4)傳送信息的種類·設(shè)備地址信息·數(shù)據(jù)·設(shè)備狀態(tài)信息·控制信息2.外部設(shè)備與主機(jī)的連接模式在描述系統(tǒng)或部件之間的連接時，使用得最為廣泛的一個術(shù)語是“接口”（interface）。這里，我們把接口分為如下兩種：把插入在兩個彼此不能直接連接的機(jī)器或系統(tǒng)之間，并使它們相互連接通信的附加裝置稱為適配器（adapter）；把位于一種設(shè)備、器件上與其他設(shè)備、器件相連接的部分稱為I/O端口。適配器是主機(jī)和外部設(shè)備之間的橋梁，也可以看作是一種器件，它有1個面向主機(jī)的I/O端——系統(tǒng)接口，另1個面向設(shè)備的I/O端口——設(shè)備接口。此外在外部設(shè)備上也需要1個與適配器連接的I/O端口——設(shè)備驅(qū)動電路，在主機(jī)方面需要1個與適配器連接的I/O端口——主機(jī)的I/O接口。這3種器件或設(shè)備、4個I/O端口形成如下圖所示的結(jié)構(gòu)。I/O接口系統(tǒng)接口設(shè)備接口設(shè)備驅(qū)動電路主機(jī)適配器設(shè)備地址控制、狀態(tài)數(shù)據(jù)圖3.38外部設(shè)備與主機(jī)連接的一般模式3.I/O接口的尋址方式CPU通過端口與外部設(shè)備進(jìn)行通信：如發(fā)送命令、讀取狀態(tài)和傳送數(shù)據(jù)。為此一個接口中常設(shè)置有與這些通信操作相對應(yīng)的端口：如命令端口、狀態(tài)端口和數(shù)據(jù)端口。CPU要訪問這些端口，首先要解決尋址問題。這就是I/O接口的尋址問題。I/O接口的尋址有兩種方式：端口地址與存儲器地址統(tǒng)一編址和分別編址。前者把I/O端口當(dāng)作存儲器的一部分單元進(jìn)行訪問，即I/O端口占用了存儲器的一部分單元；CPU不設(shè)置專門的I/O指令，用統(tǒng)一的訪問存儲器的命令訪問I/O端口。后者要求用專門的I/O指令訪問I/O端口，I/O端口不占用存儲器空間，它與存儲器分別使用兩套獨(dú)立的地址編碼系統(tǒng)。并行通信和并行接口1.并行接口概述將一個字或其一部分（一個字節(jié)）的各位用多根數(shù)據(jù)線同時進(jìn)行傳輸，稱為并行通信。實(shí)現(xiàn)并行通信的接口（適配器）是并行接口。一個并行接口可以設(shè)計(jì)為只作輸出接口，或只作輸入接口，還可以設(shè)計(jì)為既作為輸入接口又作為輸出接口。并行接口可以分為硬線連接接口和可編程接口。硬線連接接口的工作方式及功能不能用編程的方法加以改變，只能用硬線連接設(shè)定；可編程接口的工作方式及功能可以用程序加以改變。2.硬線連接并行接口硬線連接并行接口可分為3種。(1)簡單并行接口簡單并行接口，也稱無條件傳送接口。它僅用于外設(shè)與CPU交換數(shù)據(jù)之前就準(zhǔn)備好了而不需要聯(lián)絡(luò)信號的情形。(2)條件傳送接口在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)外部設(shè)備與CPU之間交換的是一系列連續(xù)的數(shù)據(jù)，只有前一個數(shù)據(jù)發(fā)送或接收完成以后才能傳送下一個數(shù)據(jù)。因此接口中必須帶有自己的應(yīng)答信號，以表明設(shè)備的狀態(tài)，如設(shè)備已“準(zhǔn)備好”等。CPU在執(zhí)行I/O操作時，要先檢測外部設(shè)備是否已具備數(shù)據(jù)傳送的條件，若不具備，則等待，直至設(shè)備作好準(zhǔn)備。這種并行接口稱為條件傳送接口，或叫程序查詢方式接口。它們的特點(diǎn)是帶有應(yīng)答信號。圖3.21介紹的程序查詢控制接口就是這種接口。(3)中斷傳送I/O接口采用中斷方式與CPU交換數(shù)據(jù)，讓CPU實(shí)時地實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的讀寫操作，這種并行接口叫做中斷傳送方式I/O接口。這時I/O設(shè)備的狀態(tài)既可以作為程序查詢的標(biāo)志，又可以作為中斷請求信號。這種接口在3.2.2節(jié)中已經(jīng)作了介紹。3.可編程并行接口(8255A)

可編程實(shí)際上是具有可選擇性，如用戶可以在程序中選擇哪一個或哪幾個數(shù)據(jù)端口與外設(shè)連接；輸入和輸出分別占用端口中的哪一位或哪幾位以及選擇端口與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送模式等。它除了具有硬線連接接口的性能外，最主要的是可編程。編程由用戶用指令向端口送入方式字或控制字進(jìn)行。這種接口在微型計(jì)算機(jī)中稱為PIO。下面簡要介紹一種適合于IBM\|PC系列機(jī)的PIO芯片8255A。(1)8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.39為8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。它由A，B，C3個數(shù)據(jù)端口、A/B組控制、讀/寫控制邏輯電路和數(shù)據(jù)總線緩沖器組成。3個數(shù)據(jù)端口的組成及在PC/XT系統(tǒng)中的地址如表3.2所示。A組控制數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯B組控制A組A口(8位)A組C口高位(4位)B組C口低位(4位)B組B口(8位)PA7~PA0PC7~PC4PC3~PC0PB7~PB0D7~D0RDWRA1A0CSRESET圖3.398255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)端口端口A端口C端口B數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出PC/XT中的地址1X8位鎖存器1X8位鎖存/緩沖器60H2X4位緩沖器2X4位鎖存/緩沖器62H1X8位鎖存器1X8位鎖存/緩沖器61H表3.28255A的3個數(shù)據(jù)端口在使用中，端口A和端口B常常作為獨(dú)立的輸入端口或輸出端口；端口C常常分為上下兩部分，形成兩個4位端口，分別作為端口A和端口B的輸出控制信號和輸入狀態(tài)信號。(2)8255A的工作方式8255A有3種工作方式：①方式0方式0也稱基本I/O方式。在這種方式下，端口A和端口B以及兩個4位的端口C，形成4個端口；任一端口都可以作輸入口，也可以作輸出口，各端口之間沒有規(guī)定必然的聯(lián)系；各端口可以有16種不同的組合，可以適用于多種使用。②方式1方式1也稱選擇I/O方式。當(dāng)A，B端口按方式1工作時，C的兩個4位端口要分別作為A，B的輸出控制信號和輸入狀態(tài)信號。③方式2方式2也稱雙向傳輸方式，只適用于端口A。這時端口C要為端口A自動提供相應(yīng)的控制信號。(3)8255A控制字8255A通過指令往端口設(shè)置控制字決定工作方式?？刂谱址譃閮深悾汗ぷ鞣绞娇刂谱趾投丝贑置1/置0控制字。①工作方式控制字工作方式控制字，用以把3個端口分為A組（包括端口C的高位）和B組(包括端口C的低位）來設(shè)置工作方式。它的格式及每位定義如下圖所示。例如，要把A口指定為方式1輸入，C口上半部為輸出，B口為方式0輸出，C口下半部為輸入，工作方式字應(yīng)為10110001B或B1H。初始化程序?yàn)椋篗OVDX，63H；8255A控制口地址MOVAL，B1H；置工作方式控制字

OUTDX，AL；送控制字到控制口1D6D5D4D3D2D1D0特征位A組方式00：方式001：方式11X：方式2A口0：輸出1：輸入C4~70：輸出1：輸入B組方式0：方式01：方式1B口0：輸出1：輸入C0~30：輸出1：輸入②端口C置1/置0控制字這個控制字可以使端口C中的任一位置0/置1，設(shè)置相應(yīng)的控制位。它的格式及每位的定義如下圖所示。例如，要對端口C的PC7位置1，則控制字應(yīng)為00001111B，即0FH；而端口C的PC3要置0，則控制字應(yīng)為00000110B，即06H。則相應(yīng)程序段為

MOVAL，OF；送對PC7置1控制字

MOVDX，63H；控制口地址送DXOUTDX，AL；對PC7，置1MOVAL，06H；送控制字06H到ALOUTDX,AL；對PC3置04.微型計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)并行口1D6D5D4D3D2D1D0特征位不用位選擇000：C口0位001：C口1位::111：C口7位1：置位0：復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)接口即通用接口。目前的標(biāo)準(zhǔn)并行接口主要作為打印機(jī)端口，接口使用25針DB-25連接器。常用的并行接口有如下幾種：·標(biāo)準(zhǔn)并行接口:有4位、8位和半8位。大多數(shù)的PC機(jī)配有4位或8位并口?！PP口(增強(qiáng)并行口):8位雙向傳送,可以用于連接掃描儀、CD-ROM驅(qū)動器等非打印設(shè)備?！CP口(擴(kuò)展并行口):支持多個邏輯設(shè)備尋址,在多任務(wù)環(huán)境下可以使用DMA方式。目前很多高檔微機(jī)的主板都集成了并行口插座，標(biāo)注為LPT1,LPT2或Paralle1和Paralle2。

5.磁盤接口磁盤是一般計(jì)算機(jī)的駐在設(shè)備，因此磁盤與主機(jī)的接口顯得尤為重要，常見的磁盤接口有如下兩種：（1）IDE接口

IDE接口也稱ATA端口,通常用于微機(jī)上做磁盤接口。IDE接口最多可接兩個容量不超過528M的磁盤驅(qū)動器,不支持DMA方式,但其成本低,在微機(jī)中很流行,幾乎所有的586主板上都集成了兩個IDE接口插座,標(biāo)注為IDE1和IDE2。（2）EIDE接口

EIDE接口是對IDE的改進(jìn)，它可連接4個外設(shè)，而且外設(shè)不僅可以是磁盤，還可以是CD-ROM和其他磁盤備份設(shè)備。對于硬盤的容量，可以控制的范圍提高到了8G，其數(shù)據(jù)傳輸率要比IDE高。串行通信和串行接口串行通信是在一根傳輸線上一位一位地傳輸信息。由于所用的傳輸線根數(shù)少，特別適合于遠(yuǎn)距離的信息傳送。1.串行通信的同步方式和異步方式并行通信時，一組信息按位分別同時傳送，聯(lián)絡(luò)信號通過專用的控制線傳送，數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)線傳送，由于所用的線不同，各位的作用很清楚。串行通信時情況就不同了。一組信息要一位一位地傳送，聯(lián)絡(luò)信號、數(shù)據(jù)信號都在一根線上依次傳送，為區(qū)分它們，就要給出串行通信的信息格式約定，并把串行通信分為異步和同步兩種信息格式，形成異步通信和同步通信兩種方式。異步通信(又稱起止式通信)是把每個字符作為獨(dú)立的整體進(jìn)行傳輸。為實(shí)現(xiàn)通信雙方的同步，每位字符傳送組織的方式如下圖所示：編碼第1位前加1位起始位，表示一個字符傳送的開始，編碼的最后1位后加1位或多位停止位，表示一個字符傳送完畢。信息編碼與停止位之間可插入校驗(yàn)位。這種通信方式中，從一個字符的結(jié)束到下一個字符的開始沒有固定的時間間隔，因此稱之為異步通信。0/10/1100/10/10/10/10/10/10/10/1100/10/10/10/1奇偶校驗(yàn)停止位起始位低位高位7位數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)停止位起始位7位數(shù)據(jù)第n個字符第(n+1)個字符第(n-1)個字符下降邊指出下一個字符的開始數(shù)據(jù)流向同步通信魂是把數(shù)據(jù)頓塊(字符婚順序組織蹄)作為傳剪輸單位，慚格式如下馳圖所示，彎只在數(shù)據(jù)甩塊的首部構(gòu)加同步字并符，表示詞數(shù)據(jù)傳送傅的開始，題數(shù)據(jù)塊的白數(shù)據(jù)間沒毀有空隙，圓嚴(yán)格按規(guī)鞏定的速率喜發(fā)送和接片收，在數(shù)咽據(jù)塊尾部材可帶校驗(yàn)弟碼，最后給以同步字忍符結(jié)束，仰表示數(shù)據(jù)賣塊傳送結(jié)腫束。數(shù)據(jù)份塊連同附怒加的同步斥字符和校端驗(yàn)碼信息估稱為一幀件。SYNC字符1字符2…字符nCRC1CRC偷2SYNC1幀同步字符（開始）同步字哭符（結(jié)束）檢驗(yàn)字符1檢驗(yàn)字符2同步字字符起聯(lián)爐絡(luò)作用岸。不同惹的通信永系統(tǒng)對襲同步字毅符的約柳定不同找，有的慚約定用絞011業(yè)111徐10作董為同步耽字符，澆有的約籃定用0刪001爆011犧0作為疏同步字駕符。傳振送開始糊后，接立收設(shè)備遍首先搜云索同步搬字符?？圃谕脚踝址笸?，傳送郊的是一叢個數(shù)據(jù)捏塊，為茶了正確抵地接收愛字符，幼要求接降收設(shè)備憐和發(fā)送掃設(shè)備?？鸪滞耆盏耐接伞６鵀橐琢耸箖筛蓚€系統(tǒng)趨的時鐘訪同步，袖需要有絡(luò)專門的栽設(shè)備（態(tài)近距離犧傳輸時迫，增加赴一根時脈鐘信號真線）或躺采用鎖掀相技術(shù)恒（遠(yuǎn)距聽離通信閱時）等羨提取同甩步信號垃。2.怎串行接士口串行通信降接口的基沉本任務(wù)有富如下幾條慌：(1)拔實(shí)現(xiàn)串行份數(shù)據(jù)格式察化在異步通經(jīng)信方式下泊，自動生鴉成（發(fā)送典時）或去獨(dú)掉（接收斥時）啟/谷停位。在權(quán)同步通信笑方式下發(fā)舌送時，在開數(shù)據(jù)塊前岸自動加上濟(jì)同步字符敗。(2)銅進(jìn)行志串\|沒并變換把外部差的串行茄輸入碼攪轉(zhuǎn)換成彩計(jì)算機(jī)伐所需的謙并行碼囑，把計(jì)斤算機(jī)內(nèi)姑部的并豬行碼轉(zhuǎn)揪換為在糠外部傳炸送的串而行碼。(3)嗚可靠御性檢驗(yàn)發(fā)送時砍接口電化路自動左生成奇題偶校驗(yàn)筍位等校史驗(yàn)碼；裳接收時嗓，接口鴉電路對捆字符加阻以自動弄校驗(yàn)。(4)摔實(shí)施嶺連接和壘控制目前，奮廣泛使截用的一跟種通用嬸串行數(shù)君據(jù)接口己叫USAR饒T（異步接收禮發(fā)送器）厭。隨著大蒙規(guī)模集成激電路技術(shù)恥的發(fā)展，濱通用可編舌程同步和各異步接口拖芯片USAR凍T的種類顧越來越趙多，Int問el而825舍1就是其秘中一個獵代表。抵下圖為Inte回l82錄51的結(jié)構(gòu)蜂框圖。蕉其編程照原理與蟻825奶5A有些相喂似。數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯調(diào)制控蚊制發(fā)送緩沖及器發(fā)送控制接收緩野沖器接收控肺制TXDTXRD第YTXE爪MPT家YTXCRXDRXR仍DYSYND卸ETRXCD0~7RESE捕TCLKC/薦DRDWRCSDTRDSRRTSCTS內(nèi)部數(shù)妹據(jù)總線3.繡微型計(jì)攤算機(jī)標(biāo)桃準(zhǔn)串行巡壽口一般微機(jī)邁均有兩個搞串行口COM拔1和COM2誓。COM教1采用9針DB-9連接器，COM2有的使用償?shù)氖荄B\|途25針連接森器。通稼常串行慮口常常抖用于鼠敵標(biāo)和打贏印機(jī)接柄口。由步于串行扔傳送數(shù)醫(yī)據(jù)距離習(xí)較長，硬因此，尋長距離雅數(shù)據(jù)通椒信中往包往采用蹤蝶串行口宗。3.4I/震O設(shè)備管嚷理3.4.控1緩沖閑區(qū)技術(shù)3.4搏.2摟設(shè)備驅(qū)角動程序3.4.及3I/O設(shè)備分繞配3.4.貫1緩沖盡區(qū)技術(shù)1.緩系沖區(qū)的作狹用（1）高染低速設(shè)備酒之間的速縱度匹配中斷和通火道技術(shù)為CPU與外設(shè)之爐間的并行茄操作提供附了可能。木但是由于CPU與外設(shè)霞之間的潑速度的插不匹配朵以及外獅設(shè)頻繁款地中斷CPU的運(yùn)行峽，仍會茅降低CPU的工作效范率。為此誘在輸入/輸出系專統(tǒng)中引鐮入了緩另沖技術(shù)劫。其基本方帶法是在CPU與外設(shè)荒之間設(shè)柄置一個適緩沖區(qū)串，當(dāng)CPU要向外逝設(shè)輸出驕數(shù)據(jù)時婆，先把勿數(shù)據(jù)送親到緩沖泊區(qū)中，嘉讓外設(shè)計(jì)慢慢地桌去“消耐化”，CPU可以繼續(xù)寄進(jìn)行別的徑工作；當(dāng)挽外設(shè)要向CPU輸入數(shù)據(jù)掘時，先慢普慢地把數(shù)錯據(jù)送到緩犧沖區(qū)中，CPU需要時可屢以像使用傭內(nèi)存中的做數(shù)據(jù)那樣皂使用緩沖伐區(qū)中的數(shù)拍據(jù)。外部設(shè)肆備雖然調(diào)慢但處或理的數(shù)鳥據(jù)量少動，CPU處理的數(shù)新?lián)看蟮鬯俣瓤?，田借用緩沖抱就能很好按地解決二鍛者之間的瞞匹配問題戚。例如如CPU與打印機(jī)牧通信時，付當(dāng)CPU引發(fā)一個松輸出時，草只需快速鏡地把數(shù)據(jù)渡送到緩沖攻區(qū)中即可席，接著便虛可以去作形別的工作蘆，緩沖區(qū)旺中的數(shù)據(jù)議則由打印化機(jī)慢慢地她享用，從持而減少了被中斷次數(shù)維。在存儲體唉系中，緩播沖技術(shù)成惱為解決容遇量與速度米之間的矛您盾的主要叼方法，Cac禮he實(shí)際上就致是主存與CPU之間的解緩沖區(qū)壇。再如忽，當(dāng)CPU要與磁盤螞交換數(shù)據(jù)疾時，也以鞭緩沖區(qū)作稈為中間過誦渡環(huán)節(jié)。（2）今一次讀珍入的信啦息能多扮次使用使用過文侮件的人都隆會有一個襯體驗(yàn)：當(dāng)童你要瀏覽被一張軟盤潮中的文件戰(zhàn)目錄時，驅(qū)第一次時監(jiān)間是比較交慢的；如盟果你中間裂又瀏覽另堆外的目錄態(tài)再返回來亭瀏覽先前忍那張軟盤衫目錄時，槳會發(fā)現(xiàn)快功多了。原典因就在于蜂第一次瀏彎覽時，軟帥盤目錄已賤經(jīng)調(diào)入內(nèi)濱存的緩沖預(yù)區(qū)了。一洽般地說，偷在通道或護(hù)控制器內(nèi)仿設(shè)置局部輔寄存器，恭可以暫存I/O信息，減燥少CPU的中斷次窮數(shù)。（3）中術(shù)轉(zhuǎn)通過中轉(zhuǎn)轎避免外設(shè)盆與CPU之間的額完全互欺連，可奮以解決茅設(shè)備連碧接和數(shù)拳據(jù)傳輸浸的復(fù)雜句性。2.緩弦沖區(qū)的實(shí)繡現(xiàn)為了有效孔地進(jìn)行I/O操作，緩波沖存儲已棄經(jīng)成為不箭同設(shè)備之族間相互連餅接的重要釀環(huán)節(jié)。現(xiàn)回代計(jì)算機(jī)什系統(tǒng)中在羅信息傳輸?shù)沟耐ǖ郎闲阍O(shè)置和增勝加了各種烏各樣的存仔儲器，例敏如顯示存株儲器、打動印緩沖區(qū)故等。當(dāng)然佛，并非所身有的I/O操作都要踐經(jīng)過緩沖壺區(qū)。例如炎有的作業(yè)套可以直接我輸入到外火存，再由麥外存調(diào)入太內(nèi)存執(zhí)行火。緩沖區(qū)唇可以用捧硬件實(shí)暢現(xiàn)，也疊可以用李軟件實(shí)衣現(xiàn)。硬配緩沖區(qū)專通常設(shè)乖在設(shè)備障中，軟宴緩沖區(qū)陳由軟件易設(shè)置在業(yè)內(nèi)存中顧。按照組織教方式緩沖套技術(shù)可以慚分為：單登緩沖、雙鞋緩沖、多樹緩沖和緩患沖池等形歪式。（1）單蘋緩沖：在踩設(shè)備與CPU之間設(shè)置燒一個緩沖乎區(qū)。顯然超單緩沖區(qū)您難以解決歸兩臺設(shè)備謀之間的并販行操作。（2）襯雙緩沖爹：在設(shè)罩備與CPU之間設(shè)置倉兩個緩沖爛區(qū)，這樣閃可以解決踩兩臺設(shè)備勇之間的并婚行操作問寬題。（3）多然緩沖：把丸多個緩沖碑區(qū)連接起慰來組成兩側(cè)個部分：怪一部分用澤于輸入，攏另一部分付用于輸出戴。（4）緩沖池：伴把多個緩稍沖區(qū)連接脹起來統(tǒng)一車管理，既逝可用于輸咐入，又可紡用于輸出劉。3.緩沖區(qū)管愧理下面以李緩沖池麻為例來取介紹緩綱沖區(qū)的在管理方劍法。一個緩沖木區(qū)由兩部朗分組成：乓緩沖首部亂和緩沖體跟。緩沖體墾用于存放凳數(shù)據(jù)。緩銜沖首部用散來標(biāo)識所憐在緩沖區(qū)談以便對其慌進(jìn)行管理南，它由下茄圖所示的遵幾部分組糞成。設(shè)備號數(shù)據(jù)塊謙號緩沖器晶號互斥標(biāo)瓜識位隊(duì)列連屠接指針利用緩?fù)麤_首部搭的隊(duì)列漏連接指伏針，可材以將緩沃沖池中稍的緩沖反區(qū)組織竊成3種飽隊(duì)列：·空虜閑緩沖伍隊(duì)列：且未使用冊的緩沖修區(qū)隊(duì)列還?！ぽ斎牖彌_隊(duì)列粱：裝滿輸刑入數(shù)據(jù)的筋緩沖區(qū)組萍成的隊(duì)列環(huán)?！ぽ敵鼍彌_按隊(duì)列：裝鉛滿輸出數(shù)車據(jù)的緩沖塔區(qū)組成的背隊(duì)列。緩沖池工借作時，將莊按如下算秤法進(jìn)行：（1）當(dāng)幫設(shè)備有輸里入數(shù)據(jù)時閣，先從空考閑隊(duì)列中獻(xiàn)（隊(duì)首）圈申請一個琴緩沖區(qū)—絹—稱為收繡容輸入緩寄沖區(qū)，將描輸入數(shù)據(jù)株寫入收容庭輸入緩沖毅區(qū)中；寫臘滿后，按休一定規(guī)則俗（如FIFO真）插入到膀輸入緩覽沖隊(duì)列箭中。（2）當(dāng)CPU（系統(tǒng)）架要提取遲數(shù)據(jù)時瓦，將從嗽輸入緩匯沖隊(duì)列謎中（隊(duì)釘首）申獅請一個忠緩沖區(qū)孔——稱握為提取掙輸入緩能沖區(qū)，纖從中讀填取數(shù)據(jù)左；提取西結(jié)束后添，將該鑄緩沖區(qū)巷插入到顏空閑隊(duì)吵列。（3）當(dāng)CPU要輸出數(shù)革據(jù)時，先席從空閑隊(duì)蜓列中（隊(duì)轟首）申請竄一個緩沖厭區(qū)——稱籌為收容輸毀出緩沖區(qū)們，將輸出川數(shù)據(jù)寫入到收容輸出宜緩沖區(qū)中饒；寫滿后承，按一定傾規(guī)則（如FIFO囑）插入到態(tài)輸出緩瘦沖隊(duì)列理中。（4）當(dāng)設(shè)備殃要提取數(shù)逼據(jù)時，將拔從輸出緩虧沖隊(duì)列中穴（隊(duì)首）旦申請一個堆緩沖區(qū)，購從中讀取數(shù)據(jù)——艱稱為提取掠輸出緩沖萄區(qū)；提取沙結(jié)束后，韻將該緩沖獎區(qū)插入到雜空閑隊(duì)列庭。上述收容慰輸入緩沖痕區(qū)、提取厚輸入緩沖好區(qū)、收容墳輸出緩沖柄區(qū)和提取稈輸出緩沖希區(qū)統(tǒng)稱為隔工作緩沖蠢區(qū)。與它餓們對應(yīng)的禍輸入、提測取、輸出裕操作，由懇相應(yīng)的過敗程實(shí)現(xiàn)。3.4.剃2設(shè)備羅驅(qū)動程序每一臺外縫部設(shè)備的勇使用都要粉涉及DMA或中斷過禿程，并要爬借助一些怎特定的寄筍存器進(jìn)行品機(jī)器指令痕級的操作籍。但是，嬸用戶都是勁通過一些氣應(yīng)用程序紫，使用簡仇單的命令噴來使用外各部設(shè)備的訪，不可能記進(jìn)行這樣療一些低級燒的操作。另一方面津，隨著計(jì)免算機(jī)應(yīng)用甚的深入和無廣泛展開虹，計(jì)算機(jī)活所使用的史外部設(shè)備荷品種越來犧越多。即膠使同樣一民種用途的僅設(shè)備，由涉于生產(chǎn)廠敬家不用，供型號不同晨，其操作睛方法也會結(jié)不同。操作系應(yīng)統(tǒng)只是納設(shè)置了垃一些通擔(dān)用性的I/O操作和壺管理模母塊，與耀設(shè)備的贈具體操魚作關(guān)系極密切的輝程序，至往往是侄設(shè)備制削造廠家乏在研制腫設(shè)備的頸同時開胃發(fā)的。虹這種程商序就稱窗為設(shè)備惑驅(qū)動程宋序。1.仔設(shè)備驅(qū)虹動程序擴(kuò)的功能設(shè)備驅(qū)手動程序酒進(jìn)行的們處理工劣作，對偽不同的綱設(shè)備有進(jìn)所不同趣，但基灶本任務(wù)品是啟動顆指定設(shè)如備，并祖且在啟朋動設(shè)備麗之前完肢成一系伯列準(zhǔn)備悠工作。姨一般地次說，設(shè)貌備驅(qū)動猾程序的緩工作過波程如下宇所述。（1）將污應(yīng)用程序遙中的抽象侄要求轉(zhuǎn)換便為具體要即求設(shè)備是隙由設(shè)備稼控制器姜控制的吃。但是歌用戶與位上層軟秘件的應(yīng)償用程序巨并不了餅解設(shè)備燭控制器善的細(xì)節(jié)描，而只洽能給它昌提出抽厚象要求約——命戴令。而竄設(shè)備控眾制器又治不能理仿解這些世抽象要私求。于舅是，驅(qū)煎動程序賄就肩負(fù)肉了中間耀轉(zhuǎn)換作兔用，要徑將抽象鮮要求轉(zhuǎn)悲換為具室體要求準(zhǔn)，確定檢將命令嘩、數(shù)據(jù)費(fèi)和參數(shù)覆分別送騰到設(shè)備善控制器姓的哪個兆寄存器獄。（2）對I/O請求進(jìn)行衣合法性檢寧查檢查用沈戶要求罵是否能滅為設(shè)備臨接受，渠是否屬餃于設(shè)備魄的功能椅范圍。（3）春讀出并拒檢查設(shè)槐備狀態(tài)啟動設(shè)芳備控制昏器的條香件是設(shè)洋備就緒辟，如對皆打印機(jī)榨要檢查遙：電源交是否合逮上、是巧否有紙際等；對閑軟盤驅(qū)忽動器要驢檢查：冤有無磁糧盤、有料無寫保乘護(hù)等。（4）傳坑送必要的禽參數(shù)如要提頓供本次擱傳送的搭字節(jié)數(shù)濕等。（5）兇設(shè)置工米作方式例如對于勞異步串行恒通信接口扇要設(shè)置：凡傳輸速率搬、奇偶檢挨驗(yàn)方式、瘡?fù)Ｖ刮粚捳炊燃皵?shù)據(jù)窗長度等。（6）日啟動I/O設(shè)備完成上述茶工作后，以即可向設(shè)規(guī)備控制器口發(fā)出啟動崖命令。2.設(shè)慎備驅(qū)動程猛序的結(jié)構(gòu)一般說來斷，設(shè)備驅(qū)工動程序應(yīng)欄包含如下矛5部分：（1）設(shè)師備標(biāo)題（dev掛ice畢he衡ade歸r）；（2）數(shù)據(jù)存霞儲和局歪部過程督（data短sto寸rage瞎&l環(huán)ocal益pro外cedu忍re）；（3）策略過喝程（stra逐tegy孤pro浴cedu拿re）；（4）中斷過程猶（int蹈err嶺upt傻pr蹦oce嘗dur清e）；（5）命令處進(jìn)理子程妻序（com掩man蒙dp含roc到ess曉ing訊）。3.設(shè)備驅(qū)貪動程序爺在I/O系統(tǒng)中的鋒位置下圖給出誤了I/O系統(tǒng)的一沒般結(jié)構(gòu)。誰自底向上習(xí)，它由硬疑件、中斷夕處理程序畢、設(shè)備驅(qū)磚動程序、紹與設(shè)備無斯關(guān)的系統(tǒng)嘩軟件以及喇用戶空間情軟件等5虜個層次組秩成。圖中童的箭頭給肺出了I/O部分的控叔制流。與設(shè)備無摧關(guān)的系統(tǒng)發(fā)軟件的主句要作用是悼在用戶應(yīng)練用程序和鹿與設(shè)備相魯關(guān)的程序鐘之間提供縫一個統(tǒng)一贊的接口。搞它的具體趟作用如下鉆所述。用戶空間桃軟件與設(shè)備斬?zé)o關(guān)的減系統(tǒng)軟薪件設(shè)備驅(qū)動艱順序中斷處理冒程序硬件I/朱O請求I/漢O回答（1）名湯字映射通常，洋在操作賠系統(tǒng)的I/O用戶中濱對輸入站輸出設(shè)豪備和文響件采取稼了統(tǒng)一絨的命名腔。與設(shè)客備無關(guān)拳的系統(tǒng)膽軟件的濕一個作窄用就是矩將一個同名字映忙射到相潮應(yīng)的設(shè)騙備驅(qū)動嶺程序上核。（2）設(shè)倉備保護(hù)防止無夸授權(quán)的科訪問或蜂授權(quán)用添戶的非收法操作膠。在UNIX中采用沖權(quán)限模喉式，對機(jī)于系統(tǒng)常中的I/O設(shè)備提供析“rwx”位進(jìn)行保緣瑞護(hù)。（3）薪緩沖并鋒提供與圍設(shè)備無門關(guān)的邏趣輯塊無論塊設(shè)谷備還是字承符設(shè)備，雨一般都要萄使用緩沖橫區(qū)。對于另塊設(shè)備，毯每當(dāng)緩沖譯區(qū)滿，就孤就進(jìn)行一保次讀寫操獨(dú)作；但最喂后一次傳慚送，緩沖胖區(qū)不一定拒恰好滿，暗這時要全務(wù)部“推”重出緩沖區(qū)納。對于字早符設(shè)備，徑每傳送一蠢個字符，刻進(jìn)行一次蓮讀寫操作薪。在各種輸丘入輸出設(shè)很備中，緩鹿沖存儲器馬的大小、郊讀寫速度皆和傳輸速學(xué)率各不相名同。與設(shè)盆備無關(guān)的算系統(tǒng)軟件尤要對高層仍屏蔽各種I/O設(shè)備空出間的大戰(zhàn)小、處甩理速度盟和傳輸宿速率，動向上層扒提供大夢小統(tǒng)一到的邏輯閃塊尺寸閥。（4）存纏儲設(shè)備的默塊分配對于寫腐磁盤操裳作，操毒作系統(tǒng)要要為其走分配新眼的存儲向塊。為刮此，要岸為每個曠磁盤設(shè)廢置一張敘空閑塊辜表或位紋圖。其遲算法是螞與設(shè)備補(bǔ)無關(guān)的州。（5）跳獨(dú)占設(shè)澇備的分醬配和釋湊放獨(dú)占設(shè)備細(xì)只有空閑鬼時，才能忘接受一個凳應(yīng)用請求賓，才能被月打開；使峰用完畢，結(jié)必須釋放滋、關(guān)閉，稠以備下一姓個進(jìn)程使撐用。（6）交協(xié)助出插錯處理一般說探來，出嘉錯處理雄是設(shè)備紛驅(qū)動程西序的工煌作，因饒為大多茅數(shù)錯誤勾與設(shè)備掏密切相貍關(guān)。但疊是，也蓋有一些嶺錯誤不扶一定由獸輸入輸畜出設(shè)備崗的錯誤豬造成。勒如：磁丑盤塊不弦能讀時偷，驅(qū)動狐程序?qū)⑹車L試重告讀；重階讀若干獎次后，乒還不能蝦排除，擱設(shè)備驅(qū)嬸動程序腿就要通怖知與設(shè)盛備無關(guān)梢軟件，塔給出錯獲誤信息往報(bào)告給敘調(diào)用者云。用戶空軋間的I/O軟件直鍬接反映樣用戶的絨抽象I/O需求，潛多數(shù)通線過I/O系統(tǒng)調(diào)用烈，由庫函項(xiàng)數(shù)以及內(nèi)經(jīng)核之外運(yùn)放行的程序奇實(shí)現(xiàn)。在C語言程序枕中，庫函茂數(shù)的作用繪是把系統(tǒng)距調(diào)用的參桂數(shù)放到合抵適的位置翻，由其他I/O過程實(shí)樓現(xiàn)真正農(nóng)的操作分。在多道搭程序設(shè)害計(jì)系統(tǒng)竟中，也預(yù)可以采舌用SPO栗OL系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)僑對獨(dú)占設(shè)勿備的用戶厭層I/O軟件處晶理。3.4腔.3I/O設(shè)備分配在現(xiàn)代多顫任務(wù)系統(tǒng)館中，并不霞是每一個隱應(yīng)用都能灑在其需要年的時候就低一定能申廚請到所需衣要的設(shè)備馳資源。因鑄此，設(shè)備嚇管理的一匠項(xiàng)重要內(nèi)嚷容是設(shè)備仗的分配，釘即每個應(yīng)筍用需要設(shè)此備服務(wù)時寶，首先要鉛向設(shè)備管降理程序提絲式出資源申紛請；設(shè)備告管理程序兔則按一定篩的算法為廚這些申請鵲分配設(shè)備睬資源。如消果申請的存應(yīng)用得不畜到資源，魔就被放到誓資源等待漁隊(duì)列中等薯待，直到潤所需的資近源被釋放黃。總的來澆說，設(shè)腹備分配彎方式有還兩種方躍式：靜朝態(tài)方式普和動態(tài)棟方式。靜態(tài)方式記是在用戶啄作業(yè)開始忠之前，系列統(tǒng)一次性商地將該作傾業(yè)所需的巷設(shè)備、控央制器和通頭道分配都文分配給它游，直到該撿作業(yè)退出湖。這種方照法不會產(chǎn)捆生死鎖，辯但設(shè)備的箭使用效率暗低。動態(tài)分配胃是在作業(yè)證進(jìn)行過程殃中動態(tài)地毯按需分配眼，及時收技回。它有懸利于提高德設(shè)備的利排用率，但草如果分配否不當(dāng)，會貪出現(xiàn)死鎖羽。具體的讀分配方飛式，還搭要考慮丟設(shè)備固飯有的屬日性——角設(shè)備特爺性。按農(nóng)照設(shè)備稿特性，兵設(shè)備可笑以分為享獨(dú)占、斥共享和搖虛擬設(shè)脹備。1.畏獨(dú)占設(shè)產(chǎn)備的分黎配——柄虛擬設(shè)寄備技術(shù)獨(dú)占設(shè)努備是每迫次只能擔(dān)分配給鐵一個應(yīng)樣用的設(shè)灣備。由清于系統(tǒng)警中同一繁類的獨(dú)登占設(shè)備卻是有限籠的，因朝而由于訴不能滿件足多個資應(yīng)用的張爭用，消會引起持大量應(yīng)民用的等躲待，成虧為系統(tǒng)列的“瓶慶頸”；輕另一方期面，申謝請到獨(dú)膊占設(shè)備做的應(yīng)用設(shè)卻利用弄率極低半，設(shè)備環(huán)還往往封處于空察閑狀態(tài)繪。解決戶這一矛苦盾的辦資法是虛烤擬設(shè)備表技術(shù)，惱或稱SPO悶OL（腎Sim思ult魄ane刻ous凡Pe囑rip扯her手al耐Ope番rat瓜ion奮On邁-Li坑ne,假脫機(jī)騰操作）盾技術(shù)。煉下面介蹲紹假脫賢機(jī)技術(shù)知的基本慎原理。（1）脫仇機(jī)、聯(lián)機(jī)姥和假脫機(jī)字符設(shè)脈備與主省機(jī)（具省體地講欲是設(shè)備城與內(nèi)存次）的信喉息交換蜓有兩種蒙基本方你式：脫軋機(jī)方式鏟和聯(lián)機(jī)痛方式。咽聯(lián)機(jī)信雀息交換瀉方式就獻(xiàn)是一般圓字符設(shè)心備直接溝與內(nèi)存神交換信吳息。這垮種方式遷就是前僑面介紹抽的獨(dú)享們設(shè)備的屆工作方瓦式，也喘具有獨(dú)姨享設(shè)備各的不足耕。脫機(jī)信息絮交換方式永的字符設(shè)漸備一般要關(guān)以一個塊廚設(shè)備為中臣間過渡。肥以輸入為湖例，先用獵一臺外圍站機(jī)將字符念輸入設(shè)備食上的信息鹿集中到一離臺塊設(shè)備扮上，然后瓜再從塊設(shè)蔑備上將信看息傳入主勉機(jī)。可以職設(shè)想，這帆樣外圍機(jī)待可以與主文機(jī)并行工姓作，不僅今提高了主均機(jī)的利用云率，也可械以使設(shè)備最為不同的善進(jìn)程共享距，因?yàn)閴K問設(shè)備是可笨以共享的蠟。它的缺爸點(diǎn)是塊設(shè)注備與字符精設(shè)備之間夾的裝卸要漏由人工進(jìn)正行，降低副了系統(tǒng)的纖平均運(yùn)行足速度，而粥且容易出捎差錯和損蹤蝶壞設(shè)備。SPOO罩L技術(shù)對脫機(jī)和床聯(lián)機(jī)兩種皂方式取長良補(bǔ)短，能拳將一臺獨(dú)品享設(shè)備改緩造成共享寫設(shè)備。但墾是，它不僑是脫機(jī)進(jìn)飯行的，而饑是模擬了扛脫機(jī)工作周，實(shí)現(xiàn)了喜虛擬設(shè)備滿功能，所則以叫做假脫機(jī)犬技術(shù)。（2）SOO搖PL系統(tǒng)的組乎成如前所述鄰，脫機(jī)方增式需要有申一個中間岡的塊設(shè)備宿的支持。捐對假脫機(jī)抱方式來說羊，要有高南速外存—牧—通常是榨磁盤的支斤持。一個氧假脫機(jī)系拾統(tǒng)需要在司磁盤上開驗(yàn)辟兩個大腹的存儲空嶼間——輸之入井和輸眨出井，在飄內(nèi)存中開靠辟兩個緩止沖區(qū)——欺輸入緩沖玩區(qū)和輸出效緩沖區(qū)。外部設(shè)備襪輸入數(shù)據(jù)屋時，先暫屢存在輸入銅緩沖區(qū)中卵，然后收偶容到輸入織井中；用巨戶程序輸裙出數(shù)據(jù)時踏，先暫存判在輸出緩卷沖區(qū)中，駛?cè)缓蠖逊胖芜M(jìn)輸出井溜中，供外穩(wěn)部設(shè)備慢菊慢地取走敏。（3）浪共享打垂印機(jī)使用過Win停dow字s打印的讀祥者已經(jīng)體失會到了共勇享打印機(jī)揉了。共享父打印機(jī)就載是SPO瘡OL技術(shù)應(yīng)用銀的典范，儉它將一臺除本來只能仇獨(dú)享的打勁印機(jī)改造餃成可以供剛多個用戶飲共享的打躍印機(jī)。3.卸共享設(shè)紡備的分品配——騾磁盤調(diào)斷度策略磁盤是典露型的共享狗設(shè)備，它茅用一些稱輕為磁道的特同心圓來那存儲信息煙。信息的由讀寫是在以磁頭的徑向咽移動（評用于選堅(jiān)道）和僑盤片的階旋轉(zhuǎn)（蟲用于選類扇區(qū)）斷過程中顛進(jìn)行的破。磁盤鼻的訪問匠時間由央3部分母組成：·磁燒頭移動岸時間—盟—磁頭域從當(dāng)前辦位置移蠶動到需艘要位置琴的時間猛，又稱踢尋道時止間；·旋轉(zhuǎn)椅延遲時間浙——磁盤以從當(dāng)前位截置旋轉(zhuǎn)道木需要的物僵理塊的時和間；·傳輸特時間——CPU對磁盤做的訪問勒操作時走間。其中，磁別頭的移動施時間要占瓣70%左撈右。因此賄，如何調(diào)質(zhì)度磁頭的給移動，就唱成為操作裂系統(tǒng)中提狀高磁盤訪質(zhì)問速度的旦關(guān)鍵，而囑磁盤調(diào)度板策略也主蜓要是指對賣磁頭移動扭的調(diào)度。剩下面列舉優(yōu)幾種磁盤礙調(diào)度策略代。（1）先年來先服務(wù)FCF堵SFCF帖S是最簡尼單的一維種調(diào)度棒策略，育它根據(jù)接進(jìn)程對小磁盤提家出訪問蹤蝶請求的惑先后次銜序，依稿次分配賢，因而崖所有應(yīng)叼用都能踢有機(jī)會腳得到滿煙足，不餡會出現(xiàn)道“吃不控上”的如現(xiàn)象。小它不對防任何訪鳴問以特估殊待遇耗，體現(xiàn)乎了訪問體隨機(jī)性耐的特點(diǎn)魯，平均虎尋道時娃間為1仿/2的行最大尋購道時間咳。在訪傘問較多怨的情形蒸下，對叫設(shè)備吞莖吐量和醋響應(yīng)時織間不利蠻。（2）頭最短尋駐道時間級優(yōu)先（SST濃F，S蛋hor扣tes狂tS醉eek丸Ti梅me晉Fir拔st）這種策略文每次選擇窗請求中指老定的位置謙距當(dāng)前位牙置最短的資請求予以千優(yōu)先響應(yīng)很，從而保附證了尋道加時間最短徹，對提高榨設(shè)備的吞槍吐量也有培好處。但岸是它不是艱對所有磁錘道都機(jī)會紗相等，一樓般分布為緞中間的磁絹道機(jī)會較口多，偏圓變心或邊部歡磁道訪問蓬機(jī)會較少漢。在請求滅很多的情燭形下，內(nèi)池、外邊緣喘處的磁道古常有“饑頸餓”現(xiàn)象炸。（3）還掃描SCANSCAN策略是對SST謠F的改進(jìn)裙。它規(guī)升定在前糖進(jìn)方向夏上選擇述下一個類最短尋丟道時間半請求，迎只有到順了邊緣綢（最外咽或最內(nèi)陜磁道）準(zhǔn)才向回杰返，有坊一點(diǎn)像拴電梯，修所以也葉稱電梯嫁策略。濫這樣就場能克服SST撲F的“饑紡餓”現(xiàn)盜象。但汪是邊緣后磁道的們被訪問零率還是仇比中部遣磁道低匆。（4）循壞環(huán)掃描（CSCA丟N，Ci幫rcul西arS勇CAN）CSC荒AN是對SCA慚N的改進(jìn)：山在掃描到淚邊緣后，殘下一步不摩是返回，菜而是移到司另一端去濟(jì)，再按原園來的方向賽掃描。在貸負(fù)荷較大毒時，使用CSC落AN策略效軟果較好販。（5）N步掃描N步掃描也豈是對SCA罩N的改進(jìn)，拼它的改進(jìn)侍方法是在SCAN的基礎(chǔ)上褲，將磁盤環(huán)分為若干扔長度為N的子隊(duì)列若，在每個退子隊(duì)列中仔按SCA渡N策略處腫理，在迷子隊(duì)列減間按FCF啦S策略處攏理。于斗是，當(dāng)N很大時詢，接近SCAN策略；當(dāng)N=1時，退化御為FCFS策略。9、靜夜四神無鄰，荒浸居舊業(yè)貧技。。4月-犁234月-2猴3Fri貝day泡,A煉pri斧l2敞8,回202蜓310、雨中黃棗葉樹，燈蕉下白頭人慘。。09:襲15:若2309:杜15:琴2309:開154/2艙8/2連023股9:聽15:獲23迷AM11、以我尚獨(dú)沈久佩，愧君廣相見頻蔬。。4月-2度309:禮15:貿(mào)2309:1陪5Apr-累2328-福Apr刃-2312、故人江按海別，幾鐵度隔山川隱。。09:址15:固2509:1雄5:2509:1涂5Frid關(guān)ay,毀Apri課l28萄,20害2313、乍見樹翻疑夢吼，相悲號各問年序。。4月-骨234月-此2309:1她5:2509:面15:作25Apri孩l28展,20哭2314、他鄉(xiāng)垮生白發(fā)院，舊國厘見青山儲。。28果四月籍202啦39:1冤5:2齊5上木午09:1浴5:254月-2偽315、比不土了得就豎不比，真得不到習(xí)的就不尾要。。。四月腫239:15嘗上午4月-2猾309:棒15Apr便il狹28,佛20傅2316、行動出綠成果，工廁作出財(cái)富下。。202便3/4飲/28蜜9:季15:石2509:1飛5:2528膊Apr適il蹲202珠317、做前幅，能夠蓄環(huán)視四株周；做飛時，你獵只能或貧者最好僅沿著以三腳為起少點(diǎn)的射涉線向前