大工20秋《操作系统》辅导资料十六

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操作系统辅导资料十六主    题：第十三章的辅导资料
学习时间：2021年1月11日--1月17日 “不忘初心、牢记使命”主题理论学习：信仰、信念、信心，任何时候都至关重要。小到一个人、一个集体，大到一个政党、一个民族、一个国家，只要有信仰、信念、信心，就会愈挫愈奋、愈战愈勇，否则就会不战自败、不打自垮。无论过去、现在还是将来，对马克思主义的信仰，对中国特色社会主义的信念，对实现中华民族伟大复兴中国梦的信心，都是指引和支撑中国人民站起来、富起来、强起来的强大精神力量。
                   摘选自《在庆祝改革开放40周年大会上的讲话》习近平《论全面深化改革》内    容：第十三章
这周我们将学习课件第十三章（输入输出系统，输入/输出控制方式，缓冲技术）。本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：
基本要求：
1．掌握计算机设备的分类
2. 掌握输入/输出控制方式
3. 了解缓冲技术
重点掌握内容：
1．重点：计算机设备分类，通道的定义与类型，缓冲区类型，虚拟设备。
2．难点：计算机设备分类，通道的定义与类型。输入/输出系统
课前问题：
1.计算机设备分为哪几类？
2.什么是设备控制器？
3.什么是通道？
4.通道主要有哪几个类型？1.计算机设备分为哪几类？
计算机的设备种类繁多，其特性差异也很大，可以从不同角度进行分类。//
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2.什么是设备控制器？
设备控制器是位于I/O设备与CPU之间的电子部件，其主要职责是控制一个或多个I/O设备，实现设备与计算机存储器之间的数据交换。设备控制器在I/O设备与CPU之间起着接口作用，它接收来自CPU的命令，并根据收到的命令控制I/O设备完成具体的输入/输出操作，以便将CPU从繁琐的设备控制事务中解脱出来。
有了设备控制器，在进行输入/输出时，当CPU向设备控制器发出一条命令后，它便可以转向其他工作，而具体输入/输出操作在设备控制器的控制下自行完成，命令执行完毕后，再由设备控制器发出一个中断信号，通知操作系统重新获得CPU的控制权以便进行进一步处理。
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设备控制器功能：
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3.什么是通道？
为了进一步减少CPU对输入/输出的干预，在大、中型计算机的CPU与设备控制器之间增添了新的控制部件——通道。
通道又称为I/O处理器，其职责是专门负责控制输入/输出工作。通道具有自己的指令系统，通过运行由通道指令构成的通道程序控制I/O设备完成复杂的输入/输出操作。
通道是一种特殊的处理机，它与一般处理机的不同之处是：通道指令比较简单，类型单一，通常只有数据传输指令和设备控制指令，每条指令一般只能实现一种功能；一般通道没有自己的内存，通道程序存放在主机的内存中，即通道与CPU共享内存。/
系统对输入/输出操作实施三级控制：
第一级：CPU执行I/O指令，启动或停止通道运行，查询通道状态；
第二级：通道接收I/O指令后，执行通道程序，向设备控制器发出命令；
第三级：设备控制器根据通道发来的命令控制设备完成输入/输出操作。4.通道主要有哪几个类型？
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输入/输出控制方式
课前问题
1.输入/输出控制方式分为哪几类？
2.什么是程序直接输入/输出控制方式？
3.什么是中断输入/输出控制方式？
4.什么是DMA输入/输出控制方式？
5.什么是通道输入/输出控制方式？1.输入/输出控制方式分为哪几类？
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输入/输出控制方式的整个发展过程始终贯穿着一条宗旨：尽量减少CPU对输入/输出操作的干预，将CPU从繁忙的输入/输出任务中解脱出来，以便它有更多时间去完成数据处理任务。2.什么是程序直接输入/输出控制方式？
程序直接输入/输出控制方式又称为查询方式或忙—等待方式，主要应用在早期的计算机系统中。
早期系统中无中断机构，CPU对I/O设备的控制只能由程序直接控制。所谓程序直接输入/输出控制指在输入/输出过程中，CPU会一直不断地用测试指令检查I/O设备的状态，确定外围设备准备好后才在设备与内存之间传送数据。  3.什么是中断输入/输出控制方式？
在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无须CPU干预，因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短的时间去做些中断处理。
从终端输入一个字符的时间约为100 ms， 而将字符送入终端缓冲区的时间 0.1 ms若采用程序I/O方式，CPU约有 99.9 ms的时间处于忙—等待中。 采用中断驱动方式后，CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其它事情，而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。  因此 ppt4.什么是DMA输入/输出控制方式？
DMA输入/输出控制方式进一步减少了CPU对输入/输出过程的干预，从每传输一个字（字节）干预一次减少到每传输一个数据块干预一次。
DMA输入/输出控制方式特点：
（1）数据传输的基本单位是数据块，即在CPU与I/O设备之间，每次传送至少一个数据块
（2）DMA控制器获得总线控制权，直接与内部存储器进行数据交换，CPU不介入数据传输事宜；
（3）仅在数据块传送的开始和结束时CPU才进行干预
DMA方式较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了CPU对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。 5.什么是通道输入/输出控制方式？
通道控制方式传输数据的步骤如下：
（1）当进程提出输入/输出请求时，CPU对通道发出启动命令且传送相应参数，然后转向处理其他事务。
（2）通道根据收到的启动命令，调出通道程序执行，于是设备与CPU并行工作。
（3）通道逐条执行通道程序中的通道命令，指示设备完成规定的操作，控制完成设备与内存之间的数据传输。
（4）数据传输完毕后，通道向CPU发出中断请求。
（5）CPU响应通道提出的中断请求，对这次输入/输出进行结束处理。缓冲技术
课前问题
1.为什么要引入缓冲？
2.缓冲区类型分为几类？1.为什么要引入缓冲？
缓冲引入：
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾
（2）提高CPU和I/O设备之间的并行性
缓冲实现方法：
（1）采用专门的硬件缓冲器，如设备控制器中的数据缓冲寄存器。
（2）在内存中开辟一段存储区作为缓冲区。2.缓冲区类型分为几类？
系统提供的缓冲区类型：单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲池（1）单缓冲：
在CPU与设备之间设置一个缓冲区。设置单缓冲区后，当CPU与设备之间交换数据时，需先将被交换的数据写入缓冲区，然后再由需要数据的设备或CPU从缓冲区中取走数据。
由于缓冲区属于临界资源，不允许多个进程同时对缓冲区进行访问，因此，单缓冲只能缓和CPU与设备在处理速度上不匹配的矛盾，不能通过它来实现输入/输出的并行操作。
（2）双缓冲
称为缓冲对换，指在CPU与设备之间设置两个缓冲区。设置双缓冲后，设备输入时，先将数据送入第一个缓冲区，第一个缓冲区满后，再转向第二个缓冲区输入，此时操作系统可以从第一个缓冲区中取出数据传给用户进程；当第一个缓冲区的数据被操作系统全部取走后，设备又可以重新转向第一个缓冲区输入，而此时，操作系统又可以从第二个缓冲区中取走数据；依此重复进行，直至输入结束。
与单缓冲相比，使用双缓冲可以明显提高设备的输入/输出速度，提高CPU和设备之间的并行性和提高设备的利用率。
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（3）循环缓冲
现代计算机系统中广泛采用了多缓冲技术。将多缓冲中的多个缓冲区组织成循环队列，称为循环缓冲。
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（4）缓冲池
专用缓冲只能用在特定的生产者和消费者之间。当系统存在大量外设时，在诸设备与CPU之间使用专用缓冲要占用大量内存空间，且各缓冲的利用率不高。为了提高缓冲区的利用率，操作系统中广泛使用公用缓冲池技术。重要考点
一、名词解释
1．设备控制器：参见教材5.1.2“设备控制器”。位于I/O设备与CPU之间的电子部件，其主要职责是控制一个或多个I/O设备，实现设备与计算机存储器之间的数据交换。
2．通道：参见教材5.1.3 “通道”。又称为I/O处理器，其职责是专门负责控制输入/输出工作。
3．单缓冲：参见教材5.3.1“单缓冲和双缓冲”。在CPU与设备之间设置一个缓冲区。
4.双缓冲：参见教材5.3.1“单缓冲和双缓冲”。称为缓冲对换，指在CPU与设备之间设置两个缓冲区。
5.循环缓冲：参见教材5.3.2“循环缓冲”。将多缓冲中的多个缓冲区组织成循环队列。二、单选题
1、通道主要是用于实现（     ）之间的信息传输。
A主存与外设
B CPU与外设
C主存与Cache
D CPU与Cache
答案：A
解析：CPU向通道发出一条I/O指令，通道根据收到的I/O指令，从内存中取出本次要执行的通道程序，再运行该通道程序，控制I/O设备完成输入/输出数据传输独立于CPU2.在大型机的结构中，通道是一种(    )。
A I/O端口  
B 运算器
C I/O处理器
D 软件工具
答案：C
解析：通道是一种特殊的处理机本内容由易百教育整理发布
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