I/O設(shè)備

按使用特性：人機(jī)交互外部設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備

按信息交換的單位分類(lèi)：塊設(shè)備、字符設(shè)備

I/O控制方式

外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的輸入/輸出方式：

程序直接控制方式

中斷驅(qū)動(dòng)方式：允許IO設(shè)備主動(dòng)打斷CPU的運(yùn)行并請(qǐng)求服務(wù)，從而解放CPU

DMA方式：在IO設(shè)備和內(nèi)存之間開(kāi)辟直接的數(shù)據(jù)交換通路，特點(diǎn)是：

• 基本單位是數(shù)據(jù)塊

• 所傳送的數(shù)據(jù)，是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的，或者相反

• 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，才需CPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送在DMA控制器的控制下完成。

通道控制方式

IO通道指專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)輸入輸出的處理機(jī)。

I/O子系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

I/O軟件涉及的面很廣，往下與硬件有密切聯(lián)系，往上與用戶(hù)直接交互。在I/O軟件中普遍采用層次式結(jié)構(gòu)。

一般將I/O系統(tǒng)視為4個(gè)層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各層次及功能如下：

用戶(hù)層I/O軟件：實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)交互的接口，用戶(hù)可直接調(diào)用在用戶(hù)層提供的庫(kù)函數(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。

設(shè)備獨(dú)立性軟件：用于實(shí)現(xiàn)用戶(hù)程序與設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的統(tǒng)一接口、設(shè)備命令、設(shè)備保護(hù)及設(shè)備分配與釋放等。設(shè)備獨(dú)立性也稱(chēng)設(shè)備無(wú)關(guān)性，使應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。在應(yīng)用程序中使用邏輯設(shè)備名來(lái)請(qǐng)求使用某類(lèi)設(shè)備；在系統(tǒng)實(shí)際執(zhí)行時(shí)，將邏輯設(shè)備名映射成物理設(shè)備名使用。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：與硬件直接相關(guān)，負(fù)責(zé)具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備發(fā)出的操作指令，驅(qū)動(dòng)I/O設(shè)備工作的驅(qū)動(dòng)程序。

中斷處理程序：保存被中斷的進(jìn)程的CPU環(huán)境，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序處理，處理完并恢復(fù)被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)后，返回到被中斷進(jìn)程。

硬件設(shè)備：I/O設(shè)備通常包括一個(gè)機(jī)械部件和一個(gè)電子部件。

I/O調(diào)度

I/O調(diào)度就是確定一個(gè)好的順序來(lái)執(zhí)行這些I/O請(qǐng)求。I/O調(diào)度改善系統(tǒng)整體性能，使進(jìn)程之間公平地共享設(shè)備訪問(wèn)，減少I(mǎi)/O完成所需要的平均等待時(shí)間。

高速緩存與緩沖區(qū)

磁盤(pán)高速緩存：指利用內(nèi)存中的存儲(chǔ)空間暫存從磁盤(pán)中讀出的一系列盤(pán)塊中的信息。磁盤(pán)高速緩存邏輯上屬于磁盤(pán)，物理上是駐留在內(nèi)存中的盤(pán)塊。高速緩存在內(nèi)存中分兩種形式：一種是在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)空間作為磁盤(pán)高速緩存；另一種是把未利用的內(nèi)存空間作為一個(gè)緩沖池。

緩沖區(qū)：

目的：

• 緩和CPU與I/O設(shè)備速度不匹配問(wèn)題

• 減少對(duì)CPU的中斷頻率

• 解決基本數(shù)據(jù)單元大小不匹配問(wèn)題

• 提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性

特點(diǎn)：不滿不能讀，不空不能寫(xiě)

分類(lèi)：單緩沖，雙緩沖，循環(huán)緩沖，緩沖池

設(shè)備分配與回收

設(shè)備分配：根據(jù)用戶(hù)的請(qǐng)求分配所需的設(shè)備。分三種：

獨(dú)占式使用設(shè)備：申請(qǐng)?jiān)O(shè)備時(shí)，若設(shè)備空閑，獨(dú)占，其他進(jìn)程不能再申請(qǐng)使用

分時(shí)式共享使用設(shè)備

以SPOOLing方式使用外部設(shè)備：假脫機(jī)I/O技術(shù)，對(duì)I/O操作進(jìn)行批處理

SPOOLing技術(shù)（假脫機(jī)技術(shù)）

該技術(shù)利用專(zhuān)門(mén)的外圍控制機(jī)，將低速I(mǎi)/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤(pán)上，或者相反。SPOOLing是外部設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作。

輸入井和輸出井：磁盤(pán)上開(kāi)辟出的兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域。輸入井模擬脫機(jī)輸入時(shí)的磁盤(pán)，收容I/O設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)；輸出井收容用戶(hù)程序的輸出數(shù)據(jù)。

輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)：內(nèi)存中開(kāi)辟的兩個(gè)緩沖區(qū)。輸入緩沖區(qū)暫存由輸入設(shè)備送來(lái)的數(shù)據(jù)，再送到輸入井。輸出緩沖區(qū)暫存從輸出井送來(lái)的數(shù)據(jù)，再輸送到輸出設(shè)備。

輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程：輸入進(jìn)程把用戶(hù)要求的數(shù)據(jù)從輸入機(jī)通過(guò)通入緩沖區(qū)送到輸入井。CPU需要數(shù)據(jù)時(shí)，直接把數(shù)據(jù)從輸入井讀入內(nèi)存。輸出進(jìn)程把用戶(hù)要求輸出的數(shù)據(jù)從內(nèi)存送到輸出井，待輸出設(shè)備空閑時(shí)，再將輸出井中數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)輸出緩沖區(qū)送到輸出設(shè)備。