自考“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料（6）

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

自學(xué)要求 ：要求了解設(shè)備管理與文件管理的合作，文件管理實(shí)現(xiàn)文件存取的準(zhǔn)備工作，而文件的物理存取由設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)。理解怎樣實(shí)現(xiàn)獨(dú)占設(shè)備的分配和磁盤的驅(qū)動調(diào)度；怎樣實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。

一、輸入輸出操作（要求達(dá)到“ 識記 ”層次）

1、什么是 輸入輸出操作 ：主存儲器與外圍設(shè)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(shè)備 ，輸入輸出操作的信息傳輸單位為“ 塊 ”。對 輸入輸出型設(shè)備 ，輸入輸出操作的信息傳輸單位為“ 字符 ”。

二、獨(dú)占設(shè)備和共享設(shè)備（ 識記 ）

獨(dú)占設(shè)備好比是你家的抽水馬桶，當(dāng)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(shè)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(xù)洗手。

1、 獨(dú)占設(shè)備 是指每次只能供一個作業(yè)執(zhí)行期間單獨(dú)使用的設(shè)備。如輸入機(jī)、磁帶機(jī)、打印機(jī)等。

2、 共享設(shè)備 是指允許幾個作業(yè)執(zhí)行期間可同時使用的設(shè)備。

3、共享設(shè)備的“同時使用”的含義是指多個作業(yè)可以交替啟動共享設(shè)備，當(dāng)一個用業(yè)正在使用設(shè)備時其他作業(yè)暫不能使用，即每一時刻仍只有一個作業(yè)占用，但當(dāng)一個作業(yè)正在使用設(shè)備時其他作業(yè)就可使用。

三、獨(dú)占設(shè)備的分配（ 領(lǐng)會 ）

1、獨(dú)占設(shè)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(shè)備確定一個編號（相當(dāng)于一個絕對地址）。 相對號 就是為了用戶程序的方便而設(shè)的，在用戶請求使用時，采用“設(shè)備類-相對號”來提出使用設(shè)備要求。由系統(tǒng)建立絕對號與“設(shè)備類-相對號”之間的關(guān)系，就能正確啟用設(shè)備了。

2、設(shè)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(jì)劃中有一條：十點(diǎn)鐘叫張三去買菜。如果張三有空，就得張三去買。

設(shè)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(jì)劃就只寫成：十點(diǎn)叫買菜部找個人去買羅卜。這時就由“系統(tǒng)”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(guān)。這就是“設(shè)備獨(dú)立性”

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

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

3） 設(shè)備獨(dú)立性 ：采用“設(shè)備類、相對號”方式使用設(shè)備時，用戶編程就不必指定特定設(shè)備，在程序中由“設(shè)備類、相對號”定義邏輯設(shè)備。程序執(zhí)行時由系統(tǒng)根據(jù)用戶指定的邏輯設(shè)備轉(zhuǎn)換成與其對應(yīng)的具體物理設(shè)備。所以，用戶編程時使用的設(shè)備與實(shí)際使用哪臺設(shè)備無關(guān)，這就是“設(shè)備獨(dú)立性”

4）如何實(shí)現(xiàn) 獨(dú)占性設(shè)備 分配：對于獨(dú)占性設(shè)備，系統(tǒng)采用“ 靜態(tài)分配 ”的策略，就是當(dāng)一個作業(yè)所需使用的獨(dú)占設(shè)備能得到滿足時，該作業(yè)才能被裝入主存儲器執(zhí)行。

在操作系統(tǒng)中，設(shè)置“ 設(shè)備分配表 ”來記錄計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配置的獨(dú)占設(shè)備類型、臺數(shù)和分配情況等。設(shè)備分配表由“設(shè)備類表”和“設(shè)備表”兩部分組成。通過查表和修改表的操作完成設(shè)備分配工作。

四、磁盤的驅(qū)動調(diào)度（ 領(lǐng)會 ）

1、磁盤的結(jié)構(gòu)（動畫）

2、訪問磁盤的操作時間（動畫）

3、磁盤的 驅(qū)動調(diào)度 ：在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，同時有多個訪問者請求磁盤操作，此時系統(tǒng)采用一定的調(diào)度策略來決定各等待訪問者的執(zhí)行次序，所以系統(tǒng)決定等待磁盤訪問者的 執(zhí)行次序 的工作就是磁盤的“ 驅(qū)動調(diào)度 ”

4、對磁盤進(jìn)行驅(qū)動調(diào)度的目的：盡可能的降低多個訪問者執(zhí)行輸入輸出操作的總時間，增加單位時間內(nèi)的輸入輸出操作次數(shù)，有利于系統(tǒng)效率的提高。

5、磁盤調(diào)度分為 移臂調(diào)度 和 旋轉(zhuǎn)調(diào)度 .根據(jù)訪問者指定的柱面位置來決定執(zhí)行次序的調(diào)度稱“移臂調(diào)度”；當(dāng)移動臂定位后，如有多個訪問者等待訪問該柱面時，根據(jù)延遲時間來決定執(zhí)行次序的調(diào)度稱為“旋轉(zhuǎn)調(diào)度”。

6、移臂調(diào)度算法包括以下四種：

1）先來先服務(wù)算法；

2）最短尋找時間優(yōu)先調(diào)度算法；

3）電梯調(diào)度算法；

4）單向掃描調(diào)度算法。

以上幾種算法要能夠區(qū)分，如給你一個訪問序列和訪問條件，應(yīng)能根據(jù)各種算法做出調(diào)度后的訪問序列。

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

五、外圍設(shè)備的啟動（ 識記 ）

要想提高效率就要大膽放權(quán)，讓下屬對事負(fù)責(zé)而不是對人負(fù)責(zé)。

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(fā)揮他們的作用就能提高效率。

1、 通道 （channel）：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中能夠獨(dú)立完成輸入輸出操作的硬件裝置，也稱為“ 輸入輸出處理機(jī) ”。

CPU并不直接操作外圍設(shè)備，他連接通道（I/O處理機(jī)），通道連接設(shè)備控制器，設(shè)備控制器連接設(shè)備。CPU只需把“I/O”設(shè)備啟動，并給出相關(guān)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(guī)定設(shè)備的一種操作，通常由 命令碼 、 數(shù)據(jù)主存地址 、 傳送字節(jié)個數(shù) 及 標(biāo)志碼 等部分組成。

操作系統(tǒng)用一組通道命令來執(zhí)行一次輸入輸出應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸類、通道命令轉(zhuǎn)移類和設(shè)備控制類。

數(shù)據(jù)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(qū)域存放輸出到外圍設(shè)備的信息。

標(biāo)志碼：為非0時表示通道程序未結(jié)束。為0時表示通道程序結(jié)束。

傳送字節(jié)個數(shù)，表示本命令應(yīng)傳輸?shù)淖止?jié)個數(shù)。

3、通道地址字（CAW）和通道狀態(tài)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(tài)字 ：用于記錄通道和設(shè)備執(zhí)行情況的主存單元。通常包括通道命令地址、設(shè)備狀態(tài)、通道狀態(tài)和剩余字節(jié)個數(shù)等幾個字段。

4、I/O中斷：是指中央處理器和通道協(xié)調(diào)工作的一種手段。通道借助I/O中斷請求CPU進(jìn)行干預(yù)，CPU根據(jù)產(chǎn)生的I/O中斷事件了解輸入輸出操作的執(zhí)行情況，I/O中斷事件是由于通道程序的執(zhí)行或其他外界原因引起的，對通道操作而言，當(dāng)操作正常結(jié)束或異常結(jié)束（如設(shè)備故障、設(shè)備特殊情況引起異常結(jié)束）形成I/O中斷，由CPU根據(jù)相應(yīng)情況分別處理。

六、虛擬設(shè)備SPOOL系統(tǒng)（ 領(lǐng)會 ）

1、實(shí)現(xiàn) 虛擬設(shè)備 的目的：用一種物理設(shè)備模擬另一類物理設(shè)備，使各作業(yè)在執(zhí)行期間只使用虛擬的設(shè)備而不直接使用物理的獨(dú)占設(shè)備。這種技術(shù)可使獨(dú)占的設(shè)備變成可共享的設(shè)備，使得設(shè)備的利用率和系統(tǒng)效率都能得到提高。

2、實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)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(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的軟件條件是要求操作系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。）

3、虛擬設(shè)備的實(shí)現(xiàn)原理：對于多道程序，輸入時將一批作業(yè)的信息通過輸入設(shè)備預(yù)先傳送到磁盤上。輸出時將作業(yè)產(chǎn)生的結(jié)果也全部暫時存在磁盤上而不直接輸出，直到一個作業(yè)得到全部結(jié)果而執(zhí)行結(jié)束時再行輸出。（就是用磁盤來模擬輸入機(jī)和打印機(jī)的工作，把它們的工作內(nèi)容先保存起來，然后一并執(zhí)行）

4、SPOOL系統(tǒng)的組成和實(shí)現(xiàn)：

井：為實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備在磁盤上劃出的專用存儲空間，用于存放作業(yè)的初始信息和執(zhí)行結(jié)果。

SPOOL系統(tǒng)由三部分程序組成：

預(yù)輸入程序 .通過該程序把作業(yè)流中每個作業(yè)的初始信息傳送到“輸入井”保存起來以以備作業(yè)執(zhí)行時使用。

井管理程序 ：通過該程序來保證作業(yè)正確及時地從“井”中讀取或?qū)懭胄畔?。它使得每個用戶感覺到自己都在使用獨(dú)立的輸入輸出設(shè)備。

緩輸出程序 .它負(fù)責(zé)查看“輸出井”中是否有待輸出的結(jié)果信息，若有則啟動打印機(jī)把作業(yè)結(jié)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(jìn)行。

一個技術(shù)創(chuàng)新可以提高多少效率啊。

5、實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備為什么可以提高系統(tǒng)效率：

SPOOL系統(tǒng)借助硬件的中斷裝置和通道技術(shù)使得中央處理器與各種外圍設(shè)備以及各外圍設(shè)備之間均可 并行工作。操作系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，合理分配處理器，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)的外圍設(shè)備同時操作。

作業(yè)執(zhí)行時從磁盤上讀寫信息來 代替 從輸入機(jī)和打印機(jī)的讀寫 操作 ，不僅使多個作業(yè)可以同時執(zhí)行，而且加快了作業(yè)的執(zhí)行速度，提高了單位時間內(nèi)處理作業(yè)的能力。在作業(yè)執(zhí)行的 同時 還可利用輸入機(jī)繼續(xù)預(yù)輸入作業(yè)信息和利用打印機(jī)輸出結(jié)果，于是，整個系統(tǒng)可以是第一批作業(yè)的執(zhí)行結(jié)果在打印輸出，第二批作業(yè)正在處理，第三批作業(yè)信息正在預(yù)輸入到磁盤的“輸入井”中。

這種聯(lián)機(jī) 同時操作 極大地提高了獨(dú)占設(shè)備的利用率，也使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源被充分利用。