IO设备管理

I/O系统不仅包括 各种I/O设备 ，还包括与设备相连的 设备控制器 ，有些系统还配备了专门用于输入/输出控制的专用计算机（ 通道 ），此外： I/O系统要通过总线与CPU、内存相连 。

I/O系统的结构分为两大类：

CPU与内存之间可以直接进行信息交换，但是 不能直接与设备进行信息交换 ，必须经过 设备控制器 。

主机I/O系统采用四级结构，包括： 主机、通道、设备控制器和设备 。

一个通道可以控制多个设备控制器。

一个设备控制器可以控制多个设备。

设备控制器是 CPU与I/O设备之间的接口 ，接收I/O命令并 控制设备 完成I/O工作。

设备控制器是一个 可编址设备 ，链接多个设备时可有多个设备地址。

一种特殊的处理机，它具有执行I/O指令的能力，并通过执行通道程序来控制I/O *** 作。

大型主机系统中 专门用于I/O的专用计算机 。

引入通道能够使CPU从控制I/O *** 作的任务中解脱，使 CPU与I/O并行工作 ，提高CPU利用率和系统吞吐量。

目的：尽量 减少 主机对输入/输出控制的 干预 ， 提高 主机与输入/输出的 并行程度 。

工作流程：

缺点：

使CPU经常处于 循环检测状态 ，造成 CPU的极大浪费 ，影响整个进程的 吞吐量 。

现在计算机系统广泛采用中断控制方式完成对I/O控制。

工作流程：

优点：

使CPU和I/O设备在某些时间段上 并行工作 ，提高 CPU利用率 和 系统吞吐量 。

DMA控制器结构：

DMA控制器中的寄存器：

工作流程：

缓冲区是用来 保存两个设备之间或设备与应用程序之间传输数据的内存区域 。

由于CPU的速度远远高于I/O设备，为了 尽可能使CPU与设备并行工作 ，提高系统的性能，通常需要 *** 作系统在设备管理软件中提供缓冲区管理功能。

在数据到达速率与数据离去速率不同的地方，都可以引入缓冲区。

引入缓冲的原因：

引入缓冲的主要作用：

最简单 的缓冲类型，在主存储器的系统区中 只设立一个缓冲区 。

用户进程发出I/O请求时， *** 作系统为该 *** 作分配一个位于主存的缓冲区。

当一个进程往这一个缓冲区中传输数据（或从这个缓冲区读取数据）时， *** 作系统正在清空（或填充）另一个缓冲区，这个技术称为双缓冲（Double Buffering），或缓冲交换（Buffering Swapping）。

在数据到达和数据离去的速度差别很大的情况下，需要增加缓冲区的数量。

多个缓冲区：

多个指针：

Getbuf过程：

Releasebuf过程：

进程使用完缓冲区后，使用Releasebuf过程 释放缓冲区 ；

公共缓冲池中设置多个可供若干进程共享的缓冲区，提高缓冲区的利用率。

缓冲池的组成：

支持设备分配的数据结构需要记录设备的状态（忙或空闲）、设备类型等基本信息。

系统为每个设备建立一张设备控制表，多张设备控制构成设备控制表集合。

每张设备控制表，包含：

系统为每个控制器设置一张 用于记录该控制器信息 的控制器控制表。通常包含：

系统为每个通道设备设一张通道控制表，通常包含：

记录了 系统中全部设备 的情况，每个设备占一个表目，其中包括：

关键点：是否具备 “请求和保持” 的条件。

基本含义： 应用程序独立于具体使用的物理设备

应用程序中，使用 逻辑设备名称 来请求使用某类设备。

系统在实际执行时，必须使用 物理设备名称 。

实现设备独立性 带来的好处 ：

设备独立软件的功能：

独占设备的分配程序：

在多道程序环境下，利用 一道程序 来模拟 脱机输入 时的 外围控制机 的功能，把低速I/O设备上的数据传送到高速输出磁盘上，再利用 另一道程序 来模拟 脱机输出 时 外围控制机 的功能，把数据从磁盘传送到低速输出设备上。

这种在 联机情况下实现的同时外围 *** 作 称为SPOOLing。

SPOOLing的 组成 ：

利用SPOOLing技术 实现共享打印机 ：

SPOOLing的 特点 ：

输入输出软件总体目标是 将软件组织成一种层次结构 。

低层软件 用来屏蔽硬件的具体细节。

高层软件 则主要是为用户提供一个简洁、规范的界面。

设备管理的4个层次：

将发出I/O请求而被阻塞的进程唤醒。

设备驱动程序是 I/O进程与设备控制器之间的通信程序 ，其主要任务接受上层软件发来的抽象的I/O请求，如 read 和 write 命令，把它们转换为具体要求后，发送给设备控制器启动设备去执行。

磁盘存储器不仅 容量大，存取速度快 ，而且可以实现 随机存取 ，是存放大量程序和数据的理想设备。

磁盘管理的 重要目标 ：提高磁盘 空间利用率 和磁盘 访问速度 。

一个物理记录存储在一个扇区上，磁盘存储的物理记录数目是由 扇区数、磁道数 及 磁盘面数 决定的。

磁盘类型：

磁盘访问时间：

磁盘调度的一个重要目标是 使磁盘的平均寻道时间最少 。包括有：

最简单 的磁盘调度算法。

根据进行 请求访问磁盘的先后顺序 进行调度。

优点：公平、简单，且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况

缺点：平均寻道时间较长

该算法选择的进程：其 要求访问的磁道 与 当前磁头所在的磁道 距离 最近 ，以使每次的寻道时间最短。

优点：每次的寻道时间最短

缺点：可能导致某个进程发生 饥饿 现象

又叫 电梯调度算法 ，不仅考虑到要访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑磁头当前的移动方向。

优点：有较好的寻道性能，防止 “饥饿” 现象

缺点：有时候进程请求被大大推迟

在扫描算法的基础上，规定磁头是单向移动的。将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行循环扫描。

NStepSCAN ：FCFS + SCAN

FSCAN ：

具体 *** 作如下：

1、打开力控开发系统，双击IO设备组态，在PLC类别中选择MITSUBISHI-A、ANA系列以太网。

2、新建一个设备，输入设备名称，点击下一步。

3、设备IP地址处填入YC8000-FX模块的IP地址，端口填入5551，点击下一步。

4、设备类型选择BINARY，点击完成。

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