自考“操作系統(tǒng)原理”復(fù)習(xí)資料（6）

　　本章 考核知識(shí)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(pán)的驅(qū)動(dòng)程序；5、外圍設(shè)備的啟動(dòng)；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(pán)的驅(qū)動(dòng)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(shí)記 ”層次）

　　1、什么是 輸入輸出操作 ：主存儲(chǔ)器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作稱(chēng)為輸入輸出操作。

　　2、對(duì)于 存儲(chǔ)型設(shè)備 ，輸入輸出操作的信息傳輸單位為“ 塊 ”。對(duì) 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(shí)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(shí)候，大家就是想用也得等你完事了站起來(lái)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(shí)候，可以把手移開(kāi)讓我媽來(lái)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(gè)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(gè)作業(yè)執(zhí)行期間可同時(shí)使用的設(shè)備。

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

　　三、獨(dú)占設(shè)備的分配（ 領(lǐng)會(huì) ）

　　1、獨(dú)占設(shè)備的絕對(duì)號(hào)與相對(duì)號(hào)

　　這和絕對(duì)地址/相對(duì)地址的概念類(lèi)似。 絕對(duì)號(hào) 就是將每一臺(tái)設(shè)備確定一個(gè)編號(hào)（相當(dāng)于一個(gè)絕對(duì)地址）。 相對(duì)號(hào) 就是為了用戶程序的方便而設(shè)的，在用戶請(qǐng)求使用時(shí)，采用“設(shè)備類(lèi)-相對(duì)號(hào)”來(lái)提出使用設(shè)備要求。由系統(tǒng)建立絕對(duì)號(hào)與“設(shè)備類(lèi)-相對(duì)號(hào)”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(duì)號(hào)就好象給每個(gè)人取一個(gè)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(mǎi)菜。如果張三有空，就得張三去買(mǎi)。

　　設(shè)備類(lèi)-相對(duì)號(hào)呢，就好比是一個(gè)部門(mén)，部門(mén)中有一些工作人員，上司的工作計(jì)劃就只寫(xiě)成：十點(diǎn)叫買(mǎi)菜部找個(gè)人去買(mǎi)羅卜。這時(shí)就由“系統(tǒng)”來(lái)看看買(mǎi)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(duì)于上司來(lái)說(shuō)，不用去記誰(shuí)誰(shuí)的名字，只要指定某部門(mén)，要多少人就是了，他的用人策略和具體的哪個(gè)人無(wú)關(guān)。這就是“設(shè)備獨(dú)立性”

　　1）指定絕對(duì)號(hào)：這種方式由作業(yè)直接指定絕對(duì)號(hào)對(duì)應(yīng)的設(shè)備。系統(tǒng)只能把這個(gè)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(qǐng)不能得到滿足。

　　2）指定設(shè)備類(lèi)、相對(duì)號(hào)：這種方式在申請(qǐng)?jiān)O(shè)備時(shí)不指定具體哪臺(tái)設(shè)備，只說(shuō)明要某類(lèi)設(shè)備多少臺(tái)，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(lèi)、相對(duì)號(hào)”方式使用設(shè)備時(shí)，用戶編程就不必指定特定設(shè)備，在程序中由“設(shè)備類(lèi)、相對(duì)號(hào)”定義邏輯設(shè)備。程序執(zhí)行時(shí)由系統(tǒng)根據(jù)用戶指定的邏輯設(shè)備轉(zhuǎn)換成與其對(duì)應(yīng)的具體物理設(shè)備。所以，用戶編程時(shí)使用的設(shè)備與實(shí)際使用哪臺(tái)設(shè)備無(wú)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(duì)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(gè)作業(yè)所需使用的獨(dú)占設(shè)備能得到滿足時(shí)，該作業(yè)才能被裝入主存儲(chǔ)器執(zhí)行。

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

　　四、磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)調(diào)度（ 領(lǐng)會(huì) ）

　　1、磁盤(pán)的結(jié)構(gòu)（動(dòng)畫(huà)）

　　2、訪問(wèn)磁盤(pán)的操作時(shí)間（動(dòng)畫(huà)）

　　3、磁盤(pán)的 驅(qū)動(dòng)調(diào)度 ：在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，同時(shí)有多個(gè)訪問(wèn)者請(qǐng)求磁盤(pán)操作，此時(shí)系統(tǒng)采用一定的調(diào)度策略來(lái)決定各等待訪問(wèn)者的執(zhí)行次序，所以系統(tǒng)決定等待磁盤(pán)訪問(wèn)者的 執(zhí)行次序 的工作就是磁盤(pán)的“ 驅(qū)動(dòng)調(diào)度 ”

　　4、對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)調(diào)度的目的：盡可能的降低多個(gè)訪問(wèn)者執(zhí)行輸入輸出操作的總時(shí)間，增加單位時(shí)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(pán)調(diào)度分為 移臂調(diào)度 和 旋轉(zhuǎn)調(diào)度 .根據(jù)訪問(wèn)者指定的柱面位置來(lái)決定執(zhí)行次序的調(diào)度稱(chēng)“移臂調(diào)度”；當(dāng)移動(dòng)臂定位后，如有多個(gè)訪問(wèn)者等待訪問(wèn)該柱面時(shí)，根據(jù)延遲時(shí)間來(lái)決定執(zhí)行次序的調(diào)度稱(chēng)為“旋轉(zhuǎn)調(diào)度”。

　　6、移臂調(diào)度算法包括以下四種：

　　1）先來(lái)先服務(wù)算法；

　　2）最短尋找時(shí)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(gè)訪問(wèn)序列和訪問(wèn)條件，應(yīng)能根據(jù)各種算法做出調(diào)度后的訪問(wèn)序列。

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

　　五、外圍設(shè)備的啟動(dòng)（ 識(shí)記 ）

　　要想提高效率就要大膽放權(quán)，讓下屬對(duì)事負(fù)責(zé)而不是對(duì)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(shí)間來(lái)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(chēng)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(dòng)，并給出相關(guān)的操作要求。然后就由通道來(lái)處理輸入輸出事宜，做完后報(bào)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(gè)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(lái)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(gè)“ 通道程序 ”。

　　命令碼分成三類(lèi)：數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)、通道命令轉(zhuǎn)移類(lèi)和設(shè)備控制類(lèi)。

　　數(shù)據(jù)主存地址對(duì)于不同的命令有不同的作用，比如命令碼為寫(xiě)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(shí)表示通道程序未結(jié)束。為0時(shí)表示通道程序結(jié)束。

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

　　3、通道地址字（CAW）和通道狀態(tài)字（CSW）

　　用來(lái)存放通道程序首地址的主存固定單元稱(chēng)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(gè)數(shù)等幾個(gè)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(qǐng)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(duì)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(huì) ）

　　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(lèi)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(pán)；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(duì)于多道程序，輸入時(shí)將一批作業(yè)的信息通過(guò)輸入設(shè)備預(yù)先傳送到磁盤(pán)上。輸出時(shí)將作業(yè)產(chǎn)生的結(jié)果也全部暫時(shí)存在磁盤(pán)上而不直接輸出，直到一個(gè)作業(yè)得到全部結(jié)果而執(zhí)行結(jié)束時(shí)再行輸出。（就是用磁盤(pán)來(lái)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(lái)，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(pán)上劃出的專(zhuān)用存儲(chǔ)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(guò)該程序把作業(yè)流中每個(gè)作業(yè)的初始信息傳送到“輸入井”保存起來(lái)以以備作業(yè)執(zhí)行時(shí)使用。

　　井管理程序 ：通過(guò)該程序來(lái)保證作業(yè)正確及時(shí)地從“井”中讀取或?qū)懭胄畔?。它使得每個(gè)用戶感覺(jué)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(dòng)打印機(jī)把作業(yè)結(jié)果輸出。

　　為什么可以提高效率？簡(jiǎn)單地說(shuō)就是這么幾件事：并行工作、代替操作、同時(shí)進(jìn)行。

　　一個(gè)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(shí)操作。

　　作業(yè)執(zhí)行時(shí)從磁盤(pán)上讀寫(xiě)信息來(lái) 代替 從輸入機(jī)和打印機(jī)的讀寫(xiě) 操作 ，不僅使多個(gè)作業(yè)可以同時(shí)執(zhí)行，而且加快了作業(yè)的執(zhí)行速度，提高了單位時(shí)間內(nèi)處理作業(yè)的能力。在作業(yè)執(zhí)行的 同時(shí) 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(gè)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(pán)的“輸入井”中。

　　這種聯(lián)機(jī) 同時(shí)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。