华中科技大学电信系操作系统课件-chapter10
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华科电信系操作系统
并行、异步的在系统内运行 共享各类资源，彼此相互制约 只有在严格遵循并行程序设计的原则下，
程序运行的结果才是确定的，否则，可 能产生意料不到的情况
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14
并发执行实例：誊抄
一个循环程序顺序执行的誊抄
算法1： 输入：f 输出：g {
while (f 不为空） { input ; output ; } }
2、输入程序执行的速度比输出程序快时，有些数据会丢 失；
如输入程序送入一个字符“B”，紧接着（当输出程序还未取走 字符“B”）又送入字符“N”，这时输出程序取走的是“N”， “B”就丢失了。
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18
并发执行实例：誊抄
▪三个并发执行程序的誊抄
▪get程序负责从输入序列f中读取字符并送到缓冲区s中； ▪copy程序把缓冲区s中的数据复制到缓冲区t中去; ▪put程序从缓冲区t中取出数据打印。
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3
1、程序的顺序执行
处理机逐条的一次只执行一条指令 主存储块一次只访问一个字或字节 外设一次只能传送一个数据块
传统程序设计方法：顺序程序执行
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4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
程序的顺序执行
概念:
一个程序由若干个程序段组成，而这些程序 段的执行必须是顺序的，这种程序执行的方 式就称为程序的顺序执行。
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7
例如:
I1、C1、P1的执行必须严格 按照I1，C1，P1的顺序，
而P1与I2，C1与I2,I3 与P1是可以同时执行的。
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8
程序并行执行 （定义）
若干个程序段同时在系统中运行，这些程序的执行 在时间上是重迭的，一个程序段的执行尚未结束， 另一个程序段的执行已经开始，即使这种重迭是很 小的，也称这几个程序段是并行执行的。
程序运行的结果才是确定的，否则，可 能产生意料不到的情况
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14
并发执行实例：誊抄
一个循环程序顺序执行的誊抄
算法1： 输入：f 输出：g {
while (f 不为空） { input ; output ; } }
2、输入程序执行的速度比输出程序快时，有些数据会丢 失；
如输入程序送入一个字符“B”，紧接着（当输出程序还未取走 字符“B”）又送入字符“N”，这时输出程序取走的是“N”， “B”就丢失了。
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18
并发执行实例：誊抄
▪三个并发执行程序的誊抄
▪get程序负责从输入序列f中读取字符并送到缓冲区s中； ▪copy程序把缓冲区s中的数据复制到缓冲区t中去; ▪put程序从缓冲区t中取出数据打印。
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3
1、程序的顺序执行
处理机逐条的一次只执行一条指令 主存储块一次只访问一个字或字节 外设一次只能传送一个数据块
传统程序设计方法：顺序程序执行
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4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
程序的顺序执行
概念:
一个程序由若干个程序段组成，而这些程序 段的执行必须是顺序的，这种程序执行的方 式就称为程序的顺序执行。
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7
例如:
I1、C1、P1的执行必须严格 按照I1，C1，P1的顺序，
而P1与I2，C1与I2,I3 与P1是可以同时执行的。
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8
程序并行执行 （定义）
若干个程序段同时在系统中运行，这些程序的执行 在时间上是重迭的，一个程序段的执行尚未结束， 另一个程序段的执行已经开始，即使这种重迭是很 小的，也称这几个程序段是并行执行的。
华中科技大学操作系统讲稿系列第一章绪论
系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统） 应用软件 （CAD、MIS、用户自己开发的系统等） 工具软件（软、硬件检测疹断程序）
2019/3/27
华中科技大学计算机学院 李 胜利
5
1.1 计算机系统结构
一、计算机系统组成
2019/3/27
华中科技大学计算机学院 李 胜利
6
1.1 计算机系统结构 二、软件与硬件的关系
29
1.2 操作系统的形成和发展
7.分布式系统(Distributed System)
分布式系统是以计算机网络为基础的计算机系统，包含多 台处理机，每台处理机完成系统中指定的一部分功能。 分布式计算机系统，可以是共享存储器，也可以是分布式 的存储器，即每台计算机都有自己的存储器。 从硬件上讲，它与计算机局域网没有任何区别。关键是软 件。
2019/3/27
华中科技大学计算机学院 李 胜利
32
1.3 操作系统概念Байду номын сангаас
1.3.1 操作系统定义
4、软件的观点 操作系统是程序和数据结构的集合。 5、管理的观点 操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而 协调的管理者。 6、 操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软 、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现 信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工 作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自 动化。
电子工业出版社 北京科学出版社 清华大学出版社
2019/3/27
华中科技大学计算机学院 李 胜利
3
操作系统
Operating System
2019/3/27
华中科技大学计算机学院 李 胜利
4
华中科技大学电信系数电课件-chapter10-AD_DA
ε
max
= 1LSB =1/8V
0
b 四舍五入量化方式 量化过程将不足半个量化单位部分舍弃, 四舍五入量化方式:量化过程将不足半个量化单位部分舍弃 量化过程将不足半个量化单位部分舍弃, 对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理. 对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理.
输入信号
1
υ I (t)
υ O (t)
S (t)
S(t)=1:开关闭合 开关闭合
υI
(t)
S(t)=0:开关断开 S(t)=0:开关断开
t
0 S(t)
υ O (t)
0
τ
t
0
t
2.取样和保持 取样和保持
采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间, 采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间,为了给后续的 量化编码过程提供一个稳定的值, 量化编码过程提供一个稳定的值,在取样电路后要求将所采样 的模拟信号保持一段时间. 的模拟信号保持一段时间.取样与保持过程通过采样与保持电 路同时完成. 路同时完成. 电路: 电路:AV1AV2= 1 ,A1 的Ri 高,A2 的Ri 高,A2 的Ro低
I4
0
1
C
05
1 1
5VREF/15
R
3 15 3VREF/15
1D
> C1
C C
6 06
1
Q
I5
D
1( M S B )
2
+ –
1D
V
REF
> C1
R + – C
7
1
Q
I6
C
07
1
编码器:输入低电 编码器 输入低电 平有效; 平有效; I7的优先级最高
华中科技大学电信系《电路理论》课件-电路复习课
(a)
U
cd
jX L
b
I 1 + I 2 = 10∠ 0 o
XC 1 = R 3 XL = 3 R
I2 R
60° I R 30° 1 30°
UC
UL UL = I2XL =5 3 XL = = 3 R=1 I2
1 XC = 3
1 I 2∠ 30 o + I 2∠ - 60 o = 10 3
I2 = 5
+
US V
jXL
R jXC
I1
A1
A2
I2
U 2 = 2 × 100 V
X C = U 2 I 2 = 100 2 5 2 = 20 R = U 2 I 1 = 100 2 5 2 = 20
– (a)
U
S
I2
I
I1
U
U L = 100 V
L
I = 10 A
X L = U L I = 100 10 = 10
12
5.熟练掌握对称三相电路有功功率,无有功功率, 视在功率,复数功率的计算.掌握三相电路功率 的与测量(三瓦特表法,二瓦特表法). 非正弦周期电流电路: 1. 掌握周期性非正弦电量的富里叶级数,熟练掌握 波形对称性对富里叶级数的影响,深刻理解非正弦 周期电压(电流)的有效值. 2.熟练掌握用叠加原理计算线性非正弦周期电流电路 的稳态解,非正弦周期电流电路的平均功率,理解谐 波阻抗及滤波的概念.
1Ω
解:先求网络函数
+
1H
1F
+ _
us
uC
_
1 1 (S + ) UC(s) S 2 2 H(s) = = 2 = US(s) S + S +1 1 3 (S + )2 + ( )2 2 2
U
cd
jX L
b
I 1 + I 2 = 10∠ 0 o
XC 1 = R 3 XL = 3 R
I2 R
60° I R 30° 1 30°
UC
UL UL = I2XL =5 3 XL = = 3 R=1 I2
1 XC = 3
1 I 2∠ 30 o + I 2∠ - 60 o = 10 3
I2 = 5
+
US V
jXL
R jXC
I1
A1
A2
I2
U 2 = 2 × 100 V
X C = U 2 I 2 = 100 2 5 2 = 20 R = U 2 I 1 = 100 2 5 2 = 20
– (a)
U
S
I2
I
I1
U
U L = 100 V
L
I = 10 A
X L = U L I = 100 10 = 10
12
5.熟练掌握对称三相电路有功功率,无有功功率, 视在功率,复数功率的计算.掌握三相电路功率 的与测量(三瓦特表法,二瓦特表法). 非正弦周期电流电路: 1. 掌握周期性非正弦电量的富里叶级数,熟练掌握 波形对称性对富里叶级数的影响,深刻理解非正弦 周期电压(电流)的有效值. 2.熟练掌握用叠加原理计算线性非正弦周期电流电路 的稳态解,非正弦周期电流电路的平均功率,理解谐 波阻抗及滤波的概念.
1Ω
解:先求网络函数
+
1H
1F
+ _
us
uC
_
1 1 (S + ) UC(s) S 2 2 H(s) = = 2 = US(s) S + S +1 1 3 (S + )2 + ( )2 2 2
华科电信数电课件(全)
数字电路与逻辑设计 4
�
作业
� � �
�
考试
� �
2013年3月8日
如何学好本课程
1. 比理解更进一步
学习
2. 善用网络资源
�
理解
思考
应用
利用搜索引擎查找数据手册和应用笔记
� Datasheet � Application
Note
�
浏览电子论坛
� 例如
数字电路与逻辑设计
15
例2
问题：这又是一个实现什么功能的电路？
2013年3月8日
数字电路与逻辑设计
16
例3
问题：如何实现4开关灯控电路？ Tip：简单连线是无法实现的～ ☺
2013年3月8日 数字电路与逻辑设计 17
例1的逻辑代数分析过程
K 0 断开 接通 1
L 0 熄灭 点亮 1
逻辑表达式: L = K
�
专业技术基础（系统的物理构成基础及其构件）
� �
� �
专业性课程：通信原理／计算机网络／微波技术基础 实验技术基础（系统的实现与工程实践能力）
� �
电子电路测试与实验／微机原理实验 各软件类课程上机、软件课设、硬件课设
2013年3月8日
数字电路与逻辑设计
3
本课程要求
�
课堂
� � �
请记笔记（要点、疑问）；课件每章结束后提供 可随时提问；也可能会随时被提问（计入平时成绩） 带草稿纸（用于课堂练习或考试） 每周第一次课前收齐；之后一律算补交 补交作业计60分（C） 抄袭作业视为缺交 集体出卷 流水阅卷
K1 0 0 0 0 …
K2 0 0 0 0 …
K3 0 0 1 1 …
�
作业
� � �
�
考试
� �
2013年3月8日
如何学好本课程
1. 比理解更进一步
学习
2. 善用网络资源
�
理解
思考
应用
利用搜索引擎查找数据手册和应用笔记
� Datasheet � Application
Note
�
浏览电子论坛
� 例如
数字电路与逻辑设计
15
例2
问题：这又是一个实现什么功能的电路？
2013年3月8日
数字电路与逻辑设计
16
例3
问题：如何实现4开关灯控电路？ Tip：简单连线是无法实现的～ ☺
2013年3月8日 数字电路与逻辑设计 17
例1的逻辑代数分析过程
K 0 断开 接通 1
L 0 熄灭 点亮 1
逻辑表达式: L = K
�
专业技术基础（系统的物理构成基础及其构件）
� �
� �
专业性课程：通信原理／计算机网络／微波技术基础 实验技术基础（系统的实现与工程实践能力）
� �
电子电路测试与实验／微机原理实验 各软件类课程上机、软件课设、硬件课设
2013年3月8日
数字电路与逻辑设计
3
本课程要求
�
课堂
� � �
请记笔记（要点、疑问）；课件每章结束后提供 可随时提问；也可能会随时被提问（计入平时成绩） 带草稿纸（用于课堂练习或考试） 每周第一次课前收齐；之后一律算补交 补交作业计60分（C） 抄袭作业视为缺交 集体出卷 流水阅卷
K1 0 0 0 0 …
K2 0 0 0 0 …
K3 0 0 1 1 …
华中科技大学电信系《电路理论》课件第一册-第六章
用节点电压法：
(
1 2
+
1 2
)U
′
=
12 2
+
3 I 1′
I
′
1
=
1 2
(U′
−
12
)
2Ω
+ 12V
–
I1’ +
U’ –
3 I1’ 2Ω
解之：
U ′ = 24V I1′ = 6 A
6－13
(2) 4A电流源单独作用：
2Ω
I1” + U”
3 I1”
4A
– 2Ω
解之： U ′′ = 8V
仍用节点电压法：
R3
i2'''
R1
R2
+
+
us2
–
+
i3'''
R3 +
us3 –
us2单独作用
+
us3单独作用
6－5
因此
i1=i1'+i1"+i1"' i2=i2'+i2"+i2"' i3=i3'+i3"+i3"'
上述以一个具体例子来说明叠加的概念，这个方法也 可推广到多个电源的电路中去。
对于有b条支路、l个独立回路的仅由线性电阻和电压源构 成的电路，由回路电流方程，可得回路电流的解答式为：
＝7A，试问：当S合上时，调节R3使I2＝5A时 I1＝？
I1
R2 I2
S
解： I1 = a + bI2 2 = a + 6b
华中科技大学电路理论课件第10章_颜秋容
φ21
i1
i2
+ - u2 +
= L1i1 + M12i2 = M 21i1 + L2i2
u-i relations of Linear coupled inductors:
2011-9-21
⎧⎪⎪u1 ⎨ ⎪⎪⎩u2
= =
dψ 1 dt dψ 2 dt
Linear system
电路理论－颜秋容
⎧⎪⎪u1 ⎨ ⎪⎪⎩u2
i1 R1
us L1
R2 •M •
L2
i2
20I1 + j30I1 − j10I2 = 100∠0°
RL
10I2 + j20I2 − j10I1 +10I2 = 0
100∠0°
I1 20Ω j10Ω 10Ω
+
••
j30Ω
j20Ω
-
I2 10Ω
I1 = 2.82∠ − 50.71°A I2 = 0.995∠174.3°A
i1
1
u1
2
i2
3
u2
4
i1 u1
i2 u2
2011-9-21
电路理论－颜秋容
i3 u3
7
Practice 10.1 Dot convention and u-i relations.
+ I1 * M
I2 *
+ห้องสมุดไป่ตู้
U
L1
1
-
L2
U 2
-
U1 = jωL1I1 + jωM (−I2 ) U 2 = jωM (I1) + jωL2 (−I2 )
φ12
华中科技大学-电气工程基础课件(熊银信)-第10章-电力系统继电保护
1)1QF处无时限电流速
断保护的动作电流I IIOP1
Iop1：
0
I
I
op1
＝
KIrel I
K.Bmax
Lmin Lmax
3 1
IkBmax 2
l
I
第八页，共42页。
2)动作时间： 3)灵敏度：
t Iop1= 0s
用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数 来表示。
无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最
互感器、变换器、序滤过器、滤波回路、整流电路、
模数变换等部件。
测量元件。包括：
电磁型：电流、电压、时间、中间等继电器；
晶体管型：电流、电压、方向元件等；
微机型：通过软件实现。
逻辑元件：由各种门电路、时间电路、相位或幅
值比较电路、加法器、减法器、积分器及移相电路
等中一个或几个部份第组三页，成共42页。。
~
正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最
大负荷电流为KssILmax时该电流保护不动作，即：
> K I IIIIop1
ss Lmax
外部故障切除后，非故障线的定时限过流保护
在时可应下靠能一系可母数靠线KII返有IIroIeIp1lI回电一 K，般动rKIeIIlrK取即e机ss1I：启L.m1a5动x ~1且.2流5 过最大负荷电流 故取电0流动.85测I作。re=量电K元II流IrelK件IsⅢsI的oLpm1返ax：回第十且三系页，共数42页I。IIKIopr1e>一Ire 般
灵敏度，即整定值为：
I ＝K I /K II
II II
op1 op2 rel 第十二页，共42页。 bmin
3. 定时限过电流保护（电流保护III段）
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设备占用 等待时间 I/O通道占用 等待时间 柱面定位时间 旋转延迟时间 数据传送时间 磁盘设备忙
2,查找优化策略 查找优化策略
目标:降低查找时间 目标 评价:吞吐量,平均响应时间,响应时 评价 间的可预期性(或变化幅度). 优化:移动磁头所花时间正比于所需移动的总
的距离.
查找优化策略:
先来先服务(FCFS) 先来先服务( ) 最短查找时间优先( 最短查找时间优先(SSTF) ) 扫描策略(SCAN)/(电梯调度算法) 扫描策略 (电梯调度算法) 循环扫描策略( 循环扫描策略(C-SCAN) )
设备存取 实现对设备的存取操作,提供命令接口和编程接口. 实现对设备的存取操作,提供命令接口和编程接口. 设备分配 在多用户的环境下,负责设备的分配和回收. 在多用户的环境下,负责设备的分配和回收. 设备控制 设备控制包括设备的驱动,完成和故障中断处理. 设备控制包括设备的驱动,完成和故障中断处理. 状态跟踪 设备控制块是存放设备管理和控制信息的数据结构. 设备控制块是存放设备管理和控制信息的数据结构 . 系统要掌握设备的状态. 系统要掌握设备的状态.
种类多 差异大(控制和速度)
设备分类
按交互对象分类: 人机交互设备:视频显示设备,键盘,鼠标,打印 机. 与计算机或其他电子设备交互的设备:磁盘,磁带, 传感器,控制器. 计算机间的通信设备:网卡,调制解调器. 按外设特性分类 使用特征:存储,输入/输出,终端 信息组织特征: 块设备:信息按字符块组织和处理.(面向块的 设备) 如:磁盘. 字符设备:信息按字符组织和处理.(面向字符 的设备).如:打印机.
Virtual I/O Application A SPOOLing Program
Actual I/O
Device
Application B
假脱机的原理
SPOOLing程序和外设进行数据交换,可以称为"实际 I/O".一方面,SPOOLing程序预先从外设输入数据并加 以缓冲,在以后需要的时候输入到应用程序;另一方面, SPOOLing程序接受应用程序的输出数据并加以缓冲,在 以后适当的时候输出到外设. 在SPOOLing程序中,需要管理两级缓冲区:内存缓冲区 和快速外存上的缓冲池,后者可以暂存多批I/O操作的较 多数据. 应用程序进行I/O操作时,只是和SPOOLing程序交换数 据,可以称为"虚拟I/O".这时虚拟I/O实际上是从 SPOOLing程序的缓冲池中读出数据或把数据送入缓冲池, 而不是跟实际的外设进行I/O操作.
设备分配方式: 静态分配:在进程创建时分配,在进程 退出时释放; 不会出现死锁; 设备利用率不高; 动态分配:在进程执行过程中根据需要 分配,使用结束后释放; 需要考虑死锁问题 有利于提高设备利用率
动态分配策略:针对特定的设备采用特 定的分配策略.
先来先服务(FCFS):按I/O请求的先后顺序, 排成I/O请求命令队列;按FCFS分配设备; 基于优先级:依据进程的优先级,指定I/O 请求的优先级,排成不同优先级队列;按优 先级高低分配设备;
2,假脱机技术
利用假脱机技术(SPOOLing, Simultaneous Peripheral Operation On Line, 也称为虚拟设备技术) 可把独享设备转变成具有共享特征的虚拟设备, 从而提高设备利用率. 在多道批处理系统中,专门利用一道程序 (SPOOLing程序)来完成对设备的I/O操作.无 需使用外围I/O处理机.
2,设备管理的目的和功能
I/O子系统设计目标
有效性:
提高效率:提高I/O访问效率,匹配CPU和多种 不同处理速度的外设
通用性
方便使用:方便用户使用,对不同类型的设备 统一使用方法,协调对设备的并发使用 方便控制:方便OS内部对设备的控制:增加和 删除设备,适应新的设备类型
设备独立性
设备独立性是指用户在编程序时所使用的设备 与实际设备无关. 两类设备独立性:
设备I/O:逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构. 用户命令到设备操作序列的转换 I/O缓冲:提高I/O效率. 调度和控制:物理设备控制实体;直接面对硬件设备 的控制细节.这部分通常体现为设备驱动程序. 并发I/O访问调度 设备控制和状态维护 中断处理
10.2 设备分配
由于外设资源的有限,需解决进程间的 外设共享问题,以提高外设资源的利用 率.设备分配是对进程使用外设过程的 管理.这里有两种作法:
第10章 设备管理
I/O基本概念 I/O控制技术 I/O子系统层次结构 设备分配 假脱机技术 设备控制 磁盘调度管理 WindowsNT设备管理举例
10.1 概述
I/O设备 在计算机系统中除CPU和内存储外所有 的设备和装置.也叫计算机外部设备 (外围设备). I/O子系统
操作系统中负责I/O设备管理的功能模块. 外设的特点:
在进程间切换使用外设,如键盘和鼠标; 通过一个虚拟设备把外设与应用进程隔开, 只由虚拟设备来使用设备.
1, 设备分配原则
设备分配的原则是合理使用外设(公平和避免 死锁),提高设备利用率.
独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备,一般为低速I/O 设备.(如打印机,磁带等) 共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备,多个进程以 交叉的方式来使用设备,其资源利用率高.(如磁盘,网 卡) 虚拟设备 在一类设备上模拟另一类设备,常用共享设备模拟独占设 备,用高速设备模拟低速设备,被模拟的设备称为虚拟设 备. 目的:将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备, 提高设备的利用率
一个程序应独立于分配给它的某类设备的具体设备. 即在用户程序中只指明I/O使用的设备类型即可.如 在系统中配备了两台打印机,用户要打印时只要告 诉系统要将信息送到打印机即可. 程序要尽可能地与它使用的设备类型无关.即在用 户程序中只要指出要输入或输出信息,至如信息I/O 使用的设备不需用户指明.
3, I/O管理功能
4, I/O子系统层次模型
User Process Logical I/O Communications Architecture
Device I/O Scheduling & Control(Device Driver) Hardware
逻辑I/O:逻辑设备(也称为虚拟设备)实体,不涉及实际的设 备控制; 针对用户接口,提供抽象的命令,如:Open, Close, Read, Write. 针对通信设备,则是通信体系结构如网络协议栈; 针对文件存储设备,是文件系统的逻辑结构控制;
Control Logic
通道控制方式(channel control)
通道:是计算 机系统中专门 用 于 I/O 的 处 理机. 在大,中,小 型计算机中一 般称为通道, 结构如图所示
通道控制方式(channel control)
通道控制器(Channel Processor)有自己的专用存储器, 可以执行由通道指令组成的通道程序,因此可以进行 较为复杂的I/O控制,如网卡上信道访问控制.通道程 序通常由操作系统所构造,放在内存里. 优点:执行一个通道程序可以完成几批I/O操作. 选择通道(selector channel):可以连接多个外设,而 一次只能访问其中一个外设. 多路通道(multiplexor channel):可以并发访问多个 外设.分为字节多路(byte)和数组多路(block)通道.
先来先服务(FCFS) 先来先服务
原则:各进程对磁盘请求的等待队列按提出请求 的时间进行排序,并按此次序给予服务. 评价:
访问请求均匀分布整个盘面,而不具有某种集中倾向 时,导致随机访问模式——无法对访问优化! 访问请求较多时,降低设备服务的吞吐量 吞吐量,提高响应 吞吐量 响应 时间; 时间 响应时间变化幅度较小! 响应时间变化幅度
慢速系 统设备
进程 1 打印机
预输入
进程 2 缓冲区 缓输出(每 个进程读井 中某一缓冲 区内容) 区内容 缓冲区 磁盘 输出井
输入井 磁盘 磁盘中的缓冲区看作是一个虚拟设备, 磁盘中的缓冲区看作是一个虚拟设备, 进程对其进行读写
优点:
高速虚拟I/O操作:应用程序的虚拟I/O比实际I/O速 度提高,缩短应用程序的执行时间.另一方面,程 序的虚拟I/O操作时间和实际I/O操作时间分离开来. 实现对独享设备的共享:由SPOOLing程序提供虚拟 设备,可以对独享设备依次共享使用.
System Bus
Processor
DMA Controller
I/O I/O ..... Controller Controller
Memory
DMA方式下的I/O控制器结构
Data Lines
Data Count Data Register Address gister
Address Lines DMA Request DMA Acknowledge Interrupt Read Write
1,I/O控制技术
直接存储访问方式(DMA) Direct Memory Access
由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值 (如内存起始地址,传送字节数),然后发 起I/O操作,而DMA控制器完成内存与外设 的成批数据交换,在操作完成时由DMA控制 器向CPU发出中断. 优点:CPU只需干预I/O操作的开始和结束, 而其中的一批数据读写无需CPU控制,适于 高速设备.
1,I/O控制技术
程序控制I/O(programmed I/O)
I/O操作由程序发起,程序执行忙等待操作 等待操作完成.数据的每次读写通过CPU. 缺点:在外设进行数据处理时,CPU只能 等待(忙等待).
1,I/O控制技术
中断驱动方式(interrupt-driven I/O)
I/O操作由程序发起,在操作完成时(如数 据可读或已经写入)由外设向CPU发出中断, 通知该程序.数据的每次读写通过CPU. CPU 优点:在外设进行数据处理时,CPU不必等 待,可以继续执行该程序或其他程序. 缺点:每次I/O都要CPU的干预,CPU每次处 理的数据量少(通常不超过几个字节),只 适于数据传输率较低的设备.
2,查找优化策略 查找优化策略
目标:降低查找时间 目标 评价:吞吐量,平均响应时间,响应时 评价 间的可预期性(或变化幅度). 优化:移动磁头所花时间正比于所需移动的总
的距离.
查找优化策略:
先来先服务(FCFS) 先来先服务( ) 最短查找时间优先( 最短查找时间优先(SSTF) ) 扫描策略(SCAN)/(电梯调度算法) 扫描策略 (电梯调度算法) 循环扫描策略( 循环扫描策略(C-SCAN) )
设备存取 实现对设备的存取操作,提供命令接口和编程接口. 实现对设备的存取操作,提供命令接口和编程接口. 设备分配 在多用户的环境下,负责设备的分配和回收. 在多用户的环境下,负责设备的分配和回收. 设备控制 设备控制包括设备的驱动,完成和故障中断处理. 设备控制包括设备的驱动,完成和故障中断处理. 状态跟踪 设备控制块是存放设备管理和控制信息的数据结构. 设备控制块是存放设备管理和控制信息的数据结构 . 系统要掌握设备的状态. 系统要掌握设备的状态.
种类多 差异大(控制和速度)
设备分类
按交互对象分类: 人机交互设备:视频显示设备,键盘,鼠标,打印 机. 与计算机或其他电子设备交互的设备:磁盘,磁带, 传感器,控制器. 计算机间的通信设备:网卡,调制解调器. 按外设特性分类 使用特征:存储,输入/输出,终端 信息组织特征: 块设备:信息按字符块组织和处理.(面向块的 设备) 如:磁盘. 字符设备:信息按字符组织和处理.(面向字符 的设备).如:打印机.
Virtual I/O Application A SPOOLing Program
Actual I/O
Device
Application B
假脱机的原理
SPOOLing程序和外设进行数据交换,可以称为"实际 I/O".一方面,SPOOLing程序预先从外设输入数据并加 以缓冲,在以后需要的时候输入到应用程序;另一方面, SPOOLing程序接受应用程序的输出数据并加以缓冲,在 以后适当的时候输出到外设. 在SPOOLing程序中,需要管理两级缓冲区:内存缓冲区 和快速外存上的缓冲池,后者可以暂存多批I/O操作的较 多数据. 应用程序进行I/O操作时,只是和SPOOLing程序交换数 据,可以称为"虚拟I/O".这时虚拟I/O实际上是从 SPOOLing程序的缓冲池中读出数据或把数据送入缓冲池, 而不是跟实际的外设进行I/O操作.
设备分配方式: 静态分配:在进程创建时分配,在进程 退出时释放; 不会出现死锁; 设备利用率不高; 动态分配:在进程执行过程中根据需要 分配,使用结束后释放; 需要考虑死锁问题 有利于提高设备利用率
动态分配策略:针对特定的设备采用特 定的分配策略.
先来先服务(FCFS):按I/O请求的先后顺序, 排成I/O请求命令队列;按FCFS分配设备; 基于优先级:依据进程的优先级,指定I/O 请求的优先级,排成不同优先级队列;按优 先级高低分配设备;
2,假脱机技术
利用假脱机技术(SPOOLing, Simultaneous Peripheral Operation On Line, 也称为虚拟设备技术) 可把独享设备转变成具有共享特征的虚拟设备, 从而提高设备利用率. 在多道批处理系统中,专门利用一道程序 (SPOOLing程序)来完成对设备的I/O操作.无 需使用外围I/O处理机.
2,设备管理的目的和功能
I/O子系统设计目标
有效性:
提高效率:提高I/O访问效率,匹配CPU和多种 不同处理速度的外设
通用性
方便使用:方便用户使用,对不同类型的设备 统一使用方法,协调对设备的并发使用 方便控制:方便OS内部对设备的控制:增加和 删除设备,适应新的设备类型
设备独立性
设备独立性是指用户在编程序时所使用的设备 与实际设备无关. 两类设备独立性:
设备I/O:逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构. 用户命令到设备操作序列的转换 I/O缓冲:提高I/O效率. 调度和控制:物理设备控制实体;直接面对硬件设备 的控制细节.这部分通常体现为设备驱动程序. 并发I/O访问调度 设备控制和状态维护 中断处理
10.2 设备分配
由于外设资源的有限,需解决进程间的 外设共享问题,以提高外设资源的利用 率.设备分配是对进程使用外设过程的 管理.这里有两种作法:
第10章 设备管理
I/O基本概念 I/O控制技术 I/O子系统层次结构 设备分配 假脱机技术 设备控制 磁盘调度管理 WindowsNT设备管理举例
10.1 概述
I/O设备 在计算机系统中除CPU和内存储外所有 的设备和装置.也叫计算机外部设备 (外围设备). I/O子系统
操作系统中负责I/O设备管理的功能模块. 外设的特点:
在进程间切换使用外设,如键盘和鼠标; 通过一个虚拟设备把外设与应用进程隔开, 只由虚拟设备来使用设备.
1, 设备分配原则
设备分配的原则是合理使用外设(公平和避免 死锁),提高设备利用率.
独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备,一般为低速I/O 设备.(如打印机,磁带等) 共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备,多个进程以 交叉的方式来使用设备,其资源利用率高.(如磁盘,网 卡) 虚拟设备 在一类设备上模拟另一类设备,常用共享设备模拟独占设 备,用高速设备模拟低速设备,被模拟的设备称为虚拟设 备. 目的:将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备, 提高设备的利用率
一个程序应独立于分配给它的某类设备的具体设备. 即在用户程序中只指明I/O使用的设备类型即可.如 在系统中配备了两台打印机,用户要打印时只要告 诉系统要将信息送到打印机即可. 程序要尽可能地与它使用的设备类型无关.即在用 户程序中只要指出要输入或输出信息,至如信息I/O 使用的设备不需用户指明.
3, I/O管理功能
4, I/O子系统层次模型
User Process Logical I/O Communications Architecture
Device I/O Scheduling & Control(Device Driver) Hardware
逻辑I/O:逻辑设备(也称为虚拟设备)实体,不涉及实际的设 备控制; 针对用户接口,提供抽象的命令,如:Open, Close, Read, Write. 针对通信设备,则是通信体系结构如网络协议栈; 针对文件存储设备,是文件系统的逻辑结构控制;
Control Logic
通道控制方式(channel control)
通道:是计算 机系统中专门 用 于 I/O 的 处 理机. 在大,中,小 型计算机中一 般称为通道, 结构如图所示
通道控制方式(channel control)
通道控制器(Channel Processor)有自己的专用存储器, 可以执行由通道指令组成的通道程序,因此可以进行 较为复杂的I/O控制,如网卡上信道访问控制.通道程 序通常由操作系统所构造,放在内存里. 优点:执行一个通道程序可以完成几批I/O操作. 选择通道(selector channel):可以连接多个外设,而 一次只能访问其中一个外设. 多路通道(multiplexor channel):可以并发访问多个 外设.分为字节多路(byte)和数组多路(block)通道.
先来先服务(FCFS) 先来先服务
原则:各进程对磁盘请求的等待队列按提出请求 的时间进行排序,并按此次序给予服务. 评价:
访问请求均匀分布整个盘面,而不具有某种集中倾向 时,导致随机访问模式——无法对访问优化! 访问请求较多时,降低设备服务的吞吐量 吞吐量,提高响应 吞吐量 响应 时间; 时间 响应时间变化幅度较小! 响应时间变化幅度
慢速系 统设备
进程 1 打印机
预输入
进程 2 缓冲区 缓输出(每 个进程读井 中某一缓冲 区内容) 区内容 缓冲区 磁盘 输出井
输入井 磁盘 磁盘中的缓冲区看作是一个虚拟设备, 磁盘中的缓冲区看作是一个虚拟设备, 进程对其进行读写
优点:
高速虚拟I/O操作:应用程序的虚拟I/O比实际I/O速 度提高,缩短应用程序的执行时间.另一方面,程 序的虚拟I/O操作时间和实际I/O操作时间分离开来. 实现对独享设备的共享:由SPOOLing程序提供虚拟 设备,可以对独享设备依次共享使用.
System Bus
Processor
DMA Controller
I/O I/O ..... Controller Controller
Memory
DMA方式下的I/O控制器结构
Data Lines
Data Count Data Register Address gister
Address Lines DMA Request DMA Acknowledge Interrupt Read Write
1,I/O控制技术
直接存储访问方式(DMA) Direct Memory Access
由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值 (如内存起始地址,传送字节数),然后发 起I/O操作,而DMA控制器完成内存与外设 的成批数据交换,在操作完成时由DMA控制 器向CPU发出中断. 优点:CPU只需干预I/O操作的开始和结束, 而其中的一批数据读写无需CPU控制,适于 高速设备.
1,I/O控制技术
程序控制I/O(programmed I/O)
I/O操作由程序发起,程序执行忙等待操作 等待操作完成.数据的每次读写通过CPU. 缺点:在外设进行数据处理时,CPU只能 等待(忙等待).
1,I/O控制技术
中断驱动方式(interrupt-driven I/O)
I/O操作由程序发起,在操作完成时(如数 据可读或已经写入)由外设向CPU发出中断, 通知该程序.数据的每次读写通过CPU. CPU 优点:在外设进行数据处理时,CPU不必等 待,可以继续执行该程序或其他程序. 缺点:每次I/O都要CPU的干预,CPU每次处 理的数据量少(通常不超过几个字节),只 适于数据传输率较低的设备.