第六章設(shè)備管理本章考核知識點：1、輸入輸出操作；2、獨占設(shè)備與共享設(shè)備；3、獨占設(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)備管理實現(xiàn)。理解怎樣實現(xiàn)獨占設(shè)備的分配和磁盤的驅(qū)動調(diào)度；怎樣實現(xiàn)虛擬設(shè)備。1一、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”。2二、獨占設(shè)備和共享設(shè)備（識記）

1、獨占設(shè)備是指每次只能供一個作業(yè)執(zhí)行期間單獨使用的設(shè)備。如輸入機(jī)、磁帶機(jī)、打印機(jī)等。32、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。4三、獨占設(shè)備的分配（領(lǐng)會）1、獨占設(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。52、設(shè)備的指定方式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。絕對號就好象給每個人取一個不同的名字。上司的工作計劃中有一條：十點鐘叫張三去買菜。如果張三有空，就得張三去買。62）指定設(shè)備類、相對號：這種方式在申請設(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。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，上司的工作計劃就只寫成：十點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)備獨立性”73）設(shè)備獨立性：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)備與實際使用哪臺設(shè)備無關(guān)，這就是“設(shè)備獨立性”。4）如何實現(xiàn)獨占性設(shè)備分配：對于獨占性設(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。

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在操作系統(tǒng)中，設(shè)置“設(shè)備分配表”來記錄計算機(jī)系統(tǒng)所配置的獨占設(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。9四、磁盤的驅(qū)動調(diào)度（領(lǐng)會）1、磁盤的結(jié)構(gòu)2、訪問磁盤的操作時間3、磁盤的驅(qū)動調(diào)度：在多道程序設(shè)計系統(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。105、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。111).先來先服務(wù)FCFS(First-Come,FirstServed)根據(jù)進(jìn)程請求訪問磁盤的先后次序進(jìn)行調(diào)度?！璅CFS算法僅適用于請求磁盤I/O的進(jìn)程數(shù)目較少的場合……

磁盤調(diào)度的目標(biāo)：是使磁盤的平均尋道時間最少。目前常用的磁盤調(diào)度算法有：先來先服務(wù)、最短尋道時間優(yōu)先及掃描等算法。12圖FCFS調(diào)度算法分析……132).最短尋道時間優(yōu)先SSTF(ShortestSeekTimeFirst)圖SSTF調(diào)度算法該算法選擇這樣的進(jìn)程：其要求訪問的磁道，與當(dāng)前磁頭所在的磁道距離最近，以使每次的尋道時間最短。訪問順序：55,58,39,18,90,160,150,38,184143).掃描(SCAN)算法1))進(jìn)程“饑餓”現(xiàn)象SSTF算法雖然能獲得較好的尋道性能，但卻可能導(dǎo)致某個進(jìn)程發(fā)生“饑餓”(Starvation)現(xiàn)象。因為只要不斷有新進(jìn)程的請求到達(dá)，且其所要訪問的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近，這種新進(jìn)程的I/O請求必須優(yōu)先滿足。對SSTF算法略加修改后所形成的SCAN算法，即可防止老進(jìn)程出現(xiàn)“饑餓”現(xiàn)象。152))SCAN算法電梯調(diào)度算法該算法不僅考慮到欲訪問的磁道與當(dāng)前磁道間的距離，更優(yōu)先考慮的是磁頭當(dāng)前的移動方向。例如：當(dāng)磁頭正在自里向外移動時，SCAN算法所考慮的下一個訪問對象，應(yīng)是其欲訪問的磁道既在當(dāng)前磁道之外，又是最近的……162))SCAN算法電梯調(diào)度算法圖5-25SCAN調(diào)度算法示例訪問順序：55,58,39,18,90,160,150,38,184174).循環(huán)掃描(CSCAN)算法圖5-26CSCAN調(diào)度算法示例CSCAN算法規(guī)定磁頭單向移動。即將最小磁道號緊湊著最大磁道號構(gòu)成循環(huán)……訪問順序：55,58,39,18,90,160,150,38,184187、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。19五、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。201、通道（channel）：計算機(jī)系統(tǒng)中能夠獨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。212、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。22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)。233、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。244、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。25六、虛擬設(shè)備SPOOL系統(tǒng)（領(lǐng)會）1、實現(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占設(shè)備。這種技術(shù)可使獨占的設(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)計技術(shù)。）263、虛擬設(shè)備的實現(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）274、SPOOL系統(tǒng)的組成和實現(xiàn)：井：為實現(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。285、實現(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)計技術(shù)，合理分配處理器，實現(xiàn)聯(lián)機(jī)的外圍設(shè)備同時操作。29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占設(shè)備的利用率，也使計算機(jī)系統(tǒng)的各種資源被充分利用。30復(fù)習(xí)題1、為提高設(shè)備分配的靈活性，用戶申請設(shè)備時應(yīng)指定(）號。A、設(shè)備類相對B、設(shè)備類絕對C、相對D、絕對2、通常把通道程序的執(zhí)行情況記錄在（)中A、PSWB、PCBC、CAWD、CSW3、對磁盤而言，輸入輸出操作的信息傳送單位為：（）A、字符B、字C、塊D、文件314、設(shè)磁盤的轉(zhuǎn)速為10ms/轉(zhuǎn)，盤面劃分10個扇區(qū)，當(dāng)前磁頭在第三塊的開始位置，則花費（）毫秒的時間可以把第二塊的信息讀到主存。（假設(shè)，旋轉(zhuǎn)是按由塊號從小到大方向的）A.1B.2C.9D.105、SPOOL系統(tǒng)由下列程序組成（）A、預(yù)輸入程序、井管理程序和緩輸出程序B、預(yù)輸入程序、井管理程序和井管理輸出程序。C、輸入程序、井管理程序和輸出程序D、預(yù)輸入程序、井管理程序和輸出程序326、一次訪問磁盤的時間要素中最主要的因素是（）。A、傳送時間B、旋轉(zhuǎn)等待時間C、磁頭移動時間D、延遲時間7、主存儲器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作稱為_______________。8、用戶程序中往往使用______________________定義邏輯設(shè)備。9、程序執(zhí)行時根據(jù)用戶指定的_________轉(zhuǎn)換成與其對應(yīng)的物理設(shè)備，并啟動，這樣用戶編寫程序時不須關(guān)心實際使用哪個物理設(shè)備，這種特性稱為_______________。3310、列出SPOOL系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名稱，并簡單敘述他們的作用。11、在SPOOL系統(tǒng)中設(shè)計了一張作業(yè)表，簡述該表的作用。12、在SPOOL系統(tǒng)中設(shè)計了一張“緩輸出表”，請問哪些程序執(zhí)行時要訪問緩輸出表，簡單說明之。3413、若干個等待訪問磁盤者依次要訪問的柱面為20,44,40,4，80,12,76，假設(shè)每移動一個柱面需要3毫秒時間，移動臂當(dāng)前位于40號柱面，請按下列算法分別計算為完成上述各次訪問總共花費的尋找時間。(1)先來先服務(wù)算法：(2)最短尋找時間優(yōu)先算法。351、A2、D3、C4、D5、A6、C7、輸入輸出操作8、設(shè)備類、相對號9、邏輯設(shè)備設(shè)備獨立性3610、SPOOL系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：（1）作業(yè)表。用來登記進(jìn)入“輸入井”的各個作業(yè)的作業(yè)名、作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)擁有的文件數(shù)以及預(yù)輸入表和緩輸出表的位置等。（2）預(yù)輸入表。每個作業(yè)都有一張預(yù)輸入表，用來登記該作業(yè)初始信息的各個文件。指出各文件的文件名、傳輸信息時使用的設(shè)備類型、文件的長度以及文件的存放位置等。（3）緩輸出表。每個作業(yè)設(shè)一張緩輸出表，用來登記該作業(yè)產(chǎn)生的結(jié)果文件。3711、作業(yè)表供調(diào)度選擇處于“收容狀態(tài)”的作業(yè)。作業(yè)執(zhí)行時可從中找到該作業(yè)的“預(yù)輸入表”，從而找到所需的文件。從作業(yè)表中可找到該作業(yè)的“緩輸出表”，以登記作業(yè)的執(zhí)行。12、在SPOOL系統(tǒng)中有兩個程序要訪問緩輸出表：井管理寫程序把作業(yè)執(zhí)行結(jié)果文件登記在緩輸出表中；緩輸出程序從緩輸出表中查找結(jié)果文件并打印輸出。3813、先來先服務(wù)算法：(20+24+4+36+76+68+64)*3=292*3=876ms最短尋找時間算法：（0+4+24+8+8+72+4)*3=120