1、第六章第六章 設(shè)備管理設(shè)備管理v本章考核知識(shí)點(diǎn)：本章考核知識(shí)點(diǎn)：1、輸入輸出操作；、輸入輸出操作；2、獨(dú)占設(shè)備與共享設(shè)備；獨(dú)占設(shè)備與共享設(shè)備；3、獨(dú)占設(shè)備的、獨(dú)占設(shè)備的設(shè)備；設(shè)備；4、磁盤的驅(qū)動(dòng)程序；、磁盤的驅(qū)動(dòng)程序；5、外圍設(shè)、外圍設(shè)備的啟動(dòng)；備的啟動(dòng)；6、虛擬設(shè)備（、虛擬設(shè)備（SPOOL系統(tǒng)）系統(tǒng)）v自學(xué)要求：要求了解設(shè)備管理與文件管自學(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)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(dòng)調(diào)度；怎樣實(shí)

2、現(xiàn)虛擬設(shè)備。磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度；怎樣實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。v一、輸入輸出操作（要求達(dá)到一、輸入輸出操作（要求達(dá)到“識(shí)記識(shí)記”層次）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”。v二、獨(dú)占設(shè)備和共享設(shè)備（識(shí)記）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)

3、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。v三、獨(dú)占設(shè)備的分配（領(lǐng)會(huì)）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-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-相對(duì)號(hào)”之

4、間的關(guān)系，就能正確啟用設(shè)備了。2、設(shè)備的指定方式 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。 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)鐘叫張三去買菜。如果張三有空，就得張三去買。 2）指定設(shè)備類、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)明要某類設(shè)備多少臺(tái)，這樣可以由系統(tǒng)靈活分配。 設(shè)備類-相對(duì)號(hào)呢，就好比是一個(gè)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(gè)人去買羅卜。這時(shí)就由“系統(tǒng)”來(lái)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

5、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，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”3）設(shè)備獨(dú)立性：采用“設(shè)備類、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、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

6、置的獨(dú)占設(shè)備類型、臺(tái)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(guò)查表和修改表的操作完成設(shè)備分配工作。v四、磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度（領(lǐng)會(huì)）四、磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度（領(lǐng)會(huì)）1、磁盤的結(jié)構(gòu)（動(dòng)畫）2、訪問(wèn)磁盤的操作時(shí)間（動(dòng)畫）3、磁盤的驅(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)決定等待磁盤訪問(wèn)者的執(zhí)行次序的工作就是磁盤的“驅(qū)動(dòng)調(diào)度”4、對(duì)磁盤進(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、磁盤調(diào)度分為移臂調(diào)度和旋轉(zhuǎn)調(diào)度。根據(jù)訪問(wèn)

7、者指定的柱面位置來(lái)決定執(zhí)行次序的調(diào)度稱“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。v五、外圍設(shè)備的啟動(dòng)五、外圍設(shè)備的啟動(dòng)(識(shí)記）識(shí)記）要想提高效率就要大膽放權(quán)，讓下屬對(duì)事負(fù)

8、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。v2、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

9、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：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(duì)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(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

10、、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。v六、虛擬設(shè)備六、虛擬設(shè)備SPOOL系統(tǒng)（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

11、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(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)備在磁盤上劃出的專用存儲(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)

12、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ⅰＫ沟妹總€(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。 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)從磁盤上讀寫信息來(lái)代替從輸入機(jī)和打印機(jī)的讀寫操作，不僅使多個(gè)作業(yè)可以同時(shí)執(zhí)行，而且加快

13、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)輸入到磁盤的“輸入井”中。v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。復(fù)習(xí)題v1、為提高設(shè)備分配的靈活性，用戶申請(qǐng)?jiān)O(shè)備時(shí)應(yīng)指定( ）號(hào)。A、設(shè)備類相對(duì)B、設(shè)備類絕對(duì)C、相對(duì)D、絕對(duì)v2、通常把通道程序的執(zhí)行情況記錄在（ )中vA、PSWB、PCBC、CAWD、CSWv3、對(duì)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v

14、4、磁盤上的某個(gè)磁道被劃分成四塊，磁盤的轉(zhuǎn)速為20毫秒/轉(zhuǎn)，當(dāng)前磁頭在第二塊的開(kāi)始位置，則花費(fèi)( ）毫秒的時(shí)間可把第一塊信息讀到主存。（假設(shè)旋轉(zhuǎn)是按由塊號(hào)從小到大方向的）A、40B、20C、10D、5v5、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v6、一次訪問(wèn)磁盤的時(shí)間要素中最主要的因素是（）。vA、傳送時(shí)間B、旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間C、磁頭移動(dòng)時(shí)間D、延遲時(shí)間v7、主存儲(chǔ)器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作稱為_(kāi)。v8、用戶程序中往往使用_定義邏輯設(shè)備。v9、程序執(zhí)

15、行時(shí)根據(jù)用戶指定的_轉(zhuǎn)換成與其對(duì)應(yīng)的物理設(shè)備，并啟動(dòng)，這樣用戶編寫程序時(shí)不須關(guān)心實(shí)際使用哪個(gè)物理設(shè)備，這種特性稱為_(kāi)。v10、列出SPOOL系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名稱，并簡(jiǎn)單敘述他們的作用。v11、在SPOOL系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一張作業(yè)表，簡(jiǎn)述該表的作用。v12、在SPOOL系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一張“緩輸出表”，請(qǐng)問(wèn)哪些程序執(zhí)行時(shí)要訪問(wèn)緩輸出表，簡(jiǎn)單說(shuō)明之。v13、若干個(gè)等待訪問(wèn)磁盤者依次要訪問(wèn)的柱面為20,44,40,4，80,12,76，假設(shè)每移動(dòng)一個(gè)柱面需要3毫秒時(shí)間，移動(dòng)臂當(dāng)前位于40號(hào)柱面，請(qǐng)按下列算法分別計(jì)算為完成上述各次訪問(wèn)總共花費(fèi)的尋找時(shí)間。v(1)先來(lái)先服務(wù)算法：v(2)最短尋找時(shí)間優(yōu)先算法

16、。 1、A 2、D3、C4、B5、A6、C 7、輸入輸出操作8、設(shè)備類、相對(duì)號(hào)9、邏輯設(shè)備設(shè)備獨(dú)立性10、SPOOL系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：（1）作業(yè)表。用來(lái)登記進(jìn)入“輸入井”的各個(gè)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(gè)作業(yè)都有一張預(yù)輸入表，用來(lái)登記該作業(yè)初始信息的各個(gè)文件。指出各文件的文件名、傳輸信息時(shí)使用的設(shè)備類型、文件的長(zhǎng)度以及文件的存放位置等。 （3）緩輸出表。每個(gè)作業(yè)設(shè)一張緩輸出表，用來(lái)登記該作業(yè)產(chǎn)生的結(jié)果文件。 v11、 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(shí)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。 v12、在SPOOL系統(tǒng)中有兩個(gè)程序要訪問(wèn)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。 v13、先來(lái)先服務(wù)算法：(20+24+4+36+76+68+64)*3=292*3=876 ms最短尋找時(shí)間算法：（0+4+24+8+8+72+4)*3=120*3=360 ms（注：各算法使移動(dòng)臂的移動(dòng)次序和移動(dòng)的柱面數(shù)如下：（1）40 20 44 40 4 80 12