第6章操作系统《输入、输出系统》习题.ppt

6.1.1 I/O设备类型　　1. 按使用特性分类　　计算机系统中的外部设备，按设备的使用特性，可分为存储设备、输入/输出设备、终端设备以及脱机设备等，如图 6.1 所示。 　　2. 按所属关系分类　　外部设备按其所属关系可分为系统设备和用户设备。　　(1) 系统设备。这是指在操作系统生成时已经登记在系统中的标准设备，如打印机、磁盘等。时钟也是一个特殊的系统设备，它的全部功能就是按事先定义的时间间隔发出中断。 　　(2) 用户设备。这是指在系统生成时未登记在系统中的非标准设备。这类设备通常是由用户提供的，因此该类设备的处理程序也应该由用户提供，并通过适当的手段把这类设备登记在系统中，以便系统能对它实施统一管理。 　　3. 按资源分配角度分类　　从资源分配角度来看，外部设备又可分为独占设备、共享设备和虚拟设备等三类。　　(1) 独占设备。为了保证信息传输的连贯性，通常该类设备一经分配给某个进程，在该进程释放它之前，其他设备不能使用。多数的低速I/O设备都属于独占设备。如打印机和纸带读入机，只能为某一个进程所独占，而不允许几个进程同时使用。　　 　　(2) 共享设备。这是指允许若干个进程同时使用的设备。实际上，几个进程可以同时交替地使用一台设备，如几个进程交替地从一台磁盘机上读写数据。显然，共享的效果可获得较高的设备利用率。　　(3) 虚拟设备。通过假脱机(Spooling)技术把原来的独占设备改造成可为若干个进程所共享的设备，以提高设备的利用率，这种设备即为虚拟设备。 　　4. 按传输数据数量分类　　外部设备按传输数据的数量，分为字符设备和块设备。　　(1) 字符设备。每次传输数据以字节为单位的设备称为字符设备，如打印机、终端、键盘等低速设备。　　(2) 块设备。以数据块为单位进行传输的设备称为块设备，如磁盘、磁带等高速外存储器等。 6.1.2 I/O设备的物理特性　　1. 磁盘　　磁盘是一种直接存取存储设备。磁盘是将信息存储在涂有一层铁磁物质的金属圆盘上的一种存储媒体。如果将若干个这样的圆盘片组合在一起，便形成了一个盘组。只有一个盘片的磁盘称为软盘，由多个盘片组成的磁盘称为硬盘。每个盘片有上、下两个盘面，上、下两面都有若干个同心圆和一个读/写磁头。在活动头磁盘中，每个盘面只有一个读/写磁头，让这些磁头在盘面上来回移动，而盘体则绕中心轴高速旋转。图 6.2 表示一个盘组由若干圆盘组成，磁头在盘面上移动的情况。该盘组由 10 个圆盘组成, 共 20 个盘面，而每个盘面上只有一个磁头,编号为 0～19，其中有一个磁头称为伺服磁头，用于控制定位。 　　在磁盘执行读写操作时，整个盘组在不停地旋转，存取臂带动磁头来回移动。存取臂移动到某一固定位置，对应的磁头就在磁盘上画一个圆，这个圆称为磁道。各个存取臂如以相同的长度沿水平方向移动，则相同半径的一些磁道组成一个圆柱面，称为柱面。对于一个盘组，其柱面由外向里编号，即 0，1，2，……在每个柱面上，把磁头号作为磁道号，磁道从上向下编号，即 0，1，2，…… 　　所有实际的磁盘都组织成许多柱面，一个柱面上的磁道数等于垂直放置的磁头数。一个磁道又可划分为许多扇区，每个磁道上的扇区数，对于软盘是 8 至 32 个扇区，在某些硬盘上可多达几百个扇区。通常每条磁道具有相同的扇区数，每个扇区包含相同的字节数。软件使用的数据块通常由几个(一个、两个或四个)连续的扇区组成，作为一个物理记录进行读写。磁盘上一个物理块的物理地址由三部分组成：柱面号(CC)、磁道号(HH)和物理记录号(R)。 　　不难看出，物理上靠近磁盘外边沿的扇区比靠近内边沿的扇区要长一些。不过读写每个扇区的时间是一样的，显然，在最里面的柱面上的数据密度要高一些。这种密度的不同意味着要牺牲一些磁盘容量。有人尝试过设计一种当磁头处于外部磁道时，旋转速度更快的软盘，这样外圈磁道就可以具有更多的扇区，从而增加盘的容量。在现代大容量磁盘中，外圈磁道具有的扇区数比内圈磁道要多，这就产生了IDE(Integrated Drive Electronics)驱动器。这种驱动器用内置的电子器件进行复杂的处理，屏蔽了具体细节。对操作系统来说，它仍然呈现出简单的结构，每条磁道具有相同的扇区。　　表6-1给出了作为IBM-PC机标准存储介质的双面双密度软盘和可用在奔腾机上中等容量磁盘的技术参数。 　　2. 时钟　　时钟也是一种外部设备，它既不是一个块设备，也不是一个字符设备。但时钟软件却可以以设备驱动程序的形式进行工作。　　在计算机系统中使用两种类型的时钟。一种是最简单的时钟，它被连接到 110 V或 220 V的电力线上，以 50 Hz或 60 Hz的频率在每个电压周期产生一次中断。另一种时钟如图 6.3 所示。它由三个元件组