Chương 5 hệ thống quản lý nhập xuất

Chương V Hệ thống quản lý thiết bị Mục tiêu • Sau chương này, sinh viên phân biệt thiết bị chuẩn thiết bị mở rộng Đồng thời hiểu nguyên tắc tổ chức, quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành số kỹ thuật áp dụng quản lý thiết bị ngoại vi Nội dung • Các nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành • Các kỹ thuật áp dụng quản lý thiết bị I Các nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị I.1 Yêu cầu quản lý thiết bị • Chức thiết bị ngoại vi đảm nhiệm việc truyền thông tin thành phần máy tính với môi trường bên Do yêu cầu hệ điều hành tìm phương pháp tổ chức truy nhập thông tin thiết bị ngoại vi • Các thiết bị khác chất nguyên lý hoạt động, hệ điều hành phải tìm cách quản lý, điều khiển khai thác thiết bị cách hiệu I.2 Nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị • Nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị sở CPU điều khiển thao tác vào/ra thông qua thiết bị đặc biệt – thiết bị quản lý không thực trực tiếp thao tác vào • Thiết bị quản lý đóng vai trò máy tính chuyên dụng có nhiệm vụ điều khiển thiết bị kết nối với gọi kênh vào Mỗi kênh có ngôn ngữ hệ lệnh riêng I.2 Nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị • Mỗi hệ thống máy tính có nhiều kênh vào/ra Mỗi kênh có kênh minh Các kênh hoạt động theo chương trình điều khiển kênh • CPU phải hiểu ngôn ngữ kênh, nạp vào khởi động hệ điều hành hệ điều hành hoạt động • CPU điều khiển thao tác vào/ra thông qua chương trình điều khiển kênh tương ứng với công việc cần thực I.2 Nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị • Với nguyên lý điều khiển trên, cho phép lúc thực vào thực thiết bị ngoại vi CPU hoạt động song tính toán điều khiển Khi có kết vào kênh phát tín hiệu ngắt cho CPU biết • Tùy theo hoàn cảnh, tín hiệu ngắt xử lý lưu trữ để xử lý có điều kiện hủy bỏ I.2 Nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị • Để hiệu suất xử lý cao, hệ thống phải biết sớm tốt thời điểm kết thúc hoạt động vào Kênh báo cho hệ thống biết kết vào/ra vào thời điểm sớm có thể, hoạt động vào/ra kết thúc nhiều mức, nhiều nơi khác • Phương pháp cho phép gắn nhiều thiết bị đồng thời mà không phụ thuộc vào cấu hình thiết bị II Các kỹ thuật áp dụng quản lý thiết bị II.1 Kỹ thuật vùng đệm II.2 Kỹ thuật kết khối II.3 Xử lý lỗi II.4 SPOOL II.1 Kỹ thuật vùng đệm II.1.1 Khái niệm mục đích vùng đệm • Vùng đệm vùng nhớ trung gian làm nơi lưu trữ tạm thời thao tác vào/ra • Hệ thống thưc vào/ra qua bước: – Kích hoạt thiết bị – Chờ thiết bị đạt trạng thái thích hợp – Chờ thao tác vào/ra thực Vùng đệm trung chuyển • Hệ thống tổ chức hai vùng nhớ riêng biệt: – Vùng nhớ vào: Chỉ dùng để nhập thông tin – Vùng nhớ ra: Dùng để ghi thông tin • Tương ứng hệ thống có hai lệnh để đưa thông tin vào lấy thông tin (write/read) • Để giảm thời gian chờ, hệ thống tổ chức nhiều vùng đệm vào Khi hết thông tin vùng đệm này, hệ thống chuyển sang vùng đệm khác Vùng đệm trung chuyển • Đối với vùng đệm thông tin xử lý tương tự theo chiều ngược lại • Ưu điểm vùng đệm trung chuyển có hệ số song song cao, phổ dụng, cách tổ chức đơn giản • Nhược điểm: Tốn nhớ, kéo dài thời gian trao đổi thông tin nhớ Vùng đệm xử lý • Trong vùng đệm xử lý, thông tin vào, xử lý vùng nhớ, thông tin không cần phải lưu nhiều vị trí khác nhớ Lệnh đọc cần xác định địa thông tin, không cần cung cấp giá trị thông tin • Ưu điểm: Tiết kiệm không gian nhớ, rút ngắn thời gian trao đổi tt • Nhược điểm: Tốc độ giải phóng vùng nhớ chậm, Phương pháp tổ chức phức tạp Vùng đệm vòng tròn • Trong cách tổ chức này, hệ thống làm việc với ba vùng đệm: Một vùng để đưa thông tin vào, vùng để đưa thông tin vùng xử lý Sau khoảng thời gian định, chức cách vùng đệm trao đổi cho -> Vòng tròn • Loại vùng đệm gắn với file cụ thể gắn với toàn hệ thống II.2 Kỹ Thuật kết khối • Để giảm số lần truy nhập vật lý, hệ thống sử dụng kỹ thuật kết khối tức ghép nhiều ghi logic thành bàn ghi vật lý Việc trao đổi thông tin phận tiến hành theo ghi vật lý • Các cách tổ chức kết khối sau: – Mỗi ghi vật lý chứa số nguyên lần ghi logic, giá trị với ghi vật lý II.2 Kỹ Thuật kết khối – Mỗi ghi vật lý chứa số nguyên lần ghi logic số lượng ghi logic không giống với ghi vật lý khác – Bản ghi vật lý có độ dài cố định không phụ thuộc vào ghi logic – Bản ghi vật lý chứa phần ghi logic, phải kết hợp nhiều ghi vật lý ghi logic Phương pháp kết khối chọn tùy thuộc vào vấn đề cần giải phương thức hoạt động thiết bị II.2 Kỹ Thuật kết khối • Kỹ thuật kết khối giúp hạn chế truy nhập bất hợp lệ Nếu không hệ số kết khối hệ thống không tiếp tục thực phép truy nhập thông tin • Phương pháp thứ tư hỗ trợ lưu trữ, chép file có kích thước lớn • Kỹ thuật kết khối cần phải có nhớ lưu trữ chương trình phục vụ kết khối mở khối, tốn thời gian xử lý ghi II.3 Xử lý lỗi • Phương pháp chủ yếu áp dụng chống lỗi vào/ra giao trách nhiệm phát lỗi cho hệ thống Khi phát lỗi hệ thống có gắng khắc phục cách thực lại nhiều lần thao tác vào/ra Nếu có lỗi ổn định cố gắng khôi phục thông tin ban đầu, trường hợp khắc phục thông báo lỗi cho người sử dụng tự giải II.3 Xử lý lỗi • Việc kiểm tra lỗi thông thường thiết bị điều khiển vào/ra thực hiện, sau thông bào lỗi cho hệ thống hệ thống chịu trách nhiệm thực tác động tương ứng • Việc áp dụng mã sửa sai giúp hệ thống khắc phục lỗi liệu thường gặp II.3 Xử lý lỗi • Phương pháp kiểm tra đơn giản VRC (Vertical Redundancy Check) Thêm vào bit vào dãy bit cần kiểm tra Bit dẫy có số bit chẵn, ngược lại Hệ thông vào để phát lỗi Nhược điểm không phát bít lỗi II.3 Xử lý lỗi • Để khắc phục nhược điểm VRC, người ta sử dụng thêm phương pháp LRC (Longitudinal Redundancy Check) Cho phương pháp kiểm tra lỗi theo hai chiều II.4.SPOOL(Simulteneous Peripheral Operations On Line) Trên thực tế, nhiều trường hợp hệ thống mô hoạt động vào chương trình Các chương trình hoạt động song song tuân thủ theo nguyên tắc quản lý tiến trình -Việc mô thiết bị ngoại vi làm xuất thiết bị ảo tạo hai ứng dụng khác nhau: - Mô trình điều khiển quản lý thiết bị chế tạo chưa có đk lắp đặt - Tạo SPOOL (hệ thống mô phép trao đổi ngoại vi chế độ trực tiếp) II.4.SPOOL(Simulteneous Peripheral Operations On Line) • Nhiệm vụ SPOOL tạo hiệu ứng sử dụng song song, thị phép khai thác chế độ • Kỹ thuật SPOOL mô thiết bị thiết bị ảo cung cấp cho tiến trình có yêu cầu • SPOOL sử dụng rộng rãi để thay nhiều loại thiết bị khả sử dụng chung để nâng cao khả hoạt động song song tiến trình Câu hỏi ôn tập • Câu 1: Phân biệt thiết bị chuẩn không chuẩn hệ thống máy tính • Câu 2: Trình bày nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành • Câu 3: Trình bày khái niệm mục đích sử dụng vùng đệm phép trao đổi ngoại vi • Câu 4: Phân biệt loại vùng đệm nêu rõ ưu nhước điểm loại Câu hỏi ôn tập • Câu 5: Mục đích kết khối gì? Nêu phương pháp kết khối? So sánh qu nhược điểm • Câu 6: Thế SPOOL? Trình bày ứng dụng SPOOL? Cho ví dụ minh họa [...]... Trong cách tổ chức này, hệ thống làm việc với ba vùng đệm: Một vùng để đưa thông tin vào, một vùng để đưa thông tin ra và một vùng xử lý Sau một khoảng thời gian nhất định, chức năng của cách vùng đệm được trao đổi cho nhau -> Vòng tròn • Loại vùng đệm này có thể gắn với một file cụ thể hoặc gắn với toàn bộ hệ thống II.2 Kỹ Thuật kết khối • Để giảm số lần truy nhập vật lý, hệ thống sử dụng kỹ thuật... Vùng nhớ vào: Chỉ dùng để nhập thông tin – Vùng nhớ ra: Dùng để ghi thông tin • Tương ứng hệ thống có hai lệnh để đưa thông tin vào và lấy thông tin ra (write/read) • Để giảm thời gian chờ, hệ thống có thể tổ chức nhiều vùng đệm vào Khi hết thông tin ở một vùng đệm này, hệ thống chuyển sang vùng đệm khác Vùng đệm trung chuyển • Đối với vùng đệm ra thông tin cũng được xử lý tương tự theo chiều ngược... tục thực hiện các phép truy nhập thông tin • Phương pháp thứ tư còn hỗ trợ lưu trữ, sao chép các file có kích thước lớn • Kỹ thuật kết khối cần phải có bộ nhớ lưu trữ chương trình phục vụ kết khối và mở khối, tốn thời gian xử lý bản ghi II.3 Xử lý lỗi • Phương pháp chủ yếu áp dụng trong chống lỗi vào/ra là giao trách nhiệm phát hiện lỗi cho hệ thống Khi phát hiện lỗi hệ thống có gắng khắc phục bằng... được thì thông báo lỗi cho người sử dụng tự giải quyết II.3 Xử lý lỗi • Việc kiểm tra lỗi thông thường do các thiết bị điều khiển vào/ra thực hiện, sau đó mới thông bào lỗi cho hệ thống và hệ thống chịu trách nhiệm thực hiện các tác động tương ứng • Việc áp dụng các mã sửa sai giúp hệ thống khắc phục các lỗi dữ liệu thường gặp II.3 Xử lý lỗi • Phương pháp kiểm tra đơn giản nhất là VRC (Vertical Redundancy... ghi vật lý có độ dài cố định không phụ thuộc vào bản ghi logic – Bản ghi vật lý chỉ chứa một phần bản ghi logic, vì vậy phải kết hợp nhiều bản ghi vật lý mới được bản ghi logic Phương pháp kết khối được chọn tùy thuộc vào vấn đề cần giải quyết và phương thức hoạt động của thiết bị II.2 Kỹ Thuật kết khối • Kỹ thuật kết khối giúp hạn chế truy nhập bất hợp lệ Nếu không đúng hệ số kết khối thì hệ thống không... trình Các chương trình này có thể hoạt động song song và tuân thủ theo nguyên tắc của quản lý tiến trình -Việc mô phỏng thiết bị ngoại vi làm xuất hiện thiết bị ảo sẽ tạo ra hai ứng dụng khác nhau: - Mô phỏng quá trình điều khiển và quản lý thiết bị mới đang chế tạo hoặc chưa có đk lắp đặt - Tạo ra các SPOOL (hệ thống mô phỏng các phép trao đổi ngoại vi trong chế độ trực tiếp) II.4.SPOOL(Simulteneous... lượng các thao tác vào/ra vật lý – Cho phép thực hiện song song các thao tác vào ra với các thao tác xử lý thông tin khác nhau – Cho phép thực hiện trước các phép nhập dữ liệu II.1.2 Phân loại vùng đệm • Có nhiều phương pháp tổ chức vùng đệm khác nhau, có thể chia thành 3 loại: – Vùng đệm trung chuyển – Vùng đệm xử lý – Vùng đệm vòng tròn Vùng đệm trung chuyển • Hệ thống tổ chức hai vùng nhớ riêng... ngược lại Hệ thông căn cứ vào đó để phát hiện lỗi Nhược điểm là không phát hiện được bít lỗi II.3 Xử lý lỗi • Để khắc phục nhược điểm của VRC, người ta sử dụng thêm phương pháp LRC (Longitudinal Redundancy Check) Cho phương pháp kiểm tra lỗi theo hai chiều II.4.SPOOL(Simulteneous Peripheral Operations On Line) Trên thực tế, nhiều trường hợp hệ thống mô phỏng hoạt động vào ra bằng chương trình Các chương. .. ghi vật lý Việc trao đổi thông tin giữa các bộ phận được tiến hành theo bản ghi vật lý • Các cách tổ chức kết khối như sau: – Mỗi bản ghi vật lý chứa một số nguyên lần các bản ghi logic, giá trị này là như nhau với mọi bản ghi vật lý II.2 Kỹ Thuật kết khối – Mỗi bản ghi vật lý chứa một số nguyên lần các bản ghi logic nhưng số lượng các bản ghi logic không giống nhau với những bản ghi vật lý khác nhau... Câu 1: Phân biệt thiết bị chuẩn và không chuẩn trong hệ thống máy tính • Câu 2: Trình bày nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị ngoại vi của hệ điều hành • Câu 3: Trình bày khái niệm và mục đích sử dụng của vùng đệm trong các phép trao đổi ngoại vi • Câu 4: Phân biệt các loại vùng đệm và nêu rõ ưu nhước điểm của các loại đó Câu hỏi ôn tập • Câu 5: Mục đích của kết khối là gì? Nêu các phương pháp kết ... dung • Các nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị ngoại vi hệ điều hành • Các kỹ thuật áp dụng quản lý thiết bị I Các nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị I.1 Yêu cầu quản lý thiết bị • Chức thiết bị... ngắt xử lý lưu trữ để xử lý có điều kiện hủy bỏ I.2 Nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị • Để hiệu suất xử lý cao, hệ thống phải biết sớm tốt thời điểm kết thúc hoạt động vào Kênh báo cho hệ thống. .. chức quản lý thiết bị • Nguyên tắc tổ chức quản lý thiết bị sở CPU điều khiển thao tác vào/ra thông qua thiết bị đặc biệt – thiết bị quản lý không thực trực tiếp thao tác vào • Thiết bị quản lý