Đang tải... (xem toàn văn)
Lời nói đầu 4 Chương I: Khái niệm về hệ thống quản lý nhậpxuất 5 Chương II: Phần cứng và phần mềm nhậpxuất 6 2.1. Phần cứng nhậpxuất 6 2.1.1. Thiết bị IO 7 2.1.2. Tổ chức của chức năng IO 8 2.1.3. Bộ điều khiển thiết bị 8 2.1.4. DMA (Direct Memory Access) 11 2.2. Phần mềm nhập xuất 12 2.2.1. Kiểm soát ngắt 12 2.2.2. Điều khiển thiết bị (device drivers) 12 2.2.3. Phần mềm nhậpxuất độc lập thiết bị 13 2.2.4. Phần mềm nhậpxuất phạm vi người sử dụng 14 Chương III: Giới thiệu một số hệ thống IO 15 3.1. Hệ thống IO đĩa 15 3.1.1. Phần cứng đĩa 15 3.1.2. Các thuật toán đọc đĩa 16 3.1.3. Quản lý lỗi 19 3.1.5. RAM Disks 19 3.1.6. Interleave 21 3.2. Hệ thống IO chuẩn (terminals) 21 3.2.1. Phần cứng terminal 21 3.2.2. Terminal ánh xạ bộ nhớ 23 3.2.3. Phần mềm nhập 25 3.2.4. Phần mềm xuất 26 3.3. Cài đặt đồng hồ 27 3.3.1. Phần cứng đồng hồ 27 3.3.2. Phần mềm đồng hồ 28
Hệ thống quản lý nhập-xuất Mục lục Lời nói đầu Chương I: Khái niệm hệ thống quản lý nhập/xuất Chương II: Phần cứng phần mềm nhập-xuất 2.1 Phần cứng nhập-xuất 2.1.1 Thiết bị I/O 2.1.2 Tổ chức chức I/O .8 2.1.3 Bộ điều khiển thiết bị 2.1.4 DMA (Direct Memory Access) 11 2.2 Phần mềm nhập xuất 12 2.2.1 Kiểm soát ngắt 12 2.2.2 Điều khiển thiết bị (device drivers) 12 2.2.3 Phần mềm nhập/xuất độc lập thiết bị 13 2.2.4 Phần mềm nhập/xuất phạm vi người sử dụng 14 Chương III: Giới thiệu số hệ thống I-O 15 3.1 Hệ thống I/O đĩa 15 3.1.1 Phần cứng đĩa 15 3.1.2 Các thuật toán đọc đĩa 16 3.1.3 Quản lý lỗi 19 3.1.5 RAM Disks 19 3.1.6 Interleave 21 3.2 Hệ thống I-O chuẩn (terminals) 21 3.2.1 Phần cứng terminal 21 3.2.2 Terminal ánh xạ nhớ 23 3.2.3 Phần mềm nhập 25 3.2.4 Phần mềm xuất 26 3.3 Cài đặt đồng hồ 27 3.3.1 Phần cứng đồng hồ 27 3.3.2 Phần mềm đồng hồ 28 Mục lục hìn Hình 1.1 Sự kết nối CPU, hớ, điều khiển thiết bị nhập/xuất Hình 1.2 Vận chyển DMA thực bở điều khiển .12 Hình 3.1 Phương pháp FCFS .14 Hình 3.2 Phương pháp SSTF .14 Hình 3.3 Phương pháp SCAN 15 Hình 3.4 Phương pháp C-SCAN 16 Hình 3.5 Phương pháp LOOK 16 Hình 3.6 RAM disk 20 Hình 3.7 Các loại terminals .22 Hình 3.8 Terminal RS-232 22 Hình 3.9 Terminal ánh xạ nhớ 23 Hình 3.10 Ánh xạ hình .24 Hình 3.11 Hai dạng cấu trúc liệu terminal 26 Hình 3.12 Cấu trúc đồng hồ .28 Hình 3.13 Tổ chức lưu trữ đồng hồ 29 Lời nói đầu Một chức hệ điều hành quản lý tất thiết bị nhập/xuất máy tính Hệ điều hành phải thị điều khiển thiết bị, kiểm soát ngắt lỗi Hệ điều hành phải cung cấp cách giao tiếp đơn giản tiện dụng thiết bị phần lại hệ thống giao tiếp phải độc lập với thiết bị Trong tìm hiểu hệ điều hành quản lý nhập/xuất với nội dung sau: Khái niệm hệ thống nhập/ xuất Phần cứng nhập / xuất Phần mềm nhập / xuất Qua học này, hiểu chế quản lý nhập/xuất hệ điều hành cách tổng quát Từ hiểu rõ trình nhập xuất diễn máy tính thơng qua hệ điều hành Bài học giúp cho việc tìm hiểu chế tương tác hệ điều hành thiết bị nhập/xuất cụ thể(được đề cập học sau) dễ dàng Bài học đòi hỏi kiến thức : kiến trúc máy tính, chế ngắt máy tính Chương I: Khái niệm hệ thống quản lý nhập/xuất Hệ thống quản lý nhập/xuất tổ chức theo lớp, lớp có chức định lớp có giao tiếp với sơ đồ sau: Các lớp Xử lý người dùng Chức nhập/xuất Tạo lời gọi nhập/xuất, định dạng Phần mềm độc lập thiết nhập/xuất Đặt tên, bảo vệ, tổ chức khối, đệm, bị Điều khiển thiết bị định vị Thiết lập ghi thiết bị, kiểm tra Kiểm soát ngắt trạng thái Báo cáo cho driver nhập/xuất hoàn Phần cứng tất Thực thao tác nhập/xuất Ví dụ: Trong chương trình ứng dụng, người dùng muốn đọc khối từ tập tin, hệ điều hành kích hoạt để thực yêu cầu Phần mềm độc lập thiết bị tìm kiếm cache, khối cần đọc khơng có sẵn, gọi chương trình điều khiển thiết bị gửi yêu cầu đến phần cứng Tiến trình bị ngưng lại thao tác đĩa hoàn tất Khi thao tác hoàn tất, phần cứng phát sinh ngắt Bộ phận kiểm soát ngắt kiểm tra biến cố này, ghi nhận trạng thái thiết bị đánh thức tiến trình bị ngưng để chấm dứt yêu cầu I/O cho tiến trình người sử dụng tiếp tục thực hiện.[TAN] Chương II: Phần cứng phần mềm nhập-xuất 2.1 Phần cứng nhập-xuất Có nhiều cách nhìn khác phần cứng nhập/xuất Các kỹ sư điện tử nhìn góc độ thiết bị IC, dây dẫn, nguồn, motor v.v….Các lập trình viên nhìn chúng góc độ phần mềm - lệnh thiết bị chấp nhận, chúng thực chức nào, thông báo lỗi chúng bao gồm gì, nghĩa quan tâm đến lập trình thiết bị khơng phải thiết bị hoạt động khía cạnh có liên quan mật thiết với thao tác bên chúng Phần đề cập đến số khái niệm phần cứng I/O liên quan đến khía cạnh lập trình 2.1.1 Thiết bị I/O Các thiết bị nhập xuầt chia tương đối thành hai loại thiết bị khối thiết bị Thiết bị khối thiết bị mà thông tin lưu trữ khối có kích thước cố định định vị địa Kích thước thông thường khối khoảng từ 128 bytes đến 1024 bytes Đặc điểm thiết bị khối chúng truy xuất (đọc ghi) khối riêng biệt, chương trình truy xuất khối Đĩa ví dụ cho loại thiết bị khối Một dạng thiết bị thứ hai thiết bị Ở dạng thiết bị này, việc gửi nhận thông tin dựa chuỗi bits, khơng có xác định địa thực thao tác seek Màn hình, bàn phím, máy in, card mạng, chuột, loại thiết bị khác dạng đĩa thiết bị Việc phân chia lớp khơng hồn tồn tối ưu, số thiết bị khơng phù hợp với hai lớp trên, ví dụ : đồng hồ, nhớ hình v.v khơng thực theo chế bits Ngoài ra, người ta phân loại thiết bị I/O tiêu chuẩn khác : Thiết bị tương tác với người : dùng để giao tiếp người máy Ví dụ : hình, bàn phím, chuột, máy in Thiết bị tương tác hệ thống máy tính thiết bị giao tiếp với Ví dụ : đĩa, băng từ, card giao tiếp Thiết bị truyền thồng : modem Những điểm khác thiết bị I/O gồm : Tốc độ truyền liệu , ví dụ bàn phím : 0.01 KB/s, chuột 0.02 KB/s Công dụng Đơn vị truyền liệu (khối ký tự) Biểu diễn liệu, điều tùy thuộc vào thiết bị cụ thể Tình trạng lỗi : nguyên nhân gây lỗi, cách mà chúng báo 2.1.2 Tổ chức chức I/O Có ba cách để thực I/O : Một là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, chờ trạng thái "busy" thao tác hoàn tất trước tiếp tục xử lý Hai là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, tiếp tục việc xử lý nhận ngắt từ đơn vị I/O báo hồn tất, tạm ngưng việc xử lý để chuyển qua xử lý ngắt Ba là, sử dụng chế DMA (như đề cập sau) Các bước tiến hóa chức I/O : Bộ xử lý kiểm soát trực tiếp thiết bị ngoại vi Hệ thống có thêm điều khiển thiết bị Bộ xử lý sử dụng cách thực nhập xuất thứ Theo cách xử lý tách rời khỏi mô tả chi tiết thiết bị ngoại vi Bộ xử lý sử dụng thêm chế ngắt Sử dụng chế DMA, xử lý truy xuất liệu I/O trực tiếp nhớ 2.1.3 Bộ điều khiển thiết bị Một đơn vị bị nhập xuất thường chia làm hai thành phần thành phần thành phần điện tử Thành phần điện tử gọi phận điều khiển thiết bị hay tương thích, máy vi tính thường gọi card giao tiếp Thành phần thân thiết bị Một phận điều khiển thường có phận kết nối chúng để gắn thiết bị lên Một phận điều khiển quản lý hai, bốn hay chí tám thiết bị khác Nếu giao tiếp thiết bị phận điều khiển chuẩn ANSI, IEEE hay ISO nhà sản xuất thiết bị điều khiển phải tn theo chuẩn đó, ví dụ : điều khiển đĩa theo chuẩn giao tiếp IBM Giao tiếp điều khiển thiết bị giao tiếp mức thấp Hình 1.1 Sự kết nối CPU, hớ, điều khiển thiết bị nhập/xuất Chức điều khiển giao tiếp với hệ điều hành hệ điều hành truy xuất trực tiếp với thiết bị Việc thông tin thông qua hệ thống đường truyền gọi bus Công việc điều khiển chuyển đổi dãy bit khối byte thực sửa chửa cần thiết Thông thường khối byte tổ chức thành bit đặt buffer điều khiển Sau thực checksum nội dung buffer chuyển vào nhớ Ví dụ : điều khiển cho hình đọc byte ký tự để hiển thị nhớ tổ chức tín hiệu để điều khiển tia CRT để xuất ảnh cách quét tia dọc ngang Nếu khơng có điều khiển, lập trình viên hệ điều hành phải tạo thêm chương trình điều khiển tín hiệu analog cho đèn hình Với điều khiển , hệ điều hành cần khởi động chúng với số tham số số ký tự dòng, số dòng hình điều khiển thực điều khiển tia Mỗi điều khiển có số ghi để liên lạc với CPU Trên số máy tính, ghi phần nhớ địa xác định gọi ánh xạ nhớ nhập xuất Hệ máy PC dành vùng địa đặc biệt gọi địa nhập xuất chia làm nhiều đoạn, đoạn cho loại thiết bị sau : Như thích hợp cho việc lưu trữ chương trình hay liệu truy xuất thường xuyên Bộ nhớ (RAM) Chương trình người sử dụng * RAM disk * * RAM disk khối Đọc ghi RAM Hệ điều hành disk khối Dùng vị trí nhớ Hình 3.6 RAM disk Hình mô tả ý tưởng RAM disk Một RAM disk chia làm nhiều khối, số lượng tùy thuộc vào dung lượng vùng nhớ Mỗi khối có kích thước vừa