Chương 5: Hệ thống quản lý nhập xuất

Sau chương này, sinh viên sẽ phân biệt được thế nào là thiết bị chuẩn và thiết bị mở rộng. Đồng thời hiểu được nguyên tắc tổ chức, quản lý thiết bị ngoại vi của hệ điều hành và một số kỹ thuật áp dụng trong quản lý thiết bị ngoại vi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 5: Hệ thống quản lý nhập xuất Chương VHệ thống quản lý thiết bị Mục tiêu• Sau chương này, sinh viên sẽ phân biệt được thế nào là thiết bị chuẩn và thiết bị mở rộng. Đồng thời hiểu được nguyên tắc tổ chức, quản lý thiết bị ngoại vi của hệ điều hành và một số kỹ thuật áp dụng trong quản lý thiết bị ngoại vi. Nội dung• Các nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị ngoại vi của hệ điều hành.• Các kỹ thuật áp dụng trong quản lý thiết bị. I. Các nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bịI.1. Yêu cầu của quản lý thiết bị• Chức năng của thiết bị ngoại vi là đảm nhiệm việc truyền thông tin giữa các thành phần trong máy tính và với môi trường bên ngoài. Do đó yêu cầu hệ điều hành là tìm phương pháp tổ chức và truy nhập thông tin trên các thiết bị ngoại vi.• Các thiết bị có thể khác nhau về bản chất và nguyên lý hoạt động, hệ điều hành phải tìm cách quản lý, điều khiển và khai thác thiết bị một cách hiệu quả. I.2. Nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị• Nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị trên cơ sở CPU chỉ điều khiển các thao tác vào/ra thông qua thiết bị đặc biệt – thiết bị quản lý chứ không thực hiện trực tiếp thao tác vào ra.• Thiết bị quản lý đóng vai trò như một máy tính chuyên dụng có nhiệm vụ điều khiển các thiết bị kết nối với nó gọi là kênh vào ra. Mỗi kênh này có ngôn ngữ và hệ lệnh riêngI.2. Nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị• Mỗi hệ thống máy tính có thể có nhiều kênh vào/ra. Mỗi kênh có thể có những kênh con của minh. Các kênh hoạt động theo chương trình điều khiển kênh.• CPU phải hiểu được ngôn ngữ kênh, nó được nạp vào khi khởi động hệ điều hành hoặc ngay khi hệ điều hành đang hoạt động• CPU điều khiển các thao tác vào/ra thông qua các chương trình điều khiển kênh tương ứng với công việc cần thực hiện. I.2. Nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị• Với nguyên lý điều khiển trên, cho phép trong lúc thực hiện vào ra được thực hiện ở thiết bị ngoại vi thì CPU vẫn hoạt động song tính toán và điều khiển. Khi có kết quả vào ra kênh sẽ phát tín hiệu ngắt cho CPU biết.• Tùy theo hoàn cảnh, tín hiệu ngắt được xử lý ngay hoặc được lưu trữ để xử lý khi có điều kiện hoặc có thể hủy bỏ. I.2. Nguyên tắc tổ chức và quản lý thiết bị• Để hiệu suất xử lý cao, hệ thống phải biết càng sớm càng tốt thời điểm kết thúc của hoạt động vào ra. Kênh sẽ báo cho hệ thống biết kết quả vào/ra vào thời điểm sớm nhất có thể, do đó hoạt động vào/ra có thể kết thúc ở nhiều mức, nhiều nơi khác nhau.• Phương pháp này cho phép gắn nhiều thiết bị đồng thời mà không phụ thuộc vào cấu hình của thiết bị.II. Các kỹ thuật áp dụng trong quản lý thiết bịII.1. Kỹ thuật vùng đệm.II.2. Kỹ thuật kết khối.II.3. Xử lý lỗi.II.4. SPOOL. II.1. Kỹ thuật vùng đệmII.1.1. Khái niệm và mục đích của vùng đệm.• Vùng đệm là vùng nhớ trung gian làm nơi lưu trữ tạm thời trong các thao tác vào/ra.• Hệ thống thưc hiện vào/ra qua các bước: – Kích hoạt thiết bị. – Chờ thiết bị đạt trạng thái thích hợp. – Chờ thao tác vào/ra thực hiện.II.1.1. Khái niệm và mục đích của vùng đệm.• Thao tác vào/ra cần phải sử dụng vùng đệm nhằm mục đích: – Giảm số 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 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 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 lại.• Ưu điểm của vùng đệm trung chuyển là có hệ số song song cao, phổ dụng, cách tổ chức đơn giản.• Nhược điểm: Tốn bộ nhớ, kéo dài thời gian trao đổi thông tin trong bộ nhớ. Vùng đệm xử lý• Trong vùng đệm xử lý, cả thông tin vào, ra cùng được xử lý trong một vùng bộ nhớ, thông tin không cần phải lưu ở nhiều vị trí khác nhau trong bộ nhớ. Lệnh đọc chỉ cần xác định địa chỉ 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, một vùng để đưa thông tin ra và một ...