外部设备与主机的连接.ppt

3.3 接 口,外部设备与主机的连接 并行通信和并行接口 串行通信和串行接口,任何数字计算机的用途很大程度上取决于它所能连接的外围设备的范围。遗憾的是，由于外围设备种类繁多，速度各异，不可能简单地把外围设备连接在CPU上。因此，必须寻找一种方法，一边将同某种计算机连接起来，使他们一起可以正常工作。通常这项任务用适配器部件来完成。通过适配器可以实现高速CPU和低速外设之间速度上的匹配和同步，并取决称计算机和外设之间的所有数据传送和控制。适配器通常称为接口。,外部设备与主机的连接 1.影响外部设备与主机连接方式的主要因素(1)I/O系统的工作模式 程序控制直接传送模式 程序查询控制模式 程序中断控制模式 直接存储器访问（DMA）模式 通道控制模式 I/O处理机控制模式(2)数据传送方式 并行传送 串行传送(3)数据通信的同步方式 同步通信（发送端与接收端之间有统一的时钟）异步通信（发送端与接收端之间无统一的时钟，采用应答控制方式。）,(4)传送信息的种类 设备地址信息 数据 设备状态信息 控制信息 2.外部设备与主机的连接模式 在描述系统或部件之间的连接时，使用得最为广泛的一个术语是“接口”（interface）。这里，我们把接口分为如下两种：把插入在两个彼此不能直接连接的机器或系统之间，并使它们相互连接通信的附加装置称为适配器（adapter）；把位于一种设备、器件上与其他设备、器件相连接的部分称为I/O端口。适配器是主机和外部设备之间的桥梁，也可以看作是一种器件，它有1个面向主机的I/O端系统接口，另1个面向设备的I/O端口设备接口。此外在外部设备上也需要1个与适配器连接的I/O端口设备驱动电路，在主机方面需要1个与适配器连接的I/O端口主机的I/O接口。,这3种器件或设备、4个I/O端口形成如下图所示的结构。,I/O接口,系统接口,设备接口,设备驱动电路,主机,适配器,设备,地址,控制、状态,数据,图 3.38 外部设备与主机连接的一般模式,3.I/O接口的寻址方式 CPU通过端口与外部设备进行通信：如发送命令、读取状态和传送数据。为此一个接口中常设置有与这些通信操作相对应的端口：如命令端口、状态端口和数据端口。CPU要访问这些端口，首先要解决寻址问题。这就是I/O接口的寻址问题。I/O接口的寻址有两种方式：端口地址与存储器地址统一编址和分别编址。前者把I/O端口当作存储器的一部分单元进行访问，即I/O端口占用了存储器的一部分单元；CPU不设置专门的I/O指令，用统一的访问存储器的命令访问I/O端口。后者要求用专门的I/O指令访问I/O端口，I/O端口不占用存储器空间，它与存储器分别使用两套独立的地址编码系统。,并行通信和并行接口 1.并行接口概述将一个字或其一部分（一个字节）的各位用多根数据线同时进行传输，称为并行通信。实现并行通信的接口（适配器）是并行接口。一个并行接口可以设计为只作输出接口，或只作输入接口，还可以设计为既作为输入接口又作为输出接口。并行接口可以分为硬线连接接口和可编程接口。硬线连接接口的工作方式及功能不能用编程的方法加以改变，只能用硬线连接设定；可编程接口的工作方式及功能可以用程序加以改变。,2.硬线连接并行接口 硬线连接并行接口可分为3种。(1)简单并行接口 简单并行接口，也称无条件传送接口。它仅用于外设与CPU交换数据之前就准备好了而不需要联络信号的情形。(2)条件传送接口 在实际应用中，大多数外部设备与CPU之间交换的是一系列连续的数据，只有前一个数据发送或接收完成以后才能传送下一个数据。因此接口中必须带有自己的应答信号，以表明设备的状态，如设备已“准备好”等。CPU在执行I/O操作时，要先检测外部设备是否已具备数据传送的条件，若不具备，则等待，直至设备作好准备。这种并行接口称为条件传送接口，或叫程序查询方式接口。它们的特点是带有应答信号。图3.21介绍的程序查询控制接口就是这种接口。,(3)中断传送I/O接口 采用中断方式与CPU交换数据，让CPU实时地实现对外设的读写操作，这种并行接口叫做中断传送方式I/O接口。这时I/O设备的状态既可以作为程序查询的标志，又可以作为中断请求信号。这种接口在节中已经作了介绍。3.可编程并行接口(8255A)可编程实际上是具有可选择性，如用户可以在程序中选择哪一个或哪几个数据端口与外设连接；输入和输出分别占用端口中的哪一位或哪几位以及选择端口与CPU之间的数据传送模式等。它除了具有硬线连接接口的性能外，最主要的是可编程。编程由用户用指令向端口送入方式字或控制字进行。这种接口在微型计算机中称为PIO。,下面简要介绍一种适合于IBM|PC系列机的PIO芯片8255A。(1)8255A内部结构 图3.39为8255A的内部结构框图。它由A，B，C 3个数据端口、A/B组控制、读/写控制逻辑电路和数据总线缓冲器组成。3个数据端口的组成及在PC/XT系统中的地址如表3.2所示。,A组控制,数据总线缓冲器,读/写,控制逻辑,B组控制,A组A口(8位),A组C口高位(4位),B组C口低位(4位),B组B口(8位),PA7 PA0,PC7 PC4,PC3 PC0,PB7 PB0,D7 D0,RD,WR,A1,A0,CS,RESET,图3.39 8255A 内部结构,端口,端口A,端口C,端口B,数据输入数据输出PC/XT中的地址,1X8 位锁存器1X8 位锁存/缓冲器60H,2X4位缓冲器2X4位锁存/缓冲器62H,1X8 位锁存器1X8 位锁存/缓冲器61H,表 3.2 8255A的3个数据端口,在使用中，端口A和端口B常常作为独立的输入端口或输出端口；端口C常常分为上下两部分，形成两个4位端口，分别作为端口A和端口B的输出控制信号和输入状态信号。(2)8255A的工作方式 8255A有3种工作方式：方式0 方式0也称基本I/O方式。在这种方式下，端口A和端口B以及两个4位的端口C，形成4个端口；任一端口都可以作输入口，也可以作输出口，各端口之间没有规定必然的联系；各端口可以有16 种不同的组合，可以适用于多种使用。,方式1 方式1也称选择I/O方式。当A，B端口按方式1工作时，C的两个4位端口要分别作为A，B 的输出控制信号和输入状态信号。方式2 方式2也称双向传输方式，只适用于端口A。这时端口C要为端口A自动提供相应的控制信号。(3)8255A控制字 8255A通过指令往端口设置控制字决定工作方式。控制字分为两类：工作方式控制字和端口C置1/置0控制字。,工作方式控制字 工作方式控制字，用以把3个端口分为A组（包括端口C的高位）和B组(包括端口C的低位）来设置工作方式。它的格式及每位定义如下图所示。例如，要把A口指定为方式1输入，C口上半部为输出，B口为方式0输出，C口下半部为输入，工作方式字应为10110001B或B1H。初始化程序为：MOV DX，63H；8255A控制口地址 MOV AL，B1H；置工作方式控制字 OUT DX，AL；送控制字到控制口,1,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,特征位,A组方式00：方式001：方式11X：方式2,A口0：输出1：输入,C470：输出1：输入,B组方式0：方式01：方式1,B口0：输出1：输入,C030：输出1：输入,端口C置1/置0控制字 这个控制字可以使端口C中的任一位置0/置1，设置相应的控制位。它的格式及每位的定义如下图所示。例如，要对端口C的PC7位置1，则控制字应为00001111B，即0FH；而端口C的PC3要置0，则控制字应为00000110B，即06H。则相应程序段为 MOV AL，OF；送对PC7置1控制字 MOV DX，63H；控制口地址送DX OUT DX，AL；对PC7，置1 MOV AL，06H；送控制字06H到AL OUT DX,AL；对PC3置04.微型计算机标准并行口,1,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,特征位,不用,位选择,000：C口0位001：C口1位:111：C口7位,1：置位0：复位,标准接口即通用接口。目前的标准并行接口主要作为打印机端口，接口使用25针DB-25连接器。常用的并行接口有如下几种：标准并行接口:有4位、8位和半8位。大多数的PC机配有4位或8位并口。EPP口(增强并行口):8位双向传送,可以用于连接扫描仪、CD-ROM驱动器等非打印设备。ECP口(扩展并行口):支持多个逻辑设备寻址,在多任务环境下可以使用DMA方式。目前很多高档微机的主板都集成了并行口插座，标注为LPT1,LPT2或Paralle1和Paralle2。,5.磁盘接口 磁盘是一般计算机的驻在设备，因此磁盘与主机的接口显得尤为重要，常见的磁盘接口有如下两种：（1）IDE接口 IDE接口也称ATA端口,通常用于微机上做磁盘接口。IDE接口最多可接两个容量不超过528M的磁盘驱动器,不支持DMA方式,但其成本低,在微机中很流行,几乎所有的586主板上都集成了两个IDE接口插座,标注为IDE1和IDE2。（2）EIDE接口 EIDE接口是对IDE的改进，它可连接4个外设，而且外设不仅可以是磁盘，还可以是CD-ROM和其他磁盘备份设备。对于硬盘的容量，可以控制的范围提高到了8G，其数据传输率要比IDE高。,串行通信和串行接口 串行通信是在一根传输线上一位一位地传输信息。由于所用的传输线根数少，特别适合于远距离的信息传送。1.串行通信的同步方式和异步方式 并行通信时，一组信息按位分别同时传送，联络信号通过专用的控制线传送，数据信息通过数据线传送，由于所用的线不同，各位的作用很清楚。串行通信时情况就不同了。一组信息要一位一位地传送，联络信号、数据信号都在一根线上依次传送，为区分它们，就要给出串行通信的信息格式约定，并把串行通信分为异步和同步两种信息格式，形成异步通信和同步通信两种方式。,异步通信(又称起止式通信)是把每个字符作为独立的整体进行传输。为实现通信双方的同步，每位字符传送组织的方式如下图所示：编码第1位前加1位起始位，表示一个字符传送的开始，编码的最后1位后加1位或多位停止位，表示一个字符传送完毕。信息编码与停止位之间可插入校验位。这种通信方式中，从一个字符的结束到下一个字符的开始没有固定的时间间隔，因此称之为异步通信。,0/1,0/1,1,0,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,0/1,1,0,0/1,0/1,0/1,0/1,奇偶校验,停止位,起始位,低位,高位,7位数据,奇偶校验,停止位,起始位,7位数据,第n个字符,第(n+1)个字符,第(n-1)个字符,下降边指出下一个字符的开始,数据流向,同步通信是把数据块(字符顺序组织)作为传输单位，格式如下图所示，只在数据块的首部加同步字符，表示数据传送的开始，数据块的数据间没有空隙，严格按规定的速率发送和接收，在数据块尾部可带校验码，最后以同步字符结束，表示数据块传送结束。数据块连同附加的同步字符和校验码信息称为一帧。,SYNC,字符1,字符2,字符n,CRC1,CRC2,SYNC,1帧,同步字符（开始）,同步字符（结束）,检验字符1,检验字符2,同步字符起联络作用。不同的通信系统对同步字符的约定不同，有的约定用01111110作为同步字符，有的约定用00010110作为同步字符。传送开始后，接收设备首先搜索同步字符。在同步字符后，传送的是一个数据块，为了正确地接收字符，要求接收设备和发送设备保持完全的同步。而为了使两个系统的时钟同步，需要有专门的设备（近距离传输时，增加一根时钟信号线）或采用锁相技术（远距离通信时）等提取同步信号。,2.串行接口 串行通信接口的基本任务有如下几条：(1)实现串行数据格式化 在异步通信方式下，自动生成（发送时）或去掉（接收时）启/停位。在同步通信方式下发送时，在数据块前自动加上同步字符。(2)进行串|并变换 把外部的串行输入码转换成计算机所需的并行码，把计算机内部的并行码转换为在外部传送的串行码。(3)可靠性检验 发送时接口电路自动生成奇偶校验位等校验码；接收时，接口电路对字符加以自动校验。,(4)实施连接和控制 目前，广泛使用的一种通用串行数据接口叫USART（异步接收发送器）。随着大规模集成电路技术的发展，通用可编程同步和异步接口芯片USART的种类越来越多，Intel 8251就是其中一个代表。下图为Intel 8251的结构框图。其编程原理与8255A有些相似。,数据总线缓冲器,读/写控制逻辑,调制控制,发送缓冲器发送控制,接收缓冲器接收控制,TXD,TXRDY,TXEMPTY,TXC,RXD,RXRDY,SYNDET,RXC,D 07,RESET,CLK,C/D,RD,WR,CS,DTR,DSR,RTS,CTS,内部数据总线,3.微型计算机标准串行口 一般微机均有两个串行口COM1和COM2。COM1采用9针DB-9连接器，COM2有的使用的是DB|25针连接器。通常串行口常常用于鼠标和打印机接口。由于串行传送数据距离较长，因此，长距离数据通信中往往采用串行口。,3.4 I/O设备管理 3.4.1 缓冲区技术 3.4.2 设备驱动程序 3.4.3 I/O设备分配,3.4.1 缓冲区技术 1.缓冲区的作用（1）高低速设备之间的速度匹配 中断和通道技术为CPU与外设之间的并行操作提供了可能。但是由于CPU与外设之间的速度的不匹配以及外设频繁地中断CPU的运行，仍会降低CPU的工作效率。为此在输入/输出系统中引入了缓冲技术。其基本方法是在CPU与外设之间设置一个缓冲区，当CPU要向外设输出数据时，先把数据送到缓冲区中，让外设慢慢地去“消化”，CPU可以继续进行别的工作；当外设要向CPU输入数据时，先慢慢地把数据送到缓冲区中，CPU需要时可以像使用内存中的数据那样使用缓冲区中的数据。,外部设备虽然慢但处理的数据量少，CPU处理的数据量大但速度快，借用缓冲就能很好地解决二者之间的匹配问题。例如如CPU与打印机通信时，当CPU引发一个输出时，只需快速地把数据送到缓冲区中即可，接着便可以去作别的工作，缓冲区中的数据则由打印机慢慢地享用，从而减少了中断次数。在存储体系中，缓冲技术成为解决容量与速度之间的矛盾的主要方法，Cache实际上就是主存与CPU之间的缓冲区。再如，当CPU要与磁盘交换数据时，也以缓冲区作为中间过渡环节。（2）一次读入的信息能多次使用 使用过文件的人都会有一个体验：当你要浏览一张软盘中的文件目录时，第一次时间是比较慢的；如果你中间又浏览另外的目录再返回来浏览先前那张软盘目录时，会发现快多了。原因就在于第一次浏览时，软盘目录已经调入内存的缓冲区了。一般地说，在通道或控制器内设置局部寄存器，可以暂存I/O信息，减少CPU的中断次数。,（3）中转 通过中转避免外设与CPU之间的完全互连，可以解决设备连接和数据传输的复杂性。2.缓冲区的实现 为了有效地进行I/O操作，缓冲存储已经成为不同设备之间相互连接的重要环节。现代计算机系统中在信息传输的通道上设置和增加了各种各样的存储器，例如显示存储器、打印缓冲区等。当然，并非所有的I/O操作都要经过缓冲区。例如有的作业可以直接输入到外存，再由外存调入内存执行。缓冲区可以用硬件实现，也可以用软件实现。硬缓冲区通常设在设备中，软缓冲区由软件设置在内存中。,按照组织方式缓冲技术可以分为：单缓冲、双缓冲、多缓冲和缓冲池等形式。（1）单缓冲：在设备与CPU之间设置一个缓冲区。显然单缓冲区难以解决两台设备之间的并行操作。（2）双缓冲：在设备与CPU之间设置两个缓冲区，这样可以解决两台设备之间的并行操作问题。（3）多缓冲：把多个缓冲区连接起来组成两个部分：一部分用于输入，另一部分用于输出。（4）缓冲池：把多个缓冲区连接起来统一管理，既可用于输入，又可用于输出。,3.缓冲区管理 下面以缓冲池为例来介绍缓冲区的管理方法。一个缓冲区由两部分组成：缓冲首部和缓冲体。缓冲体用于存放数据。缓冲首部用来标识所在缓冲区以便对其进行管理，它由下图所示的几部分组成。,设备号,数据块号,缓冲器号,互斥标识位,队列连接指针,利用缓冲首部的队列连接指针，可以将缓冲池中的缓冲区组织成3种队列：空闲缓冲队列：未使用的缓冲区队列。输入缓冲队列：装满输入数据的缓冲区组成的队列。输出缓冲队列：装满输出数据的缓冲区组成的队列。,缓冲池工作时，将按如下算法进行：（1）当设备有输入数据时，先从空闲队列中（队首）申请一个缓冲区称为收容输入缓冲区，将输入数据写入收容输入缓冲区中；写满后，按一定规则（如FIFO）插入到输入缓冲队列中。（2）当CPU（系统）要提取数据时，将从输入缓冲队列中（队首）申请一个缓冲区称为提取输入缓冲区，从中读取数据；提取结束后，将该缓冲区插入到空闲队列。（3）当CPU要输出数据时，先从空闲队列中（队首）申请一个缓冲区称为收容输出缓冲区，将输出数据写入收容输出缓冲区中；写满后，按一定规则（如FIFO）插入到输出缓冲队列中。（4）当设备要提取数据时，将从输出缓冲队列中（队首）申请一个缓冲区，从中读取数据称为提取输出缓冲区；提取结束后，将该缓冲区插入到空闲队列。上述收容输入缓冲区、提取输入缓冲区、收容输出缓冲区和提取输出缓冲区统称为工作缓冲区。与它们对应的输入、提取、输出操作，由相应的过程实现。,3.4.2 设备驱动程序 每一台外部设备的使用都要涉及DMA 或中断过程，并要借助一些特定的寄存器进行机器指令级的操作。但是，用户都是通过一些应用程序，使用简单的命令来使用外部设备的，不可能进行这样一些低级的操作。另一方面，随着计算机应用的深入和广泛展开，计算机所使用的外部设备品种越来越多。即使同样一种用途的设备，由于生产厂家不用，型号不同，其操作方法也会不同。操作系统只是设置了一些通用性的I/O操作和管理模块，与设备的具体操作关系密切的程序，往往是设备制造厂家在研制设备的同时开发的。这种程序就称为设备驱动程序。,1.设备驱动程序的功能 设备驱动程序进行的处理工作，对不同的设备有所不同，但基本任务是启动指定设备，并且在启动设备之前完成一系列准备工作。一般地说，设备驱动程序的工作过程如下所述。（1）将应用程序中的抽象要求转换为具体要求 设备是由设备控制器控制的。但是用户与上层软件的应用程序并不了解设备控制器的细节，而只能给它提出抽象要求命令。而设备控制器又不能理解这些抽象要求。于是，驱动程序就肩负了中间转换作用，要将抽象要求转换为具体要求，确定将命令、数据和参数分别送到设备控制器的哪个寄存器。,（2）对I/O请求进行合法性检查检查用户要求是否能为设备接受，是否属于设备的功能范围。（3）读出并检查设备状态 启动设备控制器的条件是设备就绪，如对打印机要检查：电源是否合上、是否有纸等；对软盘驱动器要检查：有无磁盘、有无写保护等。（4）传送必要的参数 如要提供本次传送的字节数等。（5）设置工作方式 例如对于异步串行通信接口要设置：传输速率、奇偶检验方式、停止位宽度及数据长度等。（6）启动I/O设备 完成上述工作后，即可向设备控制器发出启动命令。,2.设备驱动程序的结构 一般说来，设备驱动程序应包含如下5部分：（1）设备标题（device header）；（2）数据存储和局部过程（data storage&local procedure）；（3）策略过程（strategy procedure）；（4）中断过程（interrupt procedure）；（5）命令处理子程序（command processing）。,3.设备驱动程序在I/O系统中的位置 下图给出了I/O系统的一般结构。自底向上，它由硬件、中断处理程序、设备驱动程序、与设备无关的系统软件以及用户空间软件等5个层次组成。图中的箭头给出了I/O部分的控制流。与设备无关的系统软件的主要作用是在用户应用程序和与设备相关的程序之间提供一个统一的接口。它的具体作用如下所述。,用户空间软件,与设备无关的系统软件,设备驱动顺序,中断处理程序,硬件,I/O请求,I/O回答,（1）名字映射 通常，在操作系统的I/O用户中对输入输出设备和文件采取了统一的命名。与设备无关的系统软件的一个作用就是将一个名字映射到相应的设备驱动程序上。（2）设备保护 防止无授权的访问或授权用户的非法操作。在UNIX中采用权限模式，对于系统中的I/O设备提供“rwx”位进行保护。（3）缓冲并提供与设备无关的逻辑块 无论块设备还是字符设备，一般都要使用缓冲区。对于块设备，每当缓冲区满，就就进行一次读写操作；但最后一次传送，缓冲区不一定恰好满，这时要全部“推”出缓冲区。对于字符设备，每传送一个字符，进行一次读写操作。在各种输入输出设备中，缓冲存储器的大小、读写速度和传输速率各不相同。与设备无关的系统软件要对高层屏蔽各种I/O设备空间的大小、处理速度和传输速率，向上层提供大小统一的逻辑块尺寸。,（4）存储设备的块分配 对于写磁盘操作，操作系统要为其分配新的存储块。为此，要为每个磁盘设置一张空闲块表或位图。其算法是与设备无关的。（5）独占设备的分配和释放 独占设备只有空闲时，才能接受一个应用请求，才能被打开；使用完毕，必须释放、关闭，以备下一个进程使用。（6）协助出错处理 一般说来，出错处理是设备驱动程序的工作，因为大多数错误与设备密切相关。但是，也有一些错误不一定由输入输出设备的错误造成。如：磁盘块不能读时，驱动程序将尝试重读；重读若干次后，还不能排除，设备驱动程序就要通知与设备无关软件，给出错误信息报告给调用者。,用户空间的I/O软件直接反映用户的抽象I/O需求，多数通过I/O系统调用，由库函数以及内核之外运行的程序实现。在C语言程序中，库函数的作用是把系统调用的参数放到合适的位置，由其他I/O过程实现真正的操作。在多道程序设计系统中，也可以采用SPOOL 系统实现对独占设备的用户层I/O软件处理。,3.4.3 I/O设备分配 在现代多任务系统中，并不是每一个应用都能在其需要的时候就一定能申请到所需要的设备资源。因此，设备管理的一项重要内容是设备的分配，即每个应用需要设备服务时，首先要向设备管理程序提出资源申请；设备管理程序则按一定的算法为这些申请分配设备资源。如果申请的应用得不到资源，就被放到资源等待队列中等待，直到所需的资源被释放。总的来说，设备分配方式有两种方式：静态方式和动态方式。静态方式是在用户作业开始之前，系统一次性地将该作业所需的设备、控制器和通道分配都分配给它，直到该作业退出。这种方法不会产生死锁，但设备的使用效率低。动态分配是在作业进行过程中动态地按需分配，及时收回。它有利于提高设备的利用率，但如果分配不当，会出现死锁。具体的分配方式，还要考虑设备固有的属性设备特性。按照设备特性，设备可以分为独占、共享和虚拟设备。,1.独占设备的分配虚拟设备技术 独占设备是每次只能分配给一个应用的设备。由于系统中同一类的独占设备是有限的，因而由于不能满足多个应用的争用，会引起大量应用的等待，成为系统的“瓶颈”；另一方面，申请到独占设备的应用却利用率极低，设备还往往处于空闲状态。解决这一矛盾的办法是虚拟设备技术，或称SPOOL（Simultaneous Peripheral Operation On-Line,假脱机操作）技术。下面介绍假脱机技术的基本原理。,（1）脱机、联机和假脱机 字符设备与主机（具体地讲是设备与内存）的信息交换有两种基本方式：脱机方式和联机方式。联机信息交换方式就是一般字符设备直接与内存交换信息。这种方式就是前面介绍的独享设备的工作方式，也具有独享设备的不足。脱机信息交换方式的字符设备一般要以一个块设备为中间过渡。以输入为例，先用一台外围机将字符输入设备上的信息集中到一台块设备上，然后再从块设备上将信息传入主机。可以设想，这样外围机可以与主机并行工作，不仅提高了主机的利用率，也可以使设备为不同的进程共享，因为块设备是可以共享的。它的缺点是块设备与字符设备之间的装卸要由人工进行，降低了系统的平均运行速度，而且容易出差错和损坏设备。SPOOL技术对脱机和联机两种方式取长补短，能将一台独享设备改造成共享设备。但是，它不是脱机进行的，而是模拟了脱机工作，实现了虚拟设备功能，所以叫做假脱机技术。,（2）SOOPL 系统的组成 如前所述，脱机方式需要有一个中间的块设备的支持。对假脱机方式来说，要有高速外存通常是磁盘的支持。一个假脱机系统需要在磁盘上开辟两个大的存储空间输入井和输出井，在内存中开辟两个缓冲区输入缓冲区和输出缓冲区。外部设备输入数据时，先暂存在输入缓冲区中，然后收容到输入井中；用户程序输出数据时，先暂存在输出缓冲区中，然后堆放进输出井中，供外部设备慢慢地取走。（3）共享打印机 使用过Windows打印的读者已经体会到了共享打印机了。共享打印机就是SPOOL 技术应用的典范，它将一台本来只能独享的打印机改造成可以供多个用户共享的打印机。,3.共享设备的分配磁盘调度策略 磁盘是典型的共享设备，它用一些称为磁道的同心圆来存储信息。信息的读写是在磁头的径向移动（用于选道）和盘片的旋转（用于选扇区）过程中进行的。磁盘的访问时间由3部分组成：磁头移动时间磁头从当前位置移动到需要位置的时间，又称寻道时间；旋转延迟时间磁盘从当前位置旋转道需要的物理块的时间；传输时间CPU对磁盘的访问操作时间。其中，磁头的移动时间要占70%左右。因此，如何调度磁头的移动，就成为操作系统中提高磁盘访问速度的关键，而磁盘调度策略也主要是指对磁头移动的调度。下面列举几种磁盘调度策略。,（1）先来先服务FCFS FCFS是最简单的一种调度策略，它根据进程对磁盘提出访问请求的先后次序，依次分配，因而所有应用都能有机会得到满足，不会出现“吃不上”的现象。它不对任何访问以特殊待遇，体现了访问随机性的特点，平均寻道时间为1/2的最大寻道时间。在访问较多的情形下，对设备吞吐量和响应时间不利。（2）最短寻道时间优先（SSTF，Shortest Seek Time First）这种策略每次选择请求中指定的位置距当前位置最短的请求予以优先响应，从而保证了寻道时间最短，对提高设备的吞吐量也有好处。但是它不是对所有磁道都机会相等，一般分布为中间的磁道机会较多，偏圆心或边部磁道访问机会较少。在请求很多的情形下，内、外边缘处的磁道常有“饥饿”现象。,（3）扫描SCAN SCAN策略是对SSTF的改进。它规定在前进方向上选择下一个最短寻道时间请求，只有到了边缘（最外或最内磁道）才向回返，有一点像电梯，所以也称电梯策略。这样就能克服SSTF的“饥饿”现象。但是边缘磁道的被访问率还是比中部磁道低。（4）循环扫描（CSCAN，Circular SCAN）CSCAN是对SCAN的改进：在扫描到边缘后，下一步不是返回，而是移到另一端去，再按原来的方向扫描。在负荷较大时，使用CSCAN策略效果较好。（5）N步扫描 N步扫描也是对SCAN的改进，它的改进方法是在SCAN的基础上，将磁盘分为若干长度为N的子队列，在每个子队列中按SCAN策略处理，在子队列间按FCFS策略处理。于是，当N很大时，接近SCAN策略；当N=1时，退化为FCFS策略。,