操作系统概念：磁盘I/O与存储结构解析

"移动磁头的磁盘装置-操作系统概念第六版ppt中文版chapter2" 在操作系统中，磁盘装置是一种关键的I/O设备，它主要用于数据的持久化存储。本章主要探讨了计算机系统结构，包括I/O操作、存储结构、硬件保护等多个方面。在现代计算机系统中，CPU通过系统总线与各种外部设备如磁盘、磁带驱动器、打印机等通信，每个设备通常由对应的控制器管理，并有自己的本地缓冲区。 2.1 计算机系统操作 在这个部分，讨论了I/O设备与CPU如何并发执行任务。I/O设备通过设备控制器进行操作，它们有自己的缓冲区，而CPU则负责在这些缓冲区和内存之间交换数据。中断机制是实现这一功能的关键，设备控制器通过中断来通知CPU设备操作的状态。中断处理包括保存CPU状态、识别中断类型、轮询或向量中断处理，并且中断服务例程是操作系统的核心部分。 2.2 I/O结构 本节介绍了同步I/O和异步I/O两种模式。同步I/O会阻塞进程直到I/O操作完成，而异步I/O则允许进程在I/O操作进行时继续执行其他任务。设备状态表用于跟踪每个I/O设备的状态，系统通过查询这个表来决定如何响应中断。此外，系统调用是用户进程请求异步I/O的一种方式。 2.3 存储结构 存储结构涉及主存和辅助存储器。主存是CPU可以直接访问的快速但昂贵的存储，而辅助存储（如磁盘）提供大容量、低成本的存储，但访问速度较慢。为了提高效率，磁盘通常采用直接存储器访问（DMA）技术，允许高速I/O设备直接与内存交换数据，减少了CPU的参与，提升了数据传输速度。 2.4 DMA结构 DMA机制使得大块数据能够在没有CPU干预的情况下，直接从设备传输到内存，每个数据块传输完毕后产生一个中断，而不是每个字节传输一次中断，这样显著提高了数据传输效率。 此外，磁盘设备的移动磁头是磁盘读写的关键部分，磁头定位的精度和速度直接影响磁盘的性能。磁盘组织通常包括多个磁道、扇区和头部，数据以螺旋路径分布在盘面上，磁头在寻道时间和旋转延迟后定位到指定位置进行读写。 总结来说，本章深入讲解了操作系统如何管理I/O设备，特别是磁盘装置，以及如何通过中断、存储层次和DMA等技术优化系统的运行效率。这些知识对于理解操作系统的工作原理和优化系统性能至关重要。