计算机操作系统:I/O控制方式与UNIX系统内核解析
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更新于2024-08-06
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"I/O控制方式的演进与在三菱PLC FX通讯中应用的Modbus协议"
在计算机操作系统中,I/O控制方式是至关重要的组成部分,它直接影响着系统效率和设备的使用性能。从早期的简单程序I/O方式到后来的中断驱动、DMA(直接存储器访问)和通道方式,每一种进步都是为了减轻CPU对I/O操作的负担,提高系统的整体效率。
5.2.1 程序I/O方式
在没有中断机制的早期系统中,程序I/O方式是最基础的控制方式。在这种方式下,CPU需要不断轮询设备状态,直到设备完成数据传输。例如,当CPU启动一个输入操作时,会设置设备的忙碌标志并持续检查该标志,直到标志显示数据准备就绪,CPU才能从设备读取数据。这种方式效率低下,因为CPU大部分时间都在等待I/O操作完成,无法专注于其他计算任务。
随着技术的发展,出现了中断驱动I/O方式。中断机制允许设备在完成数据传输后主动通知CPU,而不是CPU被动等待。这种方式提高了CPU的利用率,因为CPU可以在等待I/O操作期间执行其他任务。
DMA方式进一步提升了I/O性能。在DMA中,数据可以直接从设备传输到内存,或者从内存传输到设备,而不需要CPU的参与。这使得数据传输速度显著提升,特别是在处理大量数据时。
通道的引入是I/O控制方式的又一重大改进。通道是一种特殊的处理器,专门负责I/O操作的组织和执行,它可以同时管理多个设备,让CPU完全专注于计算任务,而不需关心I/O细节。
在三菱PLC FX系列中,Modbus协议是一种常用的通信协议,尤其适用于工业自动化环境。Modbus允许不同设备之间通过串行连接进行通信,支持多种I/O控制,如读取输入寄存器、写入输出寄存器等。这种协议简单、高效,广泛应用于PLC与其他设备如传感器、驱动器之间的通信。
在《计算机操作系统》(第三版)中,汤小丹、梁红兵、哲凤屏和汤子瀛详细阐述了操作系统的核心概念,包括进程管理、内存管理、设备管理、文件系统、用户接口以及网络安全等。其中,第五章对设备管理有深入探讨,涉及I/O软件的层次结构,与前面提到的I/O控制方式相呼应。
这本书不仅是计算机科学与技术专业本科生的教材,也适合从事计算机及相关领域的技术人员作为参考书。通过学习,读者可以全面理解操作系统的设计原理和实现机制,以及如何利用各种I/O控制方式优化系统性能,如在实际的PLC通信中应用Modbus协议。
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