入出力管理 - SEGAWA`s Web Site

入出力管理
オペレーティングシステム
6/26/09
入出力装置の分類（１）

ブロックデバイス

キャラクタデバイス，ストリームデバイス
入出力装置の分類（２）

ブロックデバイス
 ディスク

ブロック単位に入出力

固定長データが多い
例えば，512バイト単位
入出力装置の分類（３）

キャラクタデバイス，ストリームデバイス
 端末（ディスプレイ，キーボード）

文字単位に入出力

任意長のストリーム
入出力管理の目的（１)

多種多様な入出力装置

装置ごとに，制御するプログラムが異なる

装置を変更すると，利用者のプログラムも変更
 無理！
入出力管理の目的（２)

制御プログラムの作成のためには

装置の詳細な情報が必要

一般の利用者に要求することは無理
入出力管理の目的（３）


利用者のプログラムからは，同じような手順で利
用できるようにする
統一された操作モデル
 入出力装置の詳細を隠す（抽象化）
入出力管理の目的（４）


入出力操作を容易にするプログラム
 IOCS（Input Output Control System）
オペレーティングシステムの第一歩
ディスク装置について（１）

円形の記録媒体

同心円がたくさんある


トラック
“一定の大きさ”に区
切られる

セクター
ディスク装置について（２）


各セクタにデータが記
録される
データの読み書き
 どのトラックのどの
セクタかを指定
ディスク装置について（３）

磁気ヘッド
 データを読み書き
 ヘッドの位置決め
 指定されたトラック
に移動（シーク）
 指定されたセクタ
ーが回転して来る
のを待つ
ディスク装置について（４）



ディスクは両面
 どちらの面かを指定
ディスクが複数あるものもある
最近は，外側のトラックの方がセクタの数が多い
 セクターの指定が難しい
ディスク装置について（４）


以上のことを理解していないとプログラムを書くこ
とができない
 物理的に移動する部分があるので，そのタイ
ミングが問題になる
面倒な部分をOSが肩代わり
 詳細な点を理解しなくてもプログラムを作るこ
とができる
 入出力装置の抽象化
デバイスドライバ
デバイスドライバ（１）

入出力装置を制御する機器
 CPUが入っている
 つまり，コンピュータ
 プログラムが必要
 デバイスドライバと呼ぶ
デバイスドライバ（２）



入出力装置を制御するプログラム
 入出力装置ごとに異なる
入出力装置の追加
 対応するデバイスドライバをオペレーティング
システムに追加
利用者プログラムの変更の必要はない
デバイスドライバ（３）

入出力装置の製造者が用意
デバイスドライバ（４）


入出力の効率化を図る
例ディスク装置へのアクセス
 ヘッドのシーク時間を最小化するような
順序に，アクセスの順序を変更
入出力の効率化
入出力の効率化（１）

入出力装置の動作は，CPUよりも遅い

いろいろな工夫
入力の場合，その時点で
入出力の効率化（２）
必要入力データだけでなく，



ブロッキング
将来必要になるかも知れな
いデータも読み込む
（先読み）
大量の小さなデータは，まとめて大きなデータと
して入出力を行う
例磁気テープ装置
 テープの速度が一定になるまで待つ
 テープ自体（メディア）の効率的利用
入出力の効率化（３）



バッファリング
このような働きをするも
のをバッファと呼ぶ
 割込み参照
利用者のプログラムの出力データ
 メモリに書き込む
 別のプログラムが，メモリから出力装置に送る
入力データ
 必要になるより前に，メモリに読み込む
入出力の効率化（４）


バッファリング
一般に，速度が異なるものの間でのデータ交換
の効率化
入出力の効率化（５）


キャッシング
プログラムがディスクからデータを読み込む
 メモリにも格納
 再度，そのデータを読み込む
 ディスクから読み込まず，メモリのデータ
HDD
メモリにも
コピー
プログラム
入出力の効率化（６）



キャッシング
プログラムがディスクにデータを書き込む
 メモリにも格納
 そのデータを読み込む必要
 ディスクから読み込まず，メモリのデータ
いずれの場合も，実際の入力を行わないので時
間短縮
入出力の効率化（７）


キャッシング
本来は，CPU内の高速メモリと主記憶の間で用
いられていたことに対する用語
入出力の効率化（８）





ファイルへの書き込
みが終了すれば，
出力も終了
（場合により，プログ
ラムは終了）
スプーリング
本来はバッチ（一括）処理
遅い入出力装置の
制御をスプーラに任せる
出力データは装置に送るのではなく，ファイルと
して書き出す
スプーラと呼ばれる独立したプログラムが，それ
を装置に送る
入力データもあらかじめ読み込み，ファイルとし
ておく
入出力装置の制御
入出力装置の制御



動作の起動指示
データ転送
 入力データは，入力装置からメモリへ
 出力データは，メモリから出力装置へ
といったことをどのように行うのか?
CPUが直接制御



割込みの2回目
 プリンタの例の割込みを用いないもの
最大のネックは，入出力装置の動作が終了する
まで，無駄な繰返しを行う
CPUの使用効率が悪い
割込み



割込みの2回目
 プリンタの例の割込みを用いるもの
入出力装置の動作終了を割込みにより検出
 動作中にCPUは別の処理ができる
ただし，データ転送はCPU
DMA



Direct Memory Access
CPUは，動作開始を入出力装置の制御装置に
指示
データ転送は，制御装置が行う
チャネル

大型機

入出力装置用コンピュータ（みたいなもの）

これに操作を任せる
接続規格
パソコンの入出力装置の接続方法
IDE



最大4台の内蔵ディスクを接続
 CD ROMなども可能
 以前からある規格
共通仕様 ATA（AT Attachment interface）
拡張仕様
 Serial ATA（高速化）
SCSI

“スカジー”と読む

汎用接続規格

最大8台までの機器をディジーチェーンで接続
 実際は７台
 接続ケーブルの末端にターミネータをつける
USB




汎用接続規格
 パソコンではもっとも使われている
最大127台まで
電源を入れたままで接続・切離し可
 ホットプラグ
低速・中速機器向け
 USB2.0で高速機器をサポート
IEEE 1394 （１）

IEEEは“アイトリプルイー”と読む


FireWire （アップル）
i.LINK （ソニー）
IEEE 1394 （２）

デジタル機器同士だけで接続可
 パソコン不要
 デジタルビデオカメラDV端子

最大63台

ホットプラグ
IEEE

いろいろな規格を定めている
 IEEE802.11a/b/g 無線LAN
セントロニクスインターフェイス

プリンタで利用される（されていた）
 出力データだけでない

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