入出力管理

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入出力装置を効率良く動作させる入出力制御方式の種類,特徴,チャネルの種類,データ転送方式など,入出力制御の仕組みを理解する。また,スプール,バッファリングなどCPUのアイドル時間を減らして効率を上げるための仕組みを理解する。

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入出力管理

入出力管理とは、コンピュータ本体と入出力装置との間の入出力の管理です。次のような機能があります。

  • オペレーティングシステム全体での標準的な入出力方式と、装置ごとの固有の処理を仲介する。装置ごとの固有の処理のアダプタとなるプログラムをデバイスドライバといいます。
  • データを直接に入出力するのではなく、バッファを経由させることによって、コンピュータ本体と入出力装置を並行処理させて性能を向上させる。バッファとはデータを一時的に保存する場所のことで、バッファ用の領域のことをバッファプールといいます。
  • プリンタなどの低速な装置の入出力データを、高速な外部記憶装置を経由させることによって性能を向上させる。この方式をスプーリングといいます。

入出力制御

入出力制御方式は、各種の入出力装置を効率よく動作させる方式のことです。データ管理や入出力管理と比べると、ハードウェア側の細かな制御です。入出力制御方式には、次のようなものがあります。

プログラム制御方式
プログラム中の入出力命令を実行して、レジスタを経由して、主記憶装置と入出力装置との間のデータのやり取りをします。低速な入出力処理の間、CPUが待たされます。
DMA(Direct Memory Access)方式
DMA方式とはプログラムが入出力命令を実行した時に、DMAコントローラという専用のハードウェアが主記憶装置と入出力装置との間のデータのやり取りをします。CPUと入出力装置が並行処理されます。
チャネル制御方式
チャネル制御装置という専用のプロセッサが。主記憶装置上のチャネルプログラムを解読して、一連の入出力命令とCPUとを並行処理します。元のプログラムはチャネルプログラム単位の処理依頼だけをします。

チャネル

チャネルとは、入出力や通信のためのデータの通路のことです。電気ケーブルに対応する物理チャネルと、一対一には対応しない論理チャネルとがあります。

チャネル制御装置(チャネルコントローラ)は、チャネルを経由してデータをやり取りする簡単なプロセッサです。CPUと入出力装置の並行処理を可能にします。DMAコントローラもこの仲間です。

入出力割込み

外部割込みの一種であり、入出力が完了したり、入出力に異常が起きたりした時に起こります。入出力割込みが起きるまでは、CPUは他のタスクを処理できるので、並行処理によって性能を向上させることができます。