在I/O控制發展的整個過程中，主要目的是為了CPU更多地去完成數據計算和數據處理，把CPU從繁雜的I/O控制事務中解脫出來。當主機配置的外設很多時，CPU負擔仍然繁重。外圍模型是指外圍機為核心，處理I/O控制事務，或是指外圍機執行設備管理功能。
基本介紹
- 中文名：外圍模型
- 外文名：peripheral pattern
- 學科：計算機
- 定義：外圍機管理I/O的計算機系統
- 有關術語：外圍機
- 領域：計算機系統
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簡介
一些機器，例如向量機，超級計算機，善長向量計算。解算並行度高的問題能較好地發揮機器效率；標量運算過多就會降低向量機的效率。但計算機的系統程式主要為標量運算。因而考慮用外圍模型來分擔這些繁瑣而重複的工作。外圍模型是指以外圍機核心，通過它實現系統I/O控制任務，減少外部設備對主機的中斷。
外圍機
外圍機是一個完整的計算機系統，具有獨立的作業系統。採用外圍機管理I/O的計算機系統，其I/O設備連線在外圍機上，而非直接連線在主機系統上，由外圍機的作業系統來管理。採用外圍機來管理I/O的計算機系統通常是超級計算機和巨型機，這樣的實際系統有很多，例如中國太湖之光，天河二號等。都是用外圍機來管理I/O。
設備管理
設備管理用於管理計算機系統中所有的外圍設備，而設備管理的主要任務是：完成用戶進程提出的 I/O 請求；為用戶進程分配其所需的 I/O 設備；提高 CPU 和 I/O 設備的利用率；提高 I/O 速度；方便用戶使用 I/O 設備。
緩衝管理
CPU 運行的高速性和 I/O 低速性間的矛盾自計算機誕生時起便已存在了。而隨著 CPU速度迅速提高，使得此矛盾更為突出，嚴重降低了 CPU 的利用率。如果在 I/O 設備和 CPU之間引入緩衝，則可有效地緩和 CPU 與 I/O 設備速度不匹配的矛盾，提高 CPU 的利用率，進而提高系統吞吐量。因此，在現代計算機系統中，都無一例外地在記憶體中設定了緩衝區，而且還可通過增加緩衝區容量的方法來改善系統的性能。對於不同的系統，可以採用不同的緩衝區機制。最常見的緩衝區機制有單緩衝機制、能實現雙向同時傳送數據的雙緩衝機制，以及能供多個設備同時使用的公用緩衝池機制。上述這些緩衝區都將由 OS 中的緩衝管理機制將它們管理起來。
設備分配
設備分配的基本任務是根據用戶進程的 I/O 請求、 系統的現有資源情況以及按照某種設備的分配策略，為之分配其所需的設備。如果在 I/O 設備和 CPU 之間還存在著設備控制器和 I/O 通道時，還須為分配出去的設備分配相應的控制器和通道。為了實現設備分配，系統中應設定設備控制表、控制器控制表等數據結構，用於記錄設備及控制器的標識符和狀態。根據這些表格可以了解指定設備當前是否可用，是否忙碌，以供進行設備分配時參考。在進行設備分配時，應針對不同的設備類型而採用不同的設備分配方式。 對於獨占設備(臨界資源)的分配， 還應考慮到該設備被分配出去後系統是否安全。在設備使用完後，應立即由系統回收。
設備處理
設備處理程式又稱為設備驅動程式。其基本任務是用於實現 CPU 和設備控制器之間的通信，即由 CPU 向設備控制器發出 I/O 命令，要求它完成指定的 I/O 操作；反之，由 CPU接收從控制器發來的中斷請求，並給予迅速的回響和相應的處理。處理過程是：設備處理程式首先檢查 I/O 請求的合法性，了解設備狀態是否是空閒的，了解有關的傳遞參數及設定設備的工作方式。 然後， 便向設備控制器發出 I/O 命令， 啟動 I/O設備去完成指定的 I/O 操作。 設備驅動程式還應能及時回響由控制器發來的中斷請求， 並根據該中斷請求的類型，調用相應的中斷處理程式進行處理。對於設定了通道的計算機系統，設備處理程式還應能根據用戶的 I/O 請求，自動地構成通道程式。
