Bộ đệm là một vùng bộ nhớ lưu trữ dữ liệu được truyền giữa hai thiết bị hoặc giữa một thiết bị và một ứng dụng. Bộ đệm I/O là một kỹ thuật được sử dụng trong máy tính để quản lý việc truyền dữ liệu giữa bộ nhớ của máy tính và các thiết bị đầu vào/đầu ra (như ổ cứng, máy in hoặc thiết bị mạng). Nó giúp truyền dữ liệu hiệu quả hơn bằng cách tạm thời lưu trữ dữ liệu trong bộ đệm, là vùng bộ nhớ dành riêng. Điều này cho phép các thiết bị CPU và I / O hoạt động ở tốc độ của chúng mà không cần phải đợi nhau, cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Bộ đệm I/O là gì?

Bộ đệm I/O là một kỹ thuật được sử dụng trong các hệ thống máy tính để cải thiện hiệu quả của các hoạt động đầu vào và đầu ra (I/O). Nó liên quan đến việc lưu trữ tạm thời dữ liệu trong bộ đệm, là một vùng bộ nhớ dành riêng, để giảm số lượng hoạt động I/O và quản lý luồng dữ liệu giữa các thiết bị hoặc quy trình nhanh và chậm

Công dụng của bộ đệm I/O

• Bộ đệm được thực hiện để đối phó hiệu quả với sự không phù hợp tốc độ giữa Nhà sản xuất và người tiêu dùng của luồng dữ liệu.
• Một bộ đệm được tạo ra trong Bộ nhớ chính để cộng dồn các byte nhận được từ modem.
• Sau khi nhận được dữ liệu trong bộ đệm, dữ liệu được chuyển đến đĩa từ bộ đệm trong một thao tác duy nhất.
• Quá trình truyền dữ liệu này không diễn ra ngay lập tức, do đó modem cần một bộ đệm khác để lưu trữ thêm dữ liệu đến.
• Khi bộ đệm đầu tiên được lấp đầy, sau đó nó được yêu cầu chuyển dữ liệu sang đĩa.
• Sau đó, modem bắt đầu điền dữ liệu đến bổ sung vào bộ đệm thứ hai trong khi dữ liệu trong bộ đệm đầu tiên được chuyển sang đĩa.
• Khi cả hai bộ đệm hoàn thành nhiệm vụ của chúng, thì modem sẽ chuyển trở lại bộ đệm đầu tiên trong khi dữ liệu từ bộ đệm thứ hai được chuyển sang đĩa.
• Việc sử dụng hai bộ đệm làm tan rã nhà sản xuất và người tiêu thụ dữ liệu, do đó giảm thiểu yêu cầu thời gian giữa chúng.
• Bộ đệm cũng cung cấp các biến thể cho các thiết bị có kích thước truyền dữ liệu khác nhau.

Các loại kỹ thuật đệm I/O

1. Bộ đệm đơn

Sử dụng một bộ đệm để lưu trữ dữ liệu tạm thời. Một bộ đệm được hệ điều hành cung cấp cho phần hệ thống của bộ nhớ chính.

Thiết bị định hướng khối

• Bộ đệm hệ thống lấy đầu vào.
• Sau khi lấy đầu vào, khối được chuyển đến không gian người dùng bởi quá trình và sau đó quá trình yêu cầu một khối khác.
• Hai khối hoạt động đồng thời, khi một khối dữ liệu được xử lý bởi quá trình người dùng, khối tiếp theo sẽ được đọc.
• Hệ điều hành có thể hoán đổi các quy trình.
• Hệ điều hành có thể ghi lại dữ liệu của bộ đệm hệ thống cho các quy trình của người dùng.

Thiết bị định hướng luồng

• Hoạt động Line- tại một thời điểm được sử dụng cho các thiết bị đầu cuối được tạo cuộn. Người dùng nhập từng dòng một, với tín hiệu quay trở lại ở cuối dòng.
• Hoạt động Byte tại một thời điểm được sử dụng trên chế độ biểu mẫu, thiết bị đầu cuối khi mỗi lần nhấn phím là đáng kể.

2. Bộ đệm kép

Trong kỹ thuật này, hệ điều hành sử dụng hai bộ đệm để cho phép truyền dữ liệu liên tục giữa hai quy trình hoặc hai thiết bị.

Định hướng khối

• Có hai bộ đệm trong hệ thống.
• Một bộ đệm được trình điều khiển hoặc bộ điều khiển sử dụng để lưu trữ dữ liệu trong khi chờ dữ liệu được thực hiện bởi cấp cao hơn của hệ thống phân cấp.
• Bộ đệm khác được sử dụng để lưu trữ dữ liệu từ mô-đun cấp thấp hơn.
• Bộ đệm kép còn được gọi là hoán đổi bộ đệm.
• Một nhược điểm lớn của bộ đệm kép là độ phức tạp của quy trình tăng lên.
• Nếu quá trình thực hiện các đợt I/O bùng nổ nhanh chóng, thì việc sử dụng bộ đệm kép có thể bị thiếu.

Định hướng luồng

• Dòng- tại một thời điểm I / O, quá trình người dùng không cần phải bị tạm ngưng cho đầu vào hoặc đầu ra, trừ khi quá trình chạy trước bộ đệm kép.
• Byte- tại một thời điểm hoạt động, bộ đệm kép không mang lại lợi thế so với một bộ đệm duy nhất có chiều dài gấp đôi.

3. Bộ đệm tròn

Trong kỹ thuật này, Hệ điều hành Sử dụng bộ đệm tròn để quản lý các luồng dữ liệu liên tục một cách hiệu quả.

• Khi sử dụng nhiều hơn hai bộ đệm, bộ sưu tập bộ đệm được gọi là bộ đệm tròn.
• Trong trường hợp này, dữ liệu không được chuyển trực tiếp từ nhà sản xuất đến người tiêu dùng vì dữ liệu sẽ thay đổi do ghi đè lên bộ đệm trước khi chúng được tiêu thụ.
• Nhà sản xuất chỉ có thể lấp đầy đến bộ đệm i-1 trong khi dữ liệu trong bộ đệm i đang chờ được tiêu thụ.

Kết luận

Tóm lại, I/O Bộ đệm là một kỹ thuật cần thiết để quản lý việc truyền dữ liệu giữa bộ nhớ của máy tính và các thiết bị I/O của nó. Nó giúp cải thiện hiệu suất hệ thống bằng cách cho phép CPU và các thiết bị hoạt động hiệu quả mà không cần chờ đợi nhau. Có một số kỹ thuật đệm, bao gồm đệm đơn, đệm kép, đệm tròn. Chọn kỹ thuật đệm phù hợp có thể nâng cao đáng kể hiệu suất và hiệu quả tổng thể của hệ thống.