在計算機系統中，CPU運行速度與輔存及外設運行速度不在一個數量級，所以CPU運行一段時間以後等待輔存或外設的數據。有效工作時間是指處理機真正用於處理程式或計算時間；或者指進程或作業真正被處理機運行的時間。提高處理機有效工作時間措施一般有：使外設和處理機並行工作；最佳化進程任務調度。
基本介紹
- 中文名：有效工作時間
- 外文名：Effective working time
- 學科：計算機
- 定義：處理機真正用於處理或計算時間
- 有關術語：調度
- 目的：提高有效工作時間
簡介,調度,DMA,
簡介
在計算機中，有效工作時間是指處理機真正用於處理程式或計算時間；或者指進程或作業真正被處理機運行的時間。也可以用CPU利用率來說明。CPU真正用於處理程式和數據的時間很少，主要是因為速度不匹配。在記憶體-處理機級中，常見的做法是增加快取，來彌補速度之間的差別。CPU與輔存或外設速度差別太大了，一般採取的措施使二者並行，儘量減少主機對 I/O 控制的干預，把主機從繁雜的 I/O 控制事務中解脫出來，以便更多地去完成數據處理任務。常見的方法如DMA。還有一種措施是改進進程的調度策略，使更多進程得到運行，從而增加有效工作時間。
調度
在多道程式環境下，主存中有著多個進程，其數目往往多於處理機數目。這就要求系統能按某種算法，動態地把處理機分配給就緒佇列中的一個進程，使之執行。分配處理機的任務是由處理機調度程式完成的。由於處理機是最重要的計算機資源，提高處理機的利用率及改善系統性能(吞吐量、回響時間)，在很大程度上取決於處理機調度性能的好壞，因而，處理機調度便成為作業系統設計的中心問題之一。
調度在計算機中是分配工作所需資源的方法。資源可以指虛擬的計算資源，如執行緒、進程或數據流；也可以指硬體資源，如處理器、網路連線或擴展卡。
進行調度工作的程式叫做調度器。調度器通常的實現使得所有計算資源都處於忙碌狀態（在負載均衡中），允許多位用戶有效地同時共享系統資源，或達到指定的服務質量。調度是計算自身的基礎，同時也是程式語言計算模型固有的部分。調度器使得在單處理器上通過多任務處理，從而讓執行多個進程成為可能。
調度器可能會針對不同的目標設計，例如：吞吐率最大化、回響時間最小化、最低延遲[1]、或最大化公平。在實踐中，這些目標通常是互相衝突的，因此，調度器會實現一個權衡利弊的折中方案，而側重點則可能是前文提到的任何一種，這取決於用戶的需求和目的。
調度算法可分為：
事件驅動調度算法：根據事件的先後以及任務的優先權安排任務的執行。如先來先服務調度算法。
時鐘驅動調度算法：一般用於周期任務。如基於時間片的輪轉調度算法，多級反饋佇列調度算法。
事件驅動調度：依賴外部硬體設備，通過產生中斷方式為任務調度提供信號。分兩種，集成事件驅動調度：中斷的優先權與任務的優先權相對應，中斷只有在其優先權高於正在執行的任務時才會被處理器回響。 非集成事件驅動調度：任務通過外部中斷啟動，中斷優先權與相關任務優先權沒有關係。
DMA
直接記憶體訪問（Direct Memory Access，DMA）是計算機科學中的一種記憶體訪問技術。它允許某些電腦內部的硬體子系統（電腦外設），可以獨立地直接讀寫系統記憶體，而不需中央處理器（CPU）介入處理 。在同等程度的處理器負擔下，DMA是一種快速的數據傳送方式。很多硬體的系統會使用DMA，包含硬碟控制器、繪圖顯示卡、網卡和音效卡。
雖然中斷驅動I/O 比程式 I/O 方式更有效，但須注意，它仍是以字(節)為單位進行 I/O的，每當完成一個字(節)的 I/O 時，控制器便要向 CPU 請求一次中斷。換言之，採用中斷驅動 I/O 方式時的 CPU 是以字(節)為單位進行干預的。如果將這種方式用於塊設備的 I/O，顯然是極其低效的。例如，為了從磁碟中讀出 1 KB 的數據塊，需要中斷 CPU 1K 次。為了進一步減少 CPU 對 I/O 的干預而引入了直接存儲器訪問方式，見圖 5-7(c)所示。該方式的特點是：
(1) 數據傳輸的基本單位是數據塊，即在 CPU 與 I/O 設備之間，每次傳送至少一個數據塊；
(2) 所傳送的數據是從設備直接送入記憶體的，或者相反；
(3) 僅在傳送一個或多個數據塊的開始和結束時，才需 CPU 干預，整塊數據的傳送是在控制器的控制下完成的。
可見，DMA方式較之中斷驅動方式，又是成百倍地減少了 CPU 對 I/O 的干預，進一步提高了 CPU 與 I/O 設備的並行操作程度。
