1、第七章設備管理7.3 習題7.3.1、選擇最合適的答案3.%2、.在下面的 I/O 控制方式中，需要 CPU 干預最少的方式是()。(A)程序 I/O 方式(B)中斷驅動 I/O 控制方式(C)直接存儲器訪問 DMA 控制方式(D)I/O 通道控制方式4.%2、.某操作系統中， 采用中斷驅動 I/O 控制方式， 設中斷時， CPU用 1ms 來處理中斷請求，其它時間 CPU 完全用來計算，若系統時鐘中斷頻率為 100HZ,則，CPU 的利用率為()。(A)60%(B)70%(C)80%(D)90%2.%2.%3、.下列哪一條不是磁盤設備的特點()。1傳輸速率較高，以數據塊為傳輸單位2一段時間內

2、只允許一個用戶(進程)訪問3I/O 控制方式常采用 DMA 方式4可以尋址，隨機地讀/寫任意數據塊3.%2.%3、.利用通道實現了()之間數據的快速傳輸。(A)CPU 和外設(B)內存和 CPU(C)內存和外設(D)外設和外設4.%2.%3、.假脫機技術中，對打印機的操作實際上是用對磁盤存儲實現的，用以替代打印機的部分是指()。(A)共享設備(B)獨占設備(C)虛擬設備(D)物理設備5.%2.%3、.設從磁盤將一塊數據傳送到緩沖區所用時間為 80ws,將緩沖區中數據傳送到用戶區所用時間為 40s,CPU 處理數據所用時間為 30s,則處理該數據，采用單緩沖傳送某磁盤數據，系統所用總時間為()。

3、(A)120ds(B)110ds(C)150ds(D)70ds7.對于速率為 9.6KB/s 的數據通信來說，如果說設置一個具有 8 位的緩沖寄存器，則CPU 中斷時間和響應時間大約分別為(A)0.8ms,0.8ms(B)8ms,1ms10.8ms,0.1ms(D)0.1ms,0.1ms2 .在調試程序時，可以先把所有輸出送屏幕顯示而不必正式輸出到打印設備，其運用了()。(A)SPOOLing 技術(B)I/O 重定向(C)共享技術(D)緩沖技術3.設備驅動程序是系統提供的一種通道程序，它專門用于在請求 I/O 的進程與設備控制器之間傳輸信息。下面的選項中不是設備驅動程序功能的是()。(A)檢

4、查用戶 I/O 請求的合法性(B)及時響應由控制器或通道發來的中斷請求(C)控制 I/O 設備的 I/O 操作2了解 I/O 設備的狀態，傳送有關參數，設置設備的工作方式3下列關于通道、設備、設備控制器三者之間的關系敘述中正確的是()。(A)設備控制器和通道可以分別控制設備(B)設備控制器控制通道和設備一起工作(C)通道控制設備控制器，設備控制器控制設備(D)設備控制器控制通道，通道控制設備6.選擇所有正確的答案1 .下列哪一個選項是引入緩沖的原因()。(A)緩和 CPU 和 I/O 設備間速度不匹配的矛盾(B)減少對 CPU 的中斷頻率，放寬對中斷響應時間的限制(C)減少 CPU 對 I/O

5、 控制的干預(D)提高 CPU 和 I/O 設備之間的并行性2 .從設備分配的角度來看，設備分成()。A.獨享設備 B.系統設備C.用戶設備 D.共享設備E.虛擬設備3 .在操作系統中，下列選項屬于軟件機制的是()。(A)緩沖池(B)通道技術(C)覆蓋技術(D)Spooling 技術4 .下列哪種設備是從設備分配策略角度來說的()。(A)系統設備(B)獨享設備(C)共享設備(D)虛擬設備5 .下列關于通道、設備、設備控制器三者之間的關系敘述中正確的是(A)控制器和通道可以分別控制設備(B)控制器、通道和設備一起工作(C)通道控制設備控制器，設備控制器控制設備(D)設備控制器控制通道，通道控制設

6、備6 .在假脫機 I/O 技術中，對打印機的操作實際上是用對磁盤存儲的訪問。那么，用以替代打印機的部分通常稱作()。(A)共享設備(B)獨占設備(C)虛擬設備(D)物理設備7 .下列存儲設備中，適合作為共享設備的是()。(A)語音輸入輸出設備(B)打印機(C)鼠標(D)磁盤8 .低速設備一般被設置成獨占設備，可用作獨占設備的有()。(A)軟磁盤(B)磁帶機(C)可擦寫光驅(D)磁鼓9 .系統中的通道數量較少，可能會產生“瓶頸”問題。()不是解決此問題的有效方法(A)在結構上增加一些連線，以增加數據傳送通路(B)在數據傳輸線路上多增設一些緩沖區(C)提高 CPU 的速度(D)采用虛擬設備技術10

7、 .I/O 系統硬件結構分為 4 級： 1.設備控制器 2.I/O 設備 3.計算機 4.I/O 通道， 按級別由高到低的順序是()。(A)2-4-1-3(B)3-1-4-2(C)2-1-4-3(D)3-4-1-26.判斷正誤，簡要說明理由2 .操作系統采用緩沖技術的緩沖池主要是通過硬件來實現的。3 .低速設備一般被設置成共享設備。4 .通道指令和一般機器的指令沒有什么不同。5 .數組選擇通道和數組多路通道可以支持多個通道程序并發執行，而字節多路通道不支持多個通道程度并發執行。6 .共享設備允許多個作業同時使用設備，即每一時刻可有多個作業在使用該共享設備，因而提高了系統設備資源的利用率。7 .

8、由于設備分配中設置了若干數據結構，所以在設備分配中不會發生死鎖。8 .I/O 通道控制方式中不需要任何 CPU 干預。9 .先來先服務算法、優先級高者優先算法、時間片輪轉算法等是經常在設備分配中采用算法。10.由于獨占設備在一段時間內只允許一個進程使用，因此，多個并發進程無法訪問這類設備。11 .操作系統中應用的緩沖技術，多數通過使用外存來實現。6.簡答題1,計算機中設備控制器是由哪些部分構成的？1 .什么是字節多路通道？什么是數組選擇通道和數組多路通道？2 .有哪幾種 I/O 控制方式？分別適用何種場合？3 .試說明 DMA 的工作流程。4 .在單緩沖情況下，為什么系統一塊數據的處理時間為

9、max(C,T)+M。5 .為什么在雙緩沖情況下，系統對一塊數據的處理時間為 max(C,T)?6 .試繪圖說明把多緩沖用于輸出時的情況。7 .試說明收容輸入工作緩沖區和提取輸出工作緩沖區的工作情況。8 .何謂安全分配方式和不安全分配方式？9.為什么要引入設備獨立性？如何實現設備獨立性？10 .試說明 SPOOLing 系統的組成。11 .在實現后臺打印時，SPOOLing 系統應為請求 I/O 的進程提供哪些服務？12 .試說明設備驅動程序具有哪些特點？13 .試說明設備驅動程序應具有哪些功能？14 .設備驅動程序通常要完成哪些工作？15 .設備中斷處理程序通常需完成哪些工作？7.4 習題解

10、答要點.答案：(錯)。緩沖技術的實現方法有硬件和軟件兩種。?硬件方法，適于應用在速度和安全性要求較高的重要場合，且費用很高；?軟件方法，即在內存中開辟出專門的存儲區來做緩沖區。操作系統采用的緩沖池技術是系統公用資源，由多個緩沖區組成，是通過采用軟件的方7.4.1 單選題1.D2,D7.4.2 多選題1.(ABD)(1) (C)7.4.3 判斷題B4.C(ADE)(2) (D)C6.C(ACD)(3) (ABC)7.C8.B(BCD)(BCD)(4) C10.C(BC)(5) (D)法在內存中實現的。.答案：（錯）計算機外部設備分為：高速設備和低速設備。低速設備是不可以共享使用的，因為在一段時間

11、內不能由多個進程同時訪問。.答案：（錯）通道指令與一般機器指令有如下幾點不同之處：通道指令的尋址方式較一般機器指令簡單。通道指令的指令格式方式較一般機器指令簡單。通道指令的操作碼較一般機器指令簡單。.答案：（錯）在硬件結構中只有數組多路通道支持多個通道程序并發執行。.答案：（錯）共享設備允許多個作業在一段時間內同時使用設備。.答案：（錯）為了保證每一次設備分配的順利實施，系統中設置了 DCB、COCB、CHCB、SDT 等數據結構。但這并不能保證設備分配的安全性。要想保證分配不發生死鎖，還需進行安全性測算。.答案：（錯）通道在 I/O 程序執行的開始或結束時，必需要 CPU 進行一定的處理。只

12、有在執行 I/O 程序期間，無需 CPU 干預。.答案：（錯）前兩種算法可用在設備分配中采用，而時間片輪轉算法則不適合在設備O 分配中。因為一般設備的 I/O 操作一經啟動后，便一直運行下去直到完成，I/O 操作期間不宜中斷，更不宜切換給其他進程使用。.答案：（錯）可以把獨占設備作為系統的一種臨界資源，用互斥的方法訪問它。.錯。因為操作系統中應用的緩沖技術是有其限定性的，一般是在內存中或通過硬件技術來實現的。基本上不通過外存來實現。7.4.4 簡答題.答：包括：設備控制器與 CPU 的接口；設備控制器與設備的接口；輸入輸出邏輯（見下圖所示）。.答：字節多路通道含有多個子通道。每個子通道連接一臺

13、低速設備，以輪流方式共享主通道。任一子通道交換完一個字節后就將主通道讓給下一個子通道。數組選擇通道可連接多臺高速外設，具有較高的傳輸速率。它有一臺分配型子通道，一段時間內只能執行一道通道程序，使一臺設備獨占通道以進行數據交換，直到交換完后才可讓給其他的設備。數組多路通道含有多個非分配型子通道，每個子通道連接一臺高速外設，以輪流方狀態狀態UhJ數據數據狀患狀患櫛制櫛制式共享主通道。任一子通道交換完若干字節后就將主通道讓給下一個子通道。.答：共有四種 I/O 方式：程序 I/O 方式，又稱作“忙-等”方式。該方式執行一個循環程序，反復查詢外設狀態，如果外設“忙碌”則循環查詢，直到查得外設狀態為“閑

14、置”時止。該方式適用于機內沒有中斷機構的場合。中斷控制 I/O 方式。該方式在進行 I/O 時，CPU 向控制器發出 I/O 命令后，由控制器控制外設操作，CPU 轉其他任務的處理，即，CPU 與外設并行工作。當外設完成 I/O 后向 CPU 發中斷信號，CPU 只需花費很少的時間進行 I/O 的善后處理，此前毋須進行干預。該方式可適于低速外設 I/O,并可配合 DMA 和通道方式實現 I/O。DMA(直接內存訪問)方式。該方式適于高速外設 I/O,一次可以在外設與內存之間傳輸一個或多個數據塊。傳輸完畢后才需 CPU 干預。通道方式。該方式中，系統預先要將 I/O 的過程實現為一段通道程序，置

15、于內存的特定位置，而后啟動通道。由通道負責執行通道程序對外設進行 I/O 控制，CPU 轉其他程序運行。I/O 完成后通道向 CPU 發中斷信號，CPU 花很少時間作善后處理。.答：CPU 需要訪問外存時，便發送一條訪問命令給 DMA 的命令寄存器 CR、一個內存地址碼給 DMA 的內存地址寄存器 MAR、 本次要傳送的字節數給 DMA 的數據計數器 DC、 外存地址給 DMA的 I/O 控制邏輯中。啟動 DMA 控制器，然后 CPU 轉其他任務處理。DMA 控制器負責控制數據在內存與外存之間傳送。每傳送一個字節就需挪用一個內存周期，按MAR 從內存讀出或寫入內存一個字節，修改 MAR 和計數

16、器 DC。當 DC 修改為 0,表示傳送 Z 束，由 DMA 向 CPU 發出中斷請求。.答：令 T 是讀外存數據送內存緩沖區時間，M 是數據從緩沖區傳送到用戶區的時間，C 是讀內存用戶區數據進行計算的時間。當進行第 I 次讀外存數據送緩沖區時，系統可同時讀出用戶區中第(I-1)次數據進行計算。 此兩項操作并行進行且互不干擾， 并與數據從緩沖區傳送到用戶區的操作串行進行，因此處理一塊數據的時間大約為 max(C,T)+M。.答：該方式又稱緩沖對換方式。寫入者花費時間 T 將數據寫滿一個緩沖區后再寫另一個緩沖區；讀出者花費時間 M 將一個緩沖區數據送到用戶區后再傳送另一個緩沖區數據，運算者讀出用

17、戶區進行處理。由于將數據從緩沖區傳送到用戶區操作必須與讀用戶區數據進行處理串行進行，而且它們又可以與從外存傳送數據填滿緩沖區的操作并行。因此耗時大約為 max(C+M,T)。考慮到 M 是內存中數據塊的“搬家”耗時，非常短暫可以省略，因此近似地認為是：max(C,T)。.答：一般情況下，需要將多緩沖區形成一個環。環上設置兩個指針：Nexti 和 Nextg。前者指出數據的存入位置，后者指出數據的提取位置。下圖是由 6 個緩沖區組成的環，其中，帶陰影的表示是裝滿數據的緩沖區，不帶陰影的是空緩沖區。當需要將環中的一個緩沖區數據輸出時，用 P 操作獨占該環；判斷 Nexti 與 Nextg是否重合，

18、若是重合則表示環中數據已空，需要通過 V 操作釋放該環，并阻塞等待。若Nexti 與 Nextg 沒有重合，則從 Nextg 處取出一個緩沖區的數據，將 Nextg 順序向后推一個位置，需要通過 V 操作釋放該環。.答：當需要輸入數據時，調用 GetBuf(emq)過程從空閑隊列上摘下一個空緩沖區，作為收容輸入工作緩沖區 hin,輸入的數據被裝入 hin 中，裝滿 hin 后，調用 PutBuf(inq,hin)過程將 hin 掛入輸入隊列 inq 中。當需要輸出數據時，調用 GetBuf(outq)過程從輸出隊列上摘下一個裝滿數據的緩沖區，作為提取輸出工作緩沖區 sout,將 sout 中的

19、數據提取輸出，sout 的數據被提取完后，調用 PutBuf(emq,sout)過程將 sout 掛入空閑隊列中。.答：安全分配是一種“挨棄請求和保持條件”的資源分配方式。在這種方式中，一個進程請求資源一旦獲得(比如 I/O 請求時獲得所需的設備)，該進程就由運行狀態變為阻塞狀態，使它不可能再請求新的資源。相反，當該進程開始運行時(比如 I/O 完成后被喚醒)，它已不占有資源。因此，這種分配挨棄了造成死鎖的一個條件，分配是安全的。這種分配方式的缺點是進程推進速度慢，因為 CPU 與 I/O 是串行的。不安全的分配方式是指，進程在提出資源請求時(比如 I/O 請求)并不將它阻塞，而是允許它繼續使

20、用 CPU,并提出第二次資源請求。 這樣， 若第二次請求的資源已被其他進程占用使該進程被阻塞時，則該進程具備了“請求和保持”條件，可能產生死鎖，因而說，這種分配是不安全的分配。.答：設備獨立性又稱為設備無關性。它指的是應用程序在使用設備進行 I/O 時,使用的是邏輯設備，而系統在實際執行時使用的是物理設備，由操作系統負責邏輯設備與物理設備的映射。引入設備獨立性可以使設備的分配具有極大的靈活性，并易于實現 I/O 重定向。系統為每個進程設置一張“邏輯設備表(LUT)。當某進程用邏輯名來請求設備時，系統查閱“系統設備表”SDT,為它分配相應的可用物理設備。系統將這種用戶邏輯設備與系統物理設備的映射

21、，建立在該用戶的 LUT 中，并將該物理設備的驅動程序入口地址填入LUT 中。以后，該進程利用邏輯設備名請求 I/O 操作時，系統通過查找 LUT 即可找到物理設備及其驅動程序。SPOOLing 技術實現了將獨占設備虛擬為多臺邏輯設備的功能。.答：輸入輸出井。這是在磁盤上開辟兩個大空間，一個是輸入井，用來收容輸入設備上的數據（模擬拖機輸入的磁盤）；另一個是輸出井，用來收容用戶進程的輸出數據（模擬脫機輸出的磁盤）。輸入緩沖區和輸出緩沖區。這是內存中開辟的兩個緩沖區，一個是輸入緩沖區，暫存輸入設備來的數據，以后再傳送到輸入井；另一個是輸出緩沖區，暫存輸出井送來的數據，以后傳送到輸出設備。輸入進程和

22、輸出進程。輸入進程實現的是收容輸入和提取輸入。在收容輸入時，負責將輸入設備的數據通過內存輸入緩沖區轉存到磁盤的輸入井中；提取輸入時，負責將磁盤輸入井的數據送入內存用戶區。輸出進程實現的是收容輸出和提取輸出，過程與輸入過程相反。請求打印隊列。.答：這項工作由 SPOOLing 的輸出進程來承擔，主要做三件事：在輸出井上請求一塊緩沖區，將要打印的數據送入其中。請求一張空白“用戶請求打印表”，填入打印說明信息后掛入請求打印隊列。一旦打印機空閑，就從請求打印隊列頭部取下一個請求打印表，根據表中要求將輸出井的數據讀入內存緩沖區，由打印機輸出。.答：設備驅動程序又稱設備處理程序，主要特點有：將進程的 I/

23、O 請求傳送給設備控制器，并將設備控制器記錄的設備狀態、I/O 完成情況反饋給進程。設備驅動程序與設備的緊密性相關，不同的設備應配置不同的設備驅動程序。設備驅動程序與 I/O 控制方式緊密相關，四種控制方式應當各不相同。設備驅動程序與硬件緊密相關，部分程序必須用匯編語言編寫。目前，驅動程序的基本操作都被固化到 ROM 中了。.答：設備驅動程序是請求 I/O 的進程與設備控制器之間的一個通信程序，主要功能有：將用戶的要求轉換為具體要求。檢查用戶的合法性，了解設備狀態，根據要求傳遞參數，設置設備的工作方式。向設備控制器發 I/O 命令啟動設備，完成具體的 I/O 操作。及時響應外設的中斷請求，根據

24、中斷類型調用相應的中斷處理程序。具有通道的控制系統，還要構造通道程序。.答：設備驅動程序在啟動設備前做一些必要的預備工作，然后啟動設備。即：將抽象要求轉換為具體要求。檢查 I/O 請求的合法性。讀出設備狀態并檢查。傳遞參數。設置工作方式。啟動 I/O 設備。.答：當設備完成了 I/O 之后，設備控制器向 CPU 發送一個中斷請求，CPU 響應后即可轉向中斷處理程序。中斷處理程序的工作可分為以下幾步：喚醒等待該項I/O的進程。保護被中斷進程的 CPU 運行環境。分析中斷原因，轉入相應的中斷處理程序。進行中斷處理。恢復被中斷進程的現場。7.5 考研試題精選及解析179-73b9-42a2-97eb

25、-ef13dff6417e-Numbered_ba1f45bf-.假設磁盤有 100 個柱面，編號 099。在完成了柱面 25 的請求后，當前正在處理 43 柱面的請求。磁盤請求的柱面按 38、6、40、2、20、22、10 的次序到達磁盤驅動器，尋道每移動一個柱面需 10ms,計算以下算法的總尋道時間。(1)FCFS(2)最短尋道優先(3)電梯調度(西北工業大學 2001 年驅動調度題)解：此類題應注意的移動方向，目前為由里到外(小到大)。(1)FCFS磁盤臂移動順序為：43386402-20-22-10移動總數為 141 故總尋道時間為 1410ms(2)最短尋道優先磁盤臂移動順序為：43

26、40382220106-2移動總數為 29 故總尋道時間為 290ms(3)電梯調度磁盤臂移動順序為：4340382220106-2 移動總數為 29 故總尋道時間為 290ms179-73b9-42a2-97eb-ef13dff6417e-Numbered_ba1f45bf-.一個軟盤有 40 個柱面，尋道時移過每個柱面花 6ms。若不采用文件塊緊密存放措施，則邏輯上相鄰的塊平均間隔 13 個柱面，若采用文件塊緊密存放措施，則邏輯上相鄰的塊平均間隔 2 個柱面。假定讀寫時找到柱面后平均旋轉延遲時間為 100ms，傳輸速率為每塊 25ms,則在此兩種情況下傳輸一個 100 塊的文件各需多長時間

27、？華南理工大 2001 驅動調度題)解：讀第一塊時平均移動 20 個柱面，需時 20X6ms=120ms。平均旋轉延遲時間為 100ms,傳輸速率為每塊 25ms,故讀取第一塊花時=120+100+25=245ms。(1)不采用文件塊緊密存放措施從第二塊起每塊花時=13X6ms+100+25=203ms,故傳輸一個 100 塊的文件需=245+99X203=20342ms=20.342s。(2)采用文件塊緊密存放措施從第二塊起每塊花時=2X6ms+100+25=137ms,故傳輸一個 100 塊的文件需=245+99X137=20342ms=13808ms=13.808s。179-73b9-4

28、2a2-97eb-ef13dff6417e-Numbered_ba1f45bf-.假如有 4 個記錄 A、B、C、D,順序存放在磁盤的某磁道上，該磁道劃分為 4 塊，每塊存放一個記錄。現在要順序處理這些記錄，如果磁盤的轉速為 20ms 轉一周，處理程序每讀出一個記錄后花 5ms 時間進行處理。試問：處理完這 4 個記錄需多少時間？為了縮短處理時間應進行優化分布，試問應如何安排這些記錄？并計算處理的總時間。(上交大 1995 驅動調度題)解：優化前順序存放 A、B、C、D,處理總時間=(5+5)+(5X3+5+5)+(5X3+5+5)+(5X3+5+5)=85ms優化后存放次序 A、C、B、D,

29、處理總時間=(5+5)+(5+5)+(5+5+5)+(5+5)=45ms179-73b9-42a2-97eb-ef13dff6417e-Numbered_ba1f45bf-.I/0 軟件一般分為四個層次： 用戶層、 與設備無關的軟件層、設備驅動程序以及中斷處理程序。試說明以下各個工作是在哪一層完成的？b7080001f-Numbered_b2f968da-b302-4687-bf31-8f96f6488119005be09c-Numbered_50032ca2-aed1-4949-8d78-9122fe7296b5-向設備寄存器寫命令；b7080001f-Numbered_b2f968da-b302-4687-bf31-8f96f6488120005be09c-Numbered_50032ca2-aed1-4949-8d78-9122fe7296b5-檢查用戶是否有權使用設備；b7080001f-Numbered_b2f968da-b302-4687-bf31-8f96f6488121005be09c-Numbered_50032ca2-aed1-4949-8d78-9122fe7296b5-將二進制整數轉化成 ASCII 碼以便才 T 印。(北京大學 2000 設備管理)解：I/O 軟件層次如下層次用戶層 I