计算机操作系统第五章设备管理复习资料

第五章设备管理

（一）简答题

1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？

解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。（2）减少中断CPU的次数。例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。

2、引入缓冲的主要原因是什么？P155

【解】

引入缓冲的主要原因是：

●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；

●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制

●提高CPU和I/O设备之间的并行性。

3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。

答：引入缓冲的主要原因：

（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。

（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。

（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。

4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。

解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；

再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。

4、有如下请求磁盘服务的队列，要访问的磁道分别是98、183、37、122、14、124、6

5、67。现在磁头在53道上，若按最短寻道时间优先法，磁头的移动道数是多少？

解：最短寻道时间优先法总是让查找时间最短的那个请求先执行，而不考虑请求访问者到来的先后时间。即靠近当前移动臂位置的请求访问者将优先执行。当前磁头在53道上，则总的移动道数为：

12 + 2+ 30+ 23+ 84+ 24+ 2+ 59 =236

65 67 37 14 98 122 124 183

5、什么是虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的。

解：虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户进程同时使用，通常把这种经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。

SPOOLing系统主要由输入井和输出井（磁盘上）、输入缓冲区和输出缓冲区（内存中）、输入进程和输出进程三部分组成。

当要运行用户程序时，由输入进程将用户要求的程序和数据预先从输入设备经由输入缓冲区送到输入井，当程序运行需要输入数据时，直接从输入井将数据读入内存。

当用户程序要求输出数据时，由输出进程先将数据从内存送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据经由输出缓冲区送到输出设备上。

由于磁盘是共享设备，输入井及输出井是磁盘上的2个存储区域，因此多个用户进程可以共享使用输入井及输出井，这样，就将独占型设备改造成了可共享使用的虚拟设备。

下面以打印机为例进行说明，当用户进程请求打印输出时，操作系统同意为进程打印，但并不真正把打印机分配给该用户进程，而是为进程在磁盘上的输出井中分配一个空闲区域，并将要打印的数据送入其中，同时还为用户进程申请一张用户请求打印表，将用户的打印要求填入其中，再将该请求打印表挂在请求打印队列上。如果还有进程要求打印输出，系统仍可以接受该请求，也为进程完成上述操作。如果打印机空闲，输出进程将从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到内存的输出缓冲区，再由打印机进行打印。打印完成后，输出进程再查看请求打印队列中是否还有请求打印表，若有，则再取出第一张请求打印表，并根据其中的打印要求进行打印，如此重复，直至请求打印队列空为止，输出进程才将自己阻塞起来，直到下次再有打印请求时才被唤醒。

6、在应如何实现I/O的问题上，整个系统可以只设置一个I/O进程，负责系统

内的所有设备的I/O操作。是否还有其他实现方案（至少回答2种）？

解：在不同操作系统中，所采用的设备处理方式并不完全相同。除整个系统设置一个I/O进程这种方式外，还有以下2种方式。

（1）为每一类设备设置一个I/O进程，它专门执行这类设备的I/O操作。例如，为同一类型的打印机设置一个打印进程。

（2）不设置专门的I/O进程，而只为各类设备设置相应的设备处理程序模块，供用户或系统进程调用。

7、简述中断处理过程。

解：当中断发生时，一旦CPU响应中断，系统就开始进行中断处理。中断处理过程如下：

（1）保护被中断进程现场。为了在中断处理结束后能使进程正确地返回到中断点，系统必须保存当前处理机状态字PSW和程序计数器PC等的值。（2）分析中断原因，转去执行相应的中断处理程序。在多个中断请求同时发生时，处理优先级最高的中断源发出的中断请求。

（3）恢复被中断进程的现场，CPU继续执行原来被中断的进程。

8、在某系统中，从磁盘将一块数据输入到缓冲区需要花费的时间为T，CPU对一

块数据进行处理的时间为C，将缓冲区的数据传送到用户区所花时间为M，那么在单缓冲和双缓冲情况下，系统处理大量数据时，一块数据的处理时间为多少？

解：在无缓冲的情况下，为了读取磁盘数据，应先从磁盘把一块数据输入到用户数据区，所花费的时间为T；然后再由CPU对这一块数据进行计算，计算时间为C，所以每一块数据的处理时间为T+C。

（1）在单缓冲的情况下，应先从磁盘把一块数据输入到缓冲区，所花费的时间为T；然后由OS将缓冲区的数据传送到用户区，其所花的时间为M；接下来便由CPU对这一块数据进行计算，计算时间为C。由于CPU的计算操作与磁盘的数据输入操作可以并行，因此一块数据的处理时间为max(C,T)+M

（2）在双缓冲区的情况下，应先从磁盘把一块数据输入到第一个缓冲区，当装满第一个缓冲区后，操作系统可将第一个缓冲区的数据传送到用户区并对第一块数据进行计算时，与此同时可以将磁盘输入数据送入第二个缓冲区；当计算完成后，若第二个缓冲区已装满数据，则又可以将第二个缓冲区中的数据传送至用户区并对第二块数据进行计算时，与此同时可以将磁盘输入数据送入第一个缓冲区，如此反复交替使用2个缓冲区。当C>T时，计算操作比输入操作慢，在此情况下，上一块数据计算完成后，仍需将一个缓冲区中的数据传送到用户区，花费时间为M，再对这块数据进行计算，花费时间为C，所以一块数据的处理时间为C+M，即max(C,T)+M；当C

9、什么是缓冲池？设计一个数据结构来管理缓冲池。

解：缓冲池由多个缓冲区组成，这些缓冲区可供多个进程共享，且既能用于输入又能用于输出。

缓冲池中至少应包含3个缓冲队列和4类工作缓冲区，如下图。缓冲池中的3个缓冲队列如下：

（1） 空缓冲队列：由系统中的空闲缓冲区组成；

（2） 输入队列：由装满输入数据的缓冲区组成队列，输入设备已将这些缓

冲区中装满了输入数据等待CPU 处理；

（3） 输出队列：由装满输出数据的缓冲区组成，这些数据等待输出设备输

出。

缓冲池中的4类工作缓冲区如下：

（1）收容输入工作缓冲区：用于收容来自输入设备的数据；

（2）提取输入工作缓冲区：供CPU 从中提取输入数据进行计算；

（3）收容输出工作缓冲区：用于收容CPU 要输出的计算结果；

（4）提取输出工作缓冲区：供输出设备从中提取数据进行输出。

当输入设备欲输入数据时，便从空缓冲区队列的队首摘下一个空缓冲区，作为收容输入工作缓冲区，然后把数据输入其中，装满后再将它挂到输入队列队尾。

当CPU 需要数据处理时，便从输入队列取得一个缓冲区作为提取输入工作缓空缓冲区队列

…装满输入数据的缓冲区队列

收容输出工作缓冲区

…装满输出数据的缓冲区队列

冲区，CPU从中提取数据，数据用完后再将它挂到空缓冲队列尾。

当CPU欲输出结果时，便从空缓冲队列的队首取得一个空缓冲，作为收容输出工作缓冲区，当其中装满输出数据后，再将它挂到输出队列尾。

当输出设备欲输出结果时，由输出进程从输出队列中取得一个装满输出数据的缓冲区，作为提取输出工作缓冲区，当数据提取完后，再将它挂到空缓冲队列的末尾。

如此周而复始不停地工作，任何进程都可使用缓冲池中的缓冲区。

10、在某计算机系统中，其屏幕显示分辨率为1024×768，若要存储一屏256

彩色的图像，需要多少字节存储空间？

解：屏幕信息的显示是以像素为单位进行的。由于屏幕显示分辨率为1024×768，故屏幕上有像素：1024×768=768×210个。

当用256彩色显示时，每个像素需要8位二进制数（28=256）表示，因此一屏信息需要存储空间：8×768×210位=768×210字节=768K字节，所以需要768K字节存储空间。

11、为什么在操作系统中要引入虚拟设备？

解：在操作系统设备管理中，引入虚拟设备是为了克服独占设备速度较慢、设备资源利用率较低的缺点，从而提高设备的利用率。

12、假脱机系统的基本工作原理是什么？

解：假脱机技术主要由输入程序模块和输出程序模块所组成，系统分别为之创建输入进程和输出进程，它们的优先级高于一般用户进程。输入进程负责通过通道将信息从输入设备送到盘区的输入井中，输出进程负责通过通道将信息从盘区的输出井送到输出设备。主机仅和快速存储设备磁盘中的输入井和输出井交换信息，大大提高了信息处理的速率。

13、什么是逻辑设备？什么是物理设备？如何实现从逻辑设备到物理设备的

转换？

解：用户程序中使用的设备是逻辑设备，计算机系统中实际配置的设备是物理设备。在OS中，通常设置了反映逻辑设备和物理设备对应关系的数据结构，其中存放了逻辑设备名、物理设备名及设备驱动程序入口地址等信息，通过该数据结构即可实现逻辑设备到物理设备的转换。

14、操作系统用户接口中包含哪几种接口？它们分别提供给谁使用？

【解】操作系统用户接口包括：

1、联机命令接口（分时系统）

2、脱机命令接口（批处理系统）

3、GUI（用户操作）

4、程序接口（用户编程）

15、什么是输入、输出重定向？并举例说明。P295

【解】在UNIX和MS-DOS，都定义了两个标准I/O设备。通常，命令的输入取自标准输入设备，而命令的输出通常是送标准输出设备，即显示终端，如果在命令中设置重定向“>”，其后接文件名或设备名，表示命令的输出改向，送到指定文

件或设备上。而输入重定向“<”类似。

16、何谓管道联接？并举例说明。P295

【解】是指把第一个命令的输出作为第二个命令的输入；类似的，又把第二个命令的输出作为第三条命令的输入。在MS-DOS 和UNIX中用“|”作为管道符号。一般格式为command 1|command 2|command 3|…|command n。

17、设备终端处理程序的主要作用是什么？它应具有哪些功能？P296 【解】设备终端处理程序的作用是实现人机交互。应具有功能有：

5、接受用户从终端上敲入的字符；

6、字符缓冲，暂存所接收的字符；

7、回送显示；

8、屏幕编辑；

9、特殊字符处理

18、命令解释程序的主要作用是什么？P298

【解】命令解释程序的主要作用是在屏幕上产生提示符，请用户输入命令，然后读命令、识别命令、转到相应的命令处理程序入口地址，再把控制权交给该处理程序去执行，并将处理结果送屏幕显示后显示某些出错信息。

19、试比较一般的过程调用和系统调用。P300

【解】

10、一般的过程调用，其调用和被调用的过程或者都是用子程序，或者都是

系统程序，故都运行在同一系统状态下：系统态或用户态。系统调用过程都是用户程序，它运行在用户态；其被调用过程是系统过程，运行在系统态下。

11、一般的过程调用可直接由调用过程转向被调用过程；而执行系统调用

时，由于调用和被调用过程是处于不同系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程，而通常都是通过软中断机制。

12、和一般进程一样，系统调用也允许嵌套调用，即在一个被调用过程的执

行期间，还可以再利用系统调用命令去调用另一个系统过程。但每个系统对嵌套调用的深度都有一定的限度。

20、系统调用都有哪几种类型？P302

【解】系统调用类型有：

13、进程控制

14、文件操纵

15、进程通讯

16、信息维护

21、试说明设备控制器的组成。P147

22、为了实现CPU与设备控制器间的通信，设备控制器应具有哪些功能？

P146

23、什么是字节多路通道？什么是数组选择多路通道和数组多路通道？

P148-149

【解】

（1）字节多路通道：这是一种按字节交互方式工作的通道，它通常都含有许多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每一个子通道连接一台I/O 设备，并控制该设备的I/O操作，这些子通道按时间片轮转方式共享主通道。（2）数组选择通道：可以连接多台高速设备，但是它只有一个分配子通道，在一段时间内只能执行一道通道程序，控制一台设备进行数据传送，致使当某台设备占用了该通道后，便一直由它独占，即使是它无数据传送，通道被闲置，也不允许其他设备使用该通道，直至该设备传送完毕释放该通道。（3）数组多路通道：是将数组选择通道传输速率和字节多路通道能使各子通道（设备）分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道，它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。

24、如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？P149

【解】

解决“瓶颈”问题最有效的方法便是：增加设备到CPU间的通路而不增加通道，换言之，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上，如图所示，设备1、2、3、4，都有4条通往存储器的通路。多通路方式不仅解决了“瓶颈”问题，而且也提高了系统的可靠性，个别通道或控制器的故障，不会使存储器之间没有通路。

25、试对VESA及PCI两种总线进行比较。P151

26、试说明推动I/O控制发展的主要因素是什么？P151

27、有哪几种I/O控制方式？各适用于何种场合？P151

28、试说明DMA的工作流程。P153

29、在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max(C,T)+M？【解】

在单缓冲的情况下，先从磁盘把一块数据输入到缓冲区，所花费的时间为T；然后由操作系统将缓冲区的数据传送到用户区，其所花的时间为M；接下来便由CPU 对这一块数据进行计算，计算时间为C。由于CPU的计算操作与磁盘的数据输入操作可以并行，因此一块数据的处理时间为max(C,T)+M。

30、在双缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max(C,T)？

【解】

在双缓冲的情况下，先从磁盘把一块数据输入到第一个缓冲区，装满后便将数据输入第二个缓冲区，与此同时操作系统可将第一个缓冲区的数据传送到用户区；当CPU对第一块数据进行计算时，又可将磁盘输入数据送入第一缓冲区，当计算完成后又可以从第二个缓冲区中取数据，如此反复交替使用两个缓冲区。当C>T 时，计算操作比输入操作慢，在此情况下，上一块数据计算完成后，仍需将一个缓冲区中的数据传送到用户区，花费时间为M，再对这块数据进行计算，花费时间C，所以一块数据的处理时间为C+M，即max(C,T)+M；当C

31、试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况。

32、试说明收容输入工作缓冲区和提取输出工作缓冲区的工作情况。

33、何谓安全分配方式和不安全分配方式？P163

【解】

安全分配方式：在这种分配方式中，每当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，直到其I/O操作完成时才被唤醒。在采用这种分配策略时，一旦进程已经获得某种设备（资源）后便阻塞，使该进程不可能再请求任何资源，而在它运行时又不保持任何资源。因此这种分配方式已经摒弃了造成死锁的四个必要条件之一的“请求和保持”条件，从而使设备分配是安全的。

不安全分配方式：在这种分配方式中，进程在发出I/O请求后仍继续运行，需要时又发出第二个I/O请求、第三个I/O请求等。仅当进程所请求的设备已被一进程占用时，请求才进入阻塞状态。

34、为何要引入设备独立性？如何实现设备的独立性？P163

【解】

引入设备独立性是为了：提高OS的可适应性可扩充性，在现代OS中都毫无例外地实现了设备的独立性，也称为设备无关性。其基本含义是：应用程序独立于具体使用的物理设备。在实现了设备独立性功能后，可使设备分配时更具灵活性，也易于实现I/O重定位。

设备独立的实现可有以下层次的实现而实现：

设备独立性软件：其完成功能：执行所有设备的公有操作；向用户层（或文件层）软件提供统一的接口。

逻辑设备名到物理设备名映射的实现：逻辑设备表（LUT）；LUT的设置问题——整个系统设置一张LUT、每个用户设置一张LUT。

独占设备的分配程序

1.基本的设备分配程序：分配设备、分配控制器、分配通道。

2.设备分配程序的改进：增加设备的独立性、考虑多通路情况。

35、在考虑到设备的独立性时，应如何分配独享设备？

36、何为设备虚拟？实现设备虚拟时所依赖的关键技术是什么？

37、 试说明SPOOLing 系统的组成。P166

【解】

SPOOLing 系统是对脱机输入、输出该的模拟，它必须有高速随机外存的支持，这通常是采用磁盘。

SPOOLing 系统主要有以下三部分：

输入井和输出井。这是在磁盘上开辟的两个大存储空间。输入井是

模拟脱机输入时的磁盘设备，用于暂存I/O 设备输入的数据；输出

井是模拟脱机输出时的磁盘，用于暂存用户程序的输出数据。

输入缓冲区和输出缓冲区。为了缓和CPU 和磁盘之间的速度不匹配

的矛盾，在内存中要开辟两个缓冲区：输入缓冲区和输出缓冲区。

输入缓冲区用于暂存由输入设备送来的数据，以后再传送到输入

井。输出缓冲区用于暂存输出井送来的数据，以后再传送给输出设

备。

输入进程Spi 和输出进程Spo 。这里利用两个进程来模拟脱机I/O

时的外围控制机。其中，进程Spi 模拟脱机输入时的外围机，将用

户要求的数据从输入机通过输入缓冲区再送到输入井，当CPU 需要

输入数据时，直接从输入井读入内存；进程Spo 模拟脱机输出时的

外围控制机，把用户要求的数据，先从内存送到输出井，待输出设

备空闲时，再将输出井中的数据经过输出缓冲区送到输出设备上。

如下图示出了SPOOLing 系统的组成：

38、 在实现后台打印时，SPOOLing 系统应为请求I/O 的进程提供哪些服务？

【解】

（1）

由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，并将用户的数据送入

其中；

（2） 输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的

打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。

39、 试说明设备驱动程序具有哪些特点？

40、 试说明设备驱动程序应完成哪些功能？

41、 设备驱动程序通常要完成哪些工作？

42、 设备中断处理程序通常完成哪些工作？

【解】

（1）唤醒被阻塞的驱动程序进程

（2）保护被中断进程的CPU环境

（3）分析中断原因、转入相应的设备中断处理程序

（4）进行中断处理

（5）恢复被中断进程的现场

43、磁盘访问时间由哪几部分组成？每部分时间应如何计算？P173

【解】

磁盘访问时间由以下三部分组成：

●寻道时间：指磁臂（磁头）移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是

启动磁臂的时间S与磁头移动N条磁道所花费的时间之和，即

TS=M*N+S。

●旋转延迟时间Tτ：指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。

●传输时间Tt：指把数据从磁盘读出或写入数据所经历的时间。Tt的大

小与每次所读/写的字节数b和旋转速度有关。 Tt=b/rN。

其中，r为磁盘每秒钟的转数；N为一条磁道上的字节数，第一次读/

写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，Tτ与Tt相同。因此，可将

访问时间Ta表示为：

Ta= TS +1/2r+b/rN

44、目前常用的磁盘调度算法由哪几部分组成？每种算法优先考虑的问题是

什么？（见补充题）

【解】

目前常用的磁盘调度算法有：先来先服务、最短寻道时间优先及扫描等算法。

先来先服务：优先考虑的是按进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。

最短寻道时间优先：优先考虑的是与当前磁头所有的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。

扫描：优先考虑的是磁头当前的移动方向。

循环扫描算法：优先考虑的磁头的单向性。

45、为什么要引入磁盘调度高速缓冲？何谓磁盘高速缓冲？P176

【解】

引入磁盘调度高速缓冲是因为：目前，磁盘的I/O速度远低于对内存的访问速度，通常要低上4—6个数量级。因此，磁盘的I/O已成为计算机系统的瓶颈。于是，人们便千方百计地去提高磁盘I/O的速度，其中最主要的技术，便是采用磁盘高速缓存。

磁盘高速缓冲，并不是通常意义下的内存和CPU之间的所增设一个小容量高速存储器，而是指利用内存中的存储空间，来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息。因此，这里的高速缓存是一组在逻辑上属于磁盘、物理上驻留在内存中的盘块。

46、在设计磁盘高速缓冲时，如何实现数据交付？P176

【解】

数据交付是指：将磁盘高速缓存中的数据传送给请求者进程。当有一进程请求访

问某个盘块中的数据时，由核心先去看磁盘高速缓冲器，看其中是否存在进程所需访问的盘块数据的拷贝。若有其拷贝，便直接从高速缓存中提取数据交付请求者进程，这样就避免了访盘操作，否则，应先从磁盘中将要访问的数据读入并交付给请求者进程，同时也将数据送高速缓存，当以后又要访问该数据时，便可直接从高速缓存中提取。

系统可以采用两种方式将数据交付给请求者进程：

●数据交付：这是直接将高速缓存中的数据，传送到请求者进程的内存工作区

中。

●指针交付：只将指向高速缓存中某区域的指针，交付给请求者进程。此方式

由于所传送的数据量少，因而节省了数据从磁盘高速缓存存储空间到进程的内存工作区的时间。

47、何谓提前读、延迟写和虚拟盘？P178

【解】

提前读：即在读当前块的同时，还要求将下一个盘块（提前读的块）中的数据也读入缓冲区。这样，当下一次要读该盘块中的数据时，由于该数据已被提前读入缓冲区，因而此时便可直接从缓冲区取得下一盘块的数据，而不再去启动磁盘I/O，从而大大减少了读数据的时间。

延迟写：指在缓冲区A中的数据本应立即写回磁盘，但考虑到该缓冲区中的数据不久后可能还会再被本进程访问（共享资源），因而并不立即将该缓冲区A 中的数据写入磁盘，而是将它挂在空闲缓冲区队列的末尾，随着空闲缓冲区的使用，缓冲区也缓缓往前移动，直至移到空闲缓冲区之首。当再有进程申请到该缓冲区时，才将该缓冲区中的数据写入磁盘，而把该缓冲区作为空闲区分配出去。当缓冲区A仍在队列中时，任何访问该数据的进程，都可以直接读出其中的数据而不必去访问磁盘。

虚拟盘：指利用内存空间去仿真磁盘，又称RAM盘。该盘的设备驱动程序也可以接受所有标准的磁盘操作，但这些操作的执行，不是在磁盘上而是在内存中。这些对用户都是透明的。

48、廉价磁盘冗余阵列是如何提高磁盘的访问速度和可靠性的？P180 【解】

为了提高对磁盘的访问速度：已把在大、中型机中应用的交叉存取技术应用到磁盘存储系统中。在该系统中，有多台磁盘驱动器，系统将每一盘块中的数据分为若干个子盘块数据，再把每一个子盘块的数据分别存储到各个不同磁盘中的相同位置上。在以后，当要将一个盘块的数据传送到内存时，采取并行传输方式，将各个盘块中的子盘块数据同时向内存中传输，从而使传输时间大大减少，从而提高了磁盘的访问速度。

可靠性的实现：在廉价磁盘冗余阵列RAID 3级和RAID 5级中实现的。

RAID 3级：它利用一台奇偶校验来完成数据的校验功能的，这样提高了可靠性。

RAID 5级：这是一种具有独立传送功能的磁盘阵列，每个驱动器都各有的独立的数据通路，独立地进行读/写，且无专门的校验盘。用来进

行纠错的校验信息，是以螺旋方式散布在所有数据盘上。以此来提高

可靠性。

49、磁盘空间连续分配的主要优缺点是什么？

【解】

1、优点：

（1）顺序访问容易

（2）顺序访问速度快

2、缺点：

（1）要求有连续的存储空间

（2）必须事先知道文件的长度

50、什么是隐式链接和显式链接？何谓文件分配表FAT?

【解】

（1）隐式链接：在采用隐式链接分配方式时，在文件目录的每个目录项中，都须含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。

（2）显式链接：把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。

（3）FAT：由于查找记录的过程是在内存中进行的，因而不仅显著提高了检索速度，而且大大减少了访问磁盘的次数。由于分配给文件的所有

盘块号都放在该表中，故把该表称为文件分配表FAT（File Allocation Table）。

51、为什么要引入索引分配方式？其主要问题是什么？

【解】

（1）引入索引分配方式是因为，链接分配方式虽然解决了连续分配所存在的问题，但又出现另外两个问题：

◆不能支持高效地直接存取。

◆FAT需占用很大的内存空间。

（2）事实上，在打开某个文件时，只需把占用盘块的盘块号调入内存即可，完全没有必要将整个FAT调入内存。为此，又必须先将每个文件

所对应的盘块号集中地存放在一起。索引分配方法就是基于这一想法而

形成的一种分配方法。它为每个文件分配一个索引块（表），把分配给该

文件的所有盘块号都记录在该索引块中，因而该索引块就是一个含有许

多盘块号的数组。

（3）索引分配方式的主要问题是：可能要花费较多的外存空间，对于小文件采用索引分配方式时，其索引块的利用率是极低的。

52、假如盘块大小为4KB，每个盘块号占4个字节，在两级索引分配时，允

许的最大文件是多少？

【解】

一个索引块中可存放：4KB/4B=1K个盘块号, 在两级索引时，最多可包含的、存放文件的盘块的盘块号总数N=1K×1K =1M个盘块号, 允许的最大文件长度=1M×4KB=4GB

52、什么是与设备无关性？有什么好处？

答：为了提高OS的可适应性和可扩展性，在现代OS中都毫无例外地实现

了设备独立性，也称设备无关性。

基本含义：应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备两概念。

在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。

优点：设备分配时的灵活性、易于实现I/O重定向（用于I/O操作的设备可以更换（即重定向），而不必改变应用程序。

（二）选择题

1.缓冲技术中的缓冲池在中。A

A. 主存

B. 外存

C. ROM

D. 寄存器

2.引入缓冲的主要目的是。A

A. 改善CPU和I/O设备之间速度不匹配的情况

B. 节省内存

C. 提高CPU的利用率

D. 提高I/O设备的效率

3.CPU输出数据的速度远远高于打印机速度，为了解决这一矛盾，可采用。

C

A. 并行技术

B. 通道技术

C. 缓冲技术

D. 虚存技术

4.为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用结构的缓冲技

术。A

A. 缓冲池

B. 闭缓冲区环

C. 单缓冲区

D. 双缓冲区

5.通过硬件和软件的功能扩充，把原来独立的设备改造成能为若干用户共享的

设备，这种设备称为。D

A. 存储设备

B. 系统设备

C. 用户设备

D. 虚拟设备

6.如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方

式是。C

A. 程序查询

B. 中断方式

C. DMA方式

D. 无条件存取方式

7.中断发生后，应保留。B

A. 缓冲区指针

B. 关键寄存器内容

C. 被中断的程序

D. 页表

8.设备管理程序对设备的管理是借助一些数据结构来进行的，下面的不

属于设备管理数据结构。A

A. JCB

B. DCT

C. COCT

D. CHCT

9.大多数低速设备都属于设备。A

A. 独占

B. 共享

C. 虚拟

D. Spool

10.用作连接大量的低速或中速I/O设备。B

A. 数据选择通道

B. 字节多路通道

C. 数据多路通道

11.是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。A

A. SPOOLING技术

B. 虚拟存储技术

C. 覆盖与交换技术

D. 通道技术

12.操作系统中的SPOOLING技术，实质是将转换为共享设备的技术。B

A. 虚拟设备

B. 独占设备

C. 脱机设备

D. 块设备

13.SPOOLING系统提高了利用率。A

A. 独占设备

B. 共享设备

C. 文件

D. 主存储器

14.在操作系统中，用户在使用I/O设备时，通常采用。B

A. 物理设备名

B. 逻辑设备名

C. 虚拟设备名

D. 设备牌号

15.采用假脱机技术，将磁盘的一部分作为公共缓冲区以代替打印机，用户对打

印机的操作实际上是对磁盘的存储操作，用以代替打印机的部分是。C

A. 独占设备

B. 共享设备

C. 虚拟设备

D. 一般物理设备

16.按分类可将设备分为块设备和字符设备。D

A. 从属关系

B. 操作特性

C. 共享属性

D. 信息交换单位

17.通道是一种。C

A. I/O端口

B. 数据通道

C. I/O专用处理机

D. 软件工具（三）填空题

1、I/O设备的控制方式有轮询、中断和 DMA 等。

2、设备的寻址方式主要有直接I/O指令和存储器映射I/O指令。

操作系统课后习题答案第五章设备管理习题

设备管理习题 1．通道是一种（） A．I/O端口B．共享文件 C．I/O专用处理器D．数据通道 2．操作系统中引入缓冲技术的目的是为了增强系统的（）能力 A．串行操作B．并行操作 C．控制操作D．中断操作 3．（）是操作系统中以空间换时间的技术？ A．缓冲技术 B.并行技术 C.通道技术 D.虚拟存储技术 4．通道实现（）之间的信息交换 A．主存与外设B．CPU与外设 C．主存与外存D．CPU与外存 5．CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，可采用（） A．并行技术B．通道技术C．缓冲技术D．虚拟存储技术 6．在采用Spooling技术的系统中，用户的打印数据首先被送到（） A．打印机B．磁盘的输入井C．磁盘的输出井D．终端

7．缓冲技术中的缓冲池在（）中 A．外存B．内存C．ROM D．寄存器8．在一般大型计算机系统中，主机对外围设备的控制可通过通道，设备控制器，设备三个层次实现，下面的叙述中正确的是（） A．控制器可控制通道，设备在通道的控制下工作B．通道控制控制器，设备在控制器的控制下工作C．通道和控制器分别控制设备 D．控制器控制通道和设备工作 9．下面有关虚拟设备的论述中正确的是（） A．虚拟设备是指允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备 B．虚拟设备是指运行用户以标准方式使用物理设备 C．虚拟设备是指把一个物理设备变换成多个对应的逻辑设备 D．虚拟设备是指允许用户程序不必全部装入内存就可以使用系统中的设备 10.（）算法是设备分配中常用的一种算法 A.短作业优先 B.最佳适应 C.先来先服务 D.首次适应 11.用户编程与实际的物理设备无关是指（）

第五章 设备管理

第五章设备管理 单选题 1.按资源分配的角度，可将设备分为_____。 A.系统设备，用户设备 B.字符设备，块设备 C.读写设备，共享设备，虚拟设备 D.存储设备，输入/输出设备 2.按信息组织和处理的方式，可将设备分为_____。 A.系统设备，用户设备 B.字符设备，块设备 C.读写设备，共享设备，虚拟设备 D.存储设备，输入/输出设备 3.通过硬件和软件的功能扩充，把原来独立的设备改造成能为若干用户共享的设备，这种 设备称为_____。 A.存储设备 B.系统设备 C.用户设备 D.虚拟设备 4.设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送。在以下四种方式 中不支持并行工作方式的是_____。 A.程序直接控制方式 B.中断控制方式 C.DMA方式 D.通道方式 5.直接数据传送（DMA）方式是 A.外存和主存直接传送数据 B.通过中断当前程序方式传送数据 C.通过CPU中的寄存器传送数据 D.通过查询方式传送数据 6.如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方式是_____。 A.程序查询 B.中断方式 C.DMA方式 D.无条件存取方式 7.设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送。在以下四种方式 中，以主存为中心的、以窃取或挪用CPU工作周期来传送数据的是_____。 A.程序直接控制方式

B.中断控制方式 C.DMA方式 D.通道方式 8.关于控制设备和内存或CPU之间的数据传送，不正确的是_____。 A.中断方式时，每传送一个字节产生一个中断请求 B.中断方式的每次数据传送时的中断处理是在CPU的控制下进行的，所以必须要中 断当前进程的执行 C.DMA方式的每次数据传送时的处理是在DMA控制器的控制下进行的，不需要中 断当前进程的执行，仅仅是挪用了当前进程的CPU时间 D.在DMA方式中，借助于专用的数据通路，使主存和I/O设备完成数据传送，必须 要CPU的加入 9.通道的引入进一步提高整个系统的性能，也有利于系统的安全和保密。关于通道方式， 以下错误的是_____。 A.通道是独立于CPU的专管输入/输出控制的处理机 B.通道方式在数据传送方式中是对CPU依赖最少的一种方式 C.通道有自己的指令系统和程序 D.通道方式是一种以CPU为中心，实现设备与主存直接交换数据的控制方式 10.在现代操作系统中几乎所有I/O设备与主机交换数据时，都使用缓冲区。以下_____不 是引入缓冲的主要原因。 A.减小对内存的使用 B.缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾 C.减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制 D.解决DMA或通道方式的瓶颈问题 11.引入缓冲的主要目的是_____。 A.改善CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾 B.节省内存 C.提高CPU的利用率 D.提高I/O设备的效率 12.CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用_____。 A.并行技术 B.通道技术 C.缓冲技术 D.虚存技术 13.缓冲技术中的缓冲池在_____。 A.主存 B.外存 C.ROM D.寄存器

第五章 设备管理

习题五 单项选择题 1. 以下关于计算机外围设备说法中错误的是（ D ）。 A·计算机外围设备可以分为存储型设备和输入输出型设备 B·存储型设备可以作为主存储器的扩充，信息传输按块为单位 C·输入输出型设备负责主存储器与外围设备间的信息传递，信息传输单位是字符 D·存储类型设备一般属于共享设备，而输入输出型设备则属于独占设备 2. 如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方式是( C )。 A·程序查询 B·中断方式 C·DMA方式 D·无条件存取方式 3. 通道是一种 ( C ) A·I/O端口 B·共享文件 C·I/O专用处理器 D·数据通道 4. ( B )用作连接大量的低速或中速UO设备。 A·数据选择通道 B·字节多路通道 C·成组多路通道 D·数据多路通道 5. 通道是一种( C )。 A·I/O端口 B·数据通道 C·I/O专用处理器 D·软件工具 6. 下面有关通道和通道程序的说法中正确的是（ B ）。 A·通道是计算机系统中中央处理器与外围设备之间的一条连通道路 B·一组通道命令组成一个通道程序存放在主存储器中，由通道地址字指示通道程序的首地址，由通道状态字指示其运行状态 C·通道地址字是存放通道程序地址的一种寄存器 D·通道控制中央处理器的输入输出处理 7. 在通道结构中，操作系统启动和控制外围设备完成输入输出操作的过程（ A ）。 A·包括准备、启动I/O和结束处理三个阶段 B·包括启动、选择通道和设备、控制设备处理输入输出操作和完成处理几个步骤 C·包含启动I/O等特权指令，是一种访管中断，属于强迫性中断事件 D·不属于“设备处理一致性”的处理方法 8. 下面关于I/O中断描述中不正确的是（ D ）。 A·I/O中断是中央处理器和通道协调工作的一种手段 B·当通道状态字中仅有通道结束、控制器结束和设备结束时，表示输入输出操作正常结束 C·当通道发现有设备故障或设备特殊时就形成操作异常I/O中断事件 D·通道根据I/O中断事件了解输入输出操作的执行情况，中央处理器借助I/O中断请求通道进行干预，因此I/O中断是中央处理器和通道协调工作的一种手段 9. 操作系统中引入缓冲技术的目的是为了增强系统的( B )能力。

第5章设备管理

第5章设备管理 1．设备通常有哪几种分类方法？可以分为哪几种类型？ 【解答】从不同的角度，可以对设备进行不同的分类。 （1）按使用特性分类：存储设备、输入/输出设备 （2）按传输速率分类：低速设备、中速设备、高速设备 （3）按信息传输单位分类：块设备、字符设备 （4）按资源分配方式分类：独占设备、共享设备、虚拟设备 2．数据传输控制方式有哪几种？各有什么特点？ 【解答】数据传输控制方式有4种，即程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式、通道控制方式。 （1）程序直接控制方式。又称为“忙等”方式或“查询”方式。该方式在启动设备进行一次I/O操作前，要执行一个循环查询程序，反复查询外设状态，直至查得外设状态为“空闲”时为止。该方式的优点是控制简单，也不需要多少硬件支持，但CPU和外设只能串行工作，使CPU的利用率大大降低；CPU在一段时间内只能和一台外设交换数据信息，从而不能实现设备之间的并行工作；由于程序直接控制方式依靠测试设备的状态来控制数据传送，因此，无法发现和处理因设备或其他硬件所产生的错误。所以，程序直接控制方式只适合用于那些CPU执行速度较慢且外设较少的系统。 （2）中断控制方式。该方式在进行I/O时，CPU向控制器发出I/O命令后，由控制器控制外设操作，CPU转去执行其他任务，CPU与外设并行工作，当外设完成I/O操作后向CPU发送中断信号，CPU执行中断处理程序进行I/O的善后处理。该方式的优点是能实现CPU与设备以及设备与设备之间的并行操作，CPU利用率较程序直接控制方式大大提高；但由于I/O控制器的数据缓冲寄存器装满数据后将会发出中断，且数据缓冲寄存器通常较小，因此在一批数据传送过程中发生中断次数较多而耗去大量CPU时间；如果系统中配置的外设数目较多，且都以中断方式进行操作，则可以耗去大量的CPU时间或因CPU来不及处理而造成数据的丢失。 （3）DMA方式。该方式用于直接在内存和外设之间传送数据，不需经过CPU中转，一般用于内外存之间的数据传输，一次可以传输一个或多个数据块。与中断方式类似，DMA方式是在一批数据传送完成后中断CPU，从而大大减少了CPU进行中断处理的次数；但DMA方式仍有一定的局限，如对外设的管理和某些操作仍由CPU控制，多个DMA控制器的使用也不经济。 （4）通道控制方式。通道是一个专管输入/输出控制的处理机。在通道控制方式下，系统预先将控制I/O的过程实现为一段通道程序，置于内存的特定位置。CPU启动通道后，由通道执行通道程序控制外设进行I/O操作，CPU转去执行其他任务，I/O完成后通道向CPU发出中断信号，由CPU进行中断处理。与DMA方式相比，CPU对I/O过程的干预更少，因此CPU与外设的并行度更高；但是，通道价格较高，从经济的角度出发不能过多使用。

操作系统概论第5章 设备管理 习题及答案

操作系统概论第5章设备管理 一、单项选择题 1．磁盘是可共享的设备，因此每一时刻（）作业启动它。 A．可以有任意多个 B．能限定几个 C．至少能有一个 D．至多能有一个 2．启动磁盘后，对磁盘读／写信息的最小单位是（）。 A．逻辑记录 B．物理块 C．数据项 D．字符 3．用户程序中用（）来提出使用设备的要求可以提高设备分配的灵活性。 A．绝对号 B．相对号 C．设备类绝对号 D．设备类相对号 4．对移动臂磁盘来说，在执行信息传输时把移动臂移到指定柱面所花费的时间称（）时间。 A．寻找 B．延迟 C．传送

D．读／写 5．在磁盘执行信息传输操作所需花费的时间中，（）时间是与信息所在磁盘上的物理位置无关的。 A．传送 B．延迟 C．寻找 D．旋转 6．对磁盘进行移臂调度的目的是缩短（）时间。 A．启动 B．传送 C．延迟 D．寻找 7．对磁盘进行旋转调度的目的是缩短（）时间。 A．启动 B．传送 C．延迟 D．寻找 8．假定在磁盘格式化时把每个盘面划分成大小相等的10个扇区，磁盘的转速为20 毫秒／圈，则传送一块信息所需的时间为（）毫秒。 A．2 B．1 C．20

D．10 9．对磁盘进行移臂调度时，若采用（）调度算法则必须考虑移动臂的移动方向。 A．先来先服务 B．最短寻找时间优先 C．电梯 D．扫描 10．外围设备与主存储器之间的信息传输操作是由通道执行通道程序来完成的，通道程序是由若干（）组成的。 A．通道命令字 B．通道地址字 C．通道状态字 D．通道控制字 11．通道把通道程序的执行情况记录在（）中。 A．CAW B．CCW C．CSW D．PSW 12．通道完成一次输人输出操作后，以（）方式请求中央处理器进行干预。 A．条件码 B．I／O中断 C．转移指令 D．外部中断

第五章 设备管理

例题精讲自： 1、典型的高速设备有（）。 A、磁带机、磁盘机、光盘机 B、磁带机、磁盘机、键盘 C、式打印机、激光打印机、鼠标 D、键盘、鼠标、语音输入输出设备 2、下面的四个选项中，不属于设备管理的功能的是（）。 A、实现外围设备的启动 B、实现对磁盘的驱动调度 C、存储空间的分配与回收 D、处理外围设备的中断事件 3、（）是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的 命令，并去控制I/O设备工作，使处理器从繁杂的设备控制事务中解脱出来。 A、中断装置 B、通道 C、逻辑 D、设备控制器 4、设备与CPU之间数据传送控制方式有四种，下面的四个选项中 不属于这四种的是（）。 A、程序直接控制方式 B、设备控制方式 C、直接内存访问（DMA）方式 D、通道控制方式 5、根据使用方式，可将缓冲区设置成（）。 A、专用缓冲区和特殊缓冲区 B、单缓冲区和多缓冲区 C、专用缓冲区和通用缓冲区 D、多缓冲区和缓冲池 6、（）的基本含义是指应用程序独立于具体使用的物理设备。 A、设备独立性 B、逻辑设备表 C、物理设备表 D、设备共享性

7、下面关于独立设备和共享设备的说法中不正确的是（）。 A、打印机、扫描仪等属于独占设备 B、对独占设备往往采用静态分配方式 C、共享设备中的“同时使用”的含义指一个作业尚未撤离，另 一作业即可使用，但每一时刻仍只有一个作业启动磁盘，允 许它们交替启动 D、对共享设备往往采用静态分配方式 8、通道，按其传送数据的情况，分为三种类型：（） A、字节多路通道、字多路通道、数组多路通道 B、字多路通道、选择通道、数组多路通道 C、字节多路通道、字多路通道、选择通道 D、字节多路通道、选择通道、数组多路通道 9、通道程序是由一系列的（）构成的。 A、函数 B、通道命令 C、子程序 D、过程 10、下面四个选项中不属于SPOOLing系统的特点的是（）。 A、提高了内存的利用率 B、提高了I/O操作的速度 C、将独占设备改造为共享设备 D、实现了虚拟设备功能 填空题 1、逻辑设备是（）属性的表示，它并不指某个具体的设备，而是对应于一批设备。 2、操作系统对设备管理的功能包括对（）以及对系统与设备之间的缓冲协调。

第五章 设备管理作业答案

三、简答题 1、设备分为哪几种类型？ 答： ○1. 按操作特性分类：按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入/输出（I/O）设备。 ○2. 按信息交换的单位分类：按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。 ○3. 按传输速率分类：按这种方法可将外部设备分为低速设备、中速设备和高速设备。 2、数据传送有有哪几种方式？ 答： 数据传送控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式4种。 ○1程序直接控制方式就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。它的优点是控制简单，也不需要多少硬件支持。它的缺点是CPU和外围设备只能串行工作;设备之间只能串行工作,无法发现和处理由于设备或其他硬件所产生的错误。 ○2中断控制方式是利用向CPU发送中断的方式控制外围设备和CPU之间的数据传送。它的优点是大大提高了CPU的利用率且能支持多道程序和设备的并行操作。它的缺点是由于数据缓冲寄存器比较小，如果中断次数较多，仍然占用了大量CPU时间；在外围设备较多时，由于中断次数的急剧增加，可能造成CPU 无法响应中断而出现中断丢失的现象；如果外围设备速度比较快，可能会出现CPU来不及从数据缓冲寄存器中取走数据而丢失数据的情况。 ○3DMA方式是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路进行数据传送。它的优点是除了在数据块传送开始时需要CPU的启动指令，在整个数据块传送结束时需要发中断通知CPU进行中断处理之外，不需要CPU的频繁干涉。它的缺点是在外围设备越来越多的情况下，多个DMA控制器的同时使用，会引起内

存地址的冲突并使得控制过程进一步复杂化。 ○4通道方式是使用通道来控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。通道是一个独立与CPU的专管输入／输出控制的机构，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU 发中断信号。该方式的优点是进一步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行工作程度。缺点是增加了额外的硬件，造价昂贵 3、什么是缓冲？为什么要引入缓冲？ 答： ○1在现代操作系统中，几乎所有的I/O设备在与内存交换数据时，都使用了缓冲区，因为提高I/O速度和设备的利用率，在很大程度上都需要借助于缓冲技术来实现。缓冲区是指在I/O操作时用来临时存放输入/输出数据的一块存储区域。缓冲管理的主要功能是组织好这些缓冲区，并提供获得和释放缓冲区的手段。 ○2引入缓冲的主要目的有以下几点： （1）．缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾 （2）．减少对CPU的中断次数 （3）．提高CPU和I/O设备之间的并行性 4、什么是中断？中断的处理过程是怎样的？ 答： ○1中断是指在计算机执行期间，系统内发生了任何非寻常的，或非预期的继续处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序，而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后，又返回原来被中断处理继续执行或调度 新的进程执行的过程。 ○2中断处理过程如下： （1）唤醒被阻塞的驱动程序进程 （2）保护被中断进程的现场 （3）分析中断原因，转入相应的设备中断处理程序。

计算机操作系统第五章设备管理复习资料

第五章设备管理 （一）简答题 1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？ 解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。（2）减少中断CPU的次数。例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。 2、引入缓冲的主要原因是什么？P155 【解】 引入缓冲的主要原因是： ●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾； ●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制 ●提高CPU和I/O设备之间的并行性。 3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。 答：引入缓冲的主要原因： （1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。 （2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。 （3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。 4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。 解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上； 再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。

第五章 设备管理答案

第五章设备管理 一、单项选择题 1、在操作系统中，用户在使用I/O设备时，通常采用（B）。 A.物理设备名 B.逻辑设备名 C.虚拟设备名 D.设备牌号 2、操作系统中采用缓冲技术的目的是为了增强系统（D）的能力。 A.串行操作 B. 控制操作 C.重执操作 D.并行操作 3、操作系统采用缓冲技术，能够减少对CPU的（A）次数，从而提高资源的利用率。 A. 中断 B.访问 C. 控制 D. 依赖 4、CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用（C）。 A.并行技术 B.通道技术 C.缓冲技术 D.虚存技术 5、缓冲技术用于（C）。 A.提高主机和设备交换信息的速度 B 提供主、辅存接口C提高设备利用率D 扩充相对地址空间 6、通道是一种（C）。 A.I/O端口 B.数据通道 C.I/O专用处理机 D.软件工具 7、设备管理的主要程序之一是设备分配程序，当进程请求在内存和外设之间传送信息 时，设备分配程序分配设备的过程通常是（A）。 A、先分配设备，再分配控制器，最后分配通道 B、先分配控制器，再分配设备，最后分配通道 C、先分配通道，再分配设备，最后分配控制器 D、先分配通道，再分配控制器，最后分配设备 8、下列描述中，不是设备管理的功能的是（C）。 A．实现外围设备的分配与回收B．缓冲管理与地址转换C．实现按名存取D．实现I/O操作

9、用户编制的程序与实际使用的物理设备无关是由（D）功能实现的。 A．设备分配B．设备驱动C．虚拟设备D．设备独立性 10、SPOOLing技术利用于（B）。 A.外设概念 B.虚拟设备概念 C.磁带概念 D.存储概念 11、采用SPOOLing技术的目的是（A）。 A.提高独占设备的利用率 B.提高主机效率 C.减轻用户编程负担 D. 提高程序的运行速度 12、采用假脱机技术的目的是（A）。 A、提高外设和主机的利用率 B、提高内存和主机效率 C、减轻用户编程负担 D、 提高程序的运行速度 13、假脱机技术一般不适用于（C）。 A、分时系统 B、多道批处理系统 C、网络操作系统 D、 多处理机系统 14．虚拟设备是指( C)。A允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备 B．允许用户以标准化方式来使用物理设备 c．把共享设备模拟独占设备 D．允许用户程序不必全部装入主存便可使用系统中的设备 15．对存储型设备，输入输出操作的信息是以(D)为单位传输的。 A．位B．字节C．字D．块 16.使用户编制的程序与实际使用的物理设备无关是由( D)功能实现的。A.设备分配 B.设备驱动 c.虚拟设备 D.设备独立性 17．启动磁盘执行—次输入输出操作时，(C)是硬件设计时就固定的。 A寻道时间B．启动时间 c．传送时间 D．一次I／O操作的总时间 18．操作系统设置( A)，用来记录计算机系统所配置的独占设备类型、台数和分配情 况 A．设备分配表 B．设备类表 c设备表 D．设备控制表 19．设备的独立性是指(B)。 A．设备具有独立执行I／O功能的一种特性 B．用户程序使用的设备与实际使用哪台设备无关的一种特性 c能独立实现设备共享的一种特性D．设备驱动程序独立于具体使用的物理设备的一种特性 20．(C )总是从移动臂当前位置开始沿着臂的移动方向去选择离当前移动臂最近的那 个柱面的访问者，若沿臂的移动方向无请求访问时，就改变臂的移动方向再选择。 A．先来先服务调度算法B．最短寻找时间优先调度算法 c．电梯调度算法D．单向扫描调

操作系统概论第5章设备管理习题及答案

一、单项选择题 1．磁盘是可共享的设备，因此每一时刻（）作业启动它。 A．可以有任意多个 B．能限定几个 C．至少能有一个 D．至多能有一个 2．启动磁盘后，对磁盘读／写信息的最小单位是（）。 A．逻辑记录 B．物理块 C．数据项 D．字符 3．用户程序中用（）来提出使用设备的要求可以提高设备分配的灵活性。 A．绝对号 B．相对号 C．设备类绝对号 D．设备类相对号 4．对移动臂磁盘来说，在执行信息传输时把移动臂移到指定柱面所花费的时间称（）时间。 A．寻找 B．延迟 C．传送 D．读／写 5．在磁盘执行信息传输操作所需花费的时间中，（）时间是与信息所在磁盘上的物理位置无关的。 A．传送 B．延迟 C．寻找 D．旋转 6．对磁盘进行移臂调度的目的是缩短（）时间。 A．启动 B．传送 C．延迟 D．寻找 7．对磁盘进行旋转调度的目的是缩短（）时间。 A．启动 B．传送 C．延迟

D．寻找 8．假定在磁盘格式化时把每个盘面划分成大小相等的10个扇区，磁盘的转速为20 毫秒／圈，则传送一块信息所需的时间为（）毫秒。 A．2 B．1 C．20 D．10 9．对磁盘进行移臂调度时，若采用（）调度算法则必须考虑移动臂的移动方向。 A．先来先服务 B．最短寻找时间优先 C．电梯 D．扫描 10．外围设备与主存储器之间的信息传输操作是由通道执行通道程序来完成的，通道程序是由若干（）组成的。 A．通道命令字 B．通道地址字 C．通道状态字 D．通道控制字 11．通道把通道程序的执行情况记录在（）中。 A．CAW B．CCW C．CSW D．PSW 12．通道完成一次输人输出操作后，以（）方式请求中央处理器进行干预。 A．条件码 B．I／O中断 C．转移指令 D．外部中断 13．启动外围设备之前应根据用户要求组织好通道程序，通道程序应由（）来组织。 A．编译系统 B．应用程序 C．操作系统 D．服务程序 14．通道程序是由操作系统（）生成的。 A．根据源程序中的读／写语句 B．为用户分配设备时 C．把被选中的作业装人主存时

第五章-设备管理

第9章习题 1．选择题 （1）以下关于I/O设备的中断控制方式，说法正确的是。 A．CPU对I/O设备直接进行控制，采取忙等待方式 B．仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预 C．CPU委托专用的I/O处理机来实现I/O设备与内存之间的信息交换 D．在传输过程中，CPU与I/O设备处于并行工作状态，只是当传输结束时，才由控制器向CPU发送中断信号 （2）通道是一种。 A．保存I/O信息的部件B．传输信息的电子线路 C．通用处理机D．专用处理机 （3）CPU对通道的请求形式是。 A．自陷B．通道命令C．中断D．转移命令（4）缓冲有硬件缓冲和软件缓冲之分，硬件缓冲使用专用的寄存器作为缓冲器。软件缓冲使用作为缓冲区。 A．在内存中划出的单元B．专用的寄存器 C．在外存中划出的单元D．高速缓冲区 （5）以下不是I/O控制中DMA控制方式的特点的是。 A．进行成批的数据传送交换B．用专门的I/O处理机 C．传送开始和结束时需要CPU干预D．采用盗窃总线控制权方式（6）使用户编制的程序与实际使用的物理设备无关是由功能实现的。 A．设备分配 B．设备驱动C．虚拟设备D．设备独立性（7）SPOOLing技术利用了。 A．外设概念 B．虚拟设备概念C．磁带概念D．存储概念（8）磁盘输入/输出操作中，需要做的工作可以不包括。 A．移动磁臂使磁头移动到指定的柱面 B．确定磁盘的容量 C．旋转磁盘使指定的扇区处于磁头位置下 D．让指定的磁头读写信息，完成信息传送操作 （9）执行一次磁盘输入/输出操作所花费的时间包括。 A．寻道时间、延迟时间、传送时间和等待时间 B．寻道时间、等待时间、传送时间 C．等待时间、寻道时间、延迟时间和读写时间 D．寻道时间、延迟时间、传送时间 （10）在磁盘调度算法中，算法可能导致某些访问请求长时间得不到服务，从而造成饥饿现象。 A．FCFS B．SSTF C．SCAN D．CSCAN （11）如果有多个中断同时发生，系统将根据中断优先级响应优先级最高的中断请求。若要调整中断事件的响应次序，可以利用。 A．中断向量B．中断嵌套C．中断响应D．中断屏蔽2．填空题 （1）I/O设备按传输速率分类，可分为、和等3种；按信

操作系统第五章答案

第五章设备管理 1、试说明设备控制器的组成。P163 答： 设备控制器的组成由设置控制器与处理机的接口；设备控制器与设备的接口；I/O逻辑。 2、为了实现CPU与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？P162-P163答： 基本功能： 接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备的状态；地址识别；数据缓冲；差错控制。 3、什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？P164- P165答： 1、"字节多路通道： 这是一种按字节交叉方式工作的通道。它通常都含有许多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每个子通道连接一台I/O设备，并控制该设备的I/O操作。这些子通道按时间片轮转方式共享主通道。只要字节多路通道扫描每个子通道的速率足够快，而连接到子通道上的设备的速率不是太高时，便不致丢失信息。 2、"数组选择通道： 字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方式进行数据传送的数组选择通道的形成。 3、"数组多路通道： 数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许一个设备数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道（设

备）分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很多高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。 4、如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？P166 答： 解决“瓶颈”问题的最有效的方法，便是增加设备到主机间的通路而不增加通道，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。 多通路方式不仅解决了“瓶颈”问题。而且提高了系统的可靠性，因为个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。 5、试对VESA及PCI两种总线进行比较。P167 答： 1、"VESA该总线的设计思想是以低价位迅速点领市场。VESA总线的带宽为32位，最高传输速率为132Mb/s。VESA总线仍存在较严重的缺点，它所能连接的设备数仅为2—4台，在控制器中无缓冲，故难于适应处理器速度的不断提高，也不能支持后来出现的Pentium微机。 2、"PC随着Pentium系列芯片的推出，PCI在CPU和外设间插入一复杂的管理层，用于协调数据传输和提供一致的接口。在管理层中配有数据缓冲，通过该缓冲可将线路的驱动能力放大，使PCI最多能支持10种外设，并使高时钟频率的CPU能很好地运行，最大传输速率可达132Mb/s。 PCI即可连接IS A、EISA等传统型总线，又可支持Pentium的64位系统，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。 6、试说明推动I/O控制发展的主要因素是什么？P167 答：

第五章习题及答案..

第五章设备管理 1．试说明设备控制器的组成。 答：由设备控制器与处理机的接口，设备控制器与设备的接口与I/O逻辑组成。 2．为了实现CPU与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？ 答：接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备状态；地址识别；数据缓冲；差错控制。 3．什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？ 答：（1）字节多路通道。按字节交叉方式工作的通道。通常含有许多非分配型子通道，数量从几十到数百个，每个子通道连接一台I/O 设备，控制其I/O 操作。子通道按时间片轮转方式共享主通道。 （2）数组选择通道。按数组方式传送数据，传输速率很高，每次只允许一个设备数据。 （3）数组多路通道。将数组选择通道传输速率高和字节多路通道的各子通道分时并行操作的优点结合而成。含有多个非分配型子通道，具有很高的数据传输率和通道利用率。 4．如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？ 答：解决问题的有效方法是增加设备到主机间的通路而不增加通道，把一个设备连到多个控制器上，控制器又连到多个通道上，这种多通路方式解决了“瓶颈”问题，提高了系统可靠性，个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。 5．试对VESA 及PCI两种总线进行比较。 答：VESA总线的设计思想是以低价占领市场。总线带宽32位，最高传输速率132Mb/s。广泛用于486微机。缺点是能连接的设备数仅为2~4 台，控制器中无缓冲，难于适应处理器速度的提高，不支持Pentium机。 PCI总线在CPU和外设间插入了复杂的管理层，协调数据传输和提供一致接口。管理层中配有数据缓冲，放大了线路的驱动能力，最多支持10种外设，支持高时钟频率的CPU运

操作系统第5章_设备管理习题

第六章设备管理习题及答案 一、填空题 1．磁带是一种①的设备，它最适合的存取方法是②。磁盘是一种③的设备，磁盘在转动时经过读／写磁头所形成的圆形轨迹称为④。 【答案】①顺序存取，②顺序存取，③直接存取，④磁道（或柱面） 【解析】顺序存取的设备只有在前面的物理块被存取访问过之后，才能存取后续物理块的内容。如果按随机方式或按键存取方式存取磁带上的文件信息的话，其效率反而会更低，所以顺序存取方法更能发挥磁带这种设备的效率。磁盘设备是一种典型的直接存取设备，它允许文件系统直接存取磁盘上的任意物理块。 2．从资源分配的角度看，可以把设备分为①设备和②设备；打印机是一种典型的③设备，而磁盘是一种④设备。 【答案】①独享，②共享，③独享，④共享 【解析】独享设备：为了保证传递信息的连贯性，通常这类设备一经分配给某个作业，就在作业整个运行期间都为它独占。多数的低速设备都属于独享设备。 共享设备：是指允许若干个用户同时共享使用的设备。 3．虚拟设备是通过①技术，把②变成能为若干用户③的设备。 【答案】①SPOOLING，②独享，③共享 【解析】虚拟设备的提出是为了把原为独享的设备改造成便于共享的设备，以提高设备的利用率。这种改造就是通过SPOOLING技术来实现的。SPOOLING可以译为外围设备同时联机操作的意思。 4．UNIX系统中，所有的输入／输出设备都被看成是①。它们在使用形式上与②相同，但它们的使用是和设备管理程序紧密相连的。 【答案】①特殊文件，②普通文件 【解析】在一些操作系统中，常常把设备也看成是文件。这样的好处是：用户可以用统一的观点去使用设备，并处理存放在设备上的信息。从这个意义上来说，文件系统在用户和外设之间提供了一个接口。 5．系统中，象键盘、终端、打印机等以①为单位组织和处理信息的设备称为②；而磁盘、磁带等以③为单位组织和处理信息的设备称为④。 【答案】①字符，②字符设备，③块，④块设备 6．一个进程只有获得了①、②和所需设备三者之后，才具备了进行I／O操作的物质条件。 【答案】①通道，②控制器 7．设备分配应保证设备有高的利用率并应注意避免。 【答案】死锁问题 【解析】设备分配的总原则是要充分发挥设备的使用效率，尽可能地让设备忙，而同时又要避免由于不合理的分配方法造成进程死锁。因为进程发生死锁将使得进程中的进程处于无休止的相互等待状态，使系统的效率下降。 8．通道是一个独立于CPU、专门负责①，它控制②与内存之间的信息交换（传输）。 【答案】①输入／输出的处理机，②外设或外存 【解析】通道是一个独立于CPU的专管输入和输出控制的处理机，它有自己的通道指令，以驱动外设进行读写操作。不过这些指令需要CPU执行相应的“启动通道”指令来启动信号之后才开始执行，并在操作结束时向CPU发中断信号。 9．缓冲区可分为①、②、③和④。 【答案】①单缓冲区、②双缓冲区、③多缓冲区、④缓冲池 【解析】单缓冲是在设备和处理机之间设置一个缓冲区。设备和处理机交换数据时，先把被交换的数据写入缓冲区，然后，需要数据的设备或处理机从缓冲区取走数据。 双缓冲区是一种能够实现设备和设备、CPU和设备并行操作的简单模型，当其中一个缓冲区数据装满后，可向另一个缓冲区写入数据，同时前一个缓冲区可被访问。 多缓冲区是把多个缓冲区连接起来组成两部分，一部分专门用于输入，另一部分专门用于输出的缓冲结构。 缓冲他是把多个缓冲区连接起来统一管理，既可用于输入，又可用于输出的缓冲结构。 10．对磁盘上一物理块信息的访问要经过：①、②、③三个过程。 【答案】①寻找时间、②延迟时间、③传送时间 【解析】对移动臂磁盘的存取访问一般要经过三部分时间：首先要将磁头移动至相应的柱面上，这个时间叫做寻找时间；一旦磁头到达指定柱面，等待所访问的扇区旋转到读／写头下，叫延迟时间；实际传送所需时间叫传送时间。一次磁盘访问的时间就是以上三者之和，其中“寻找时间”所花费的时间最长。 二、单项选择题 1．通道是一种。 （A）保存I／O信息的部件（B）传输信息的电子线路（C）通用处理机（D）专用处理机【答案】（D） 【解析】通道是独立于CPU的专门管理输入／输出控制的处理机。