《操作系统》习题集：第5章 输入输出管理

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。

第5章输入输出管理-习题集一、选择题1.（）是直接存取的存储设备【＊，联考】A. 磁盘B. 磁带C. 打印机D. 键盘显示终端2.在中断处理中，输入/输出中断是指（）。

【＊，★，联考】Ⅰ. 设备出错Ⅱ. 数据传输结束A. ⅠB. ⅡC. Ⅰ和ⅡD. 都不是3.用户程序发出磁盘I/O请求后，系统的正确处理流程是（）。

【＊＊，★，11考研】A. 用户程序→系统调用处理程序→中断处理程序→设备驱动程序B. 用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序C. 用户程序→设备驱动程序→系统调用处理程序→中断处理程序D. 用户程序→设备驱动程序→中断处理程序→系统调用处理程序4.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（）。

【＊，★，联考】A. 程序查询B. 中断方式C. DMA方式D. 无条件存取方式5.在操作系统中，（）指的是一种硬件机制。

【＊，联考】A. 通道技术B. 缓冲池C. SPOOLing技术D. 内存覆盖技术6.通道又称I/O处理机，它用于实现（）之间的信息传输。

【＊，联考】A. 内存与I/O设备B. CPU与I/O设备C. 内存与外存D. CPU与外存7.通道程序是（）。

【＊，联考】A. 由一系列机器指令组成B. 由一系列通道指令组成C. 可以由高级语言编写D. 就是通道控制器8.在以下I/O控制方式中，需要CPU干预最少的是（）。

【＊，★，联考】A. 程序I/O方式B. 中断控制方式C. DMA控制方式D. 通道控制方式9.与设备相关的中断处理过程是由（）完成的。

【＊＊，★，联考】A. 用户层I/OB. 设备无关的操作系统软件C. 中断处理D. 设备驱动程序10.（与题“3”同）11.本地用户通过键盘登录系统时，首先获得键盘输入信息的程序是（）。

【＊＊，★，10考研】A. 命令解释程序B. 中断处理程序C. 系统调用程序D. 用户登录程序12.一个计算机系统配置了2台同类绘图机和3台同类打印机。

操作系统中的输入输出管理在计算机系统中，操作系统对于输入输出（Input/Output，简称I/O）的管理起着至关重要的作用。

输入输出管理是操作系统的一个重要组成部分，负责管理计算机系统与外部设备之间的数据传输和通信。

本文将从输入输出的概念、输入输出的分类、输入输出的特点和输入输出的管理策略等方面进行探讨。

1. 输入输出的概念输入是指从外部设备向计算机系统传送数据或控制信息的过程，包括键盘输入、鼠标输入、外部设备输入等。

输出是指计算机系统将数据或者处理结果传送到外部设备，供人类用户观察或作为其他处理的依据。

输入输出是计算机系统与外部世界进行信息交互的接口，是计算机系统完成各种任务的重要途径。

2. 输入输出的分类输入输出可以按照数据单位的不同进行分类。

根据数据单位的不同，可以将输入输出分为字符设备I/O和块设备I/O。

字符设备I/O是以字符为单位进行输入输出，常见的字符设备有键盘、鼠标、打印机等。

块设备I/O是以固定大小的数据块为单位进行输入输出，常见的块设备有硬盘、U盘等。

3. 输入输出的特点输入输出具有以下几个特点：（1）低速性：相对于计算机内部操作来说，外部设备的传输速度较慢，所以输入输出速度的提高一直是操作系统设计的挑战之一。

（2）大容量性：外部设备通常具有较大的容量，例如硬盘的容量可以达到TB级别，所以输入输出往往需要大量的数据传输。

（3）异步性：计算机与外部设备交互的过程中，计算机的处理速度与外部设备的输入输出速度不一致，需要通过中断机制来处理这种异步性。

（4）设备独立性：操作系统需要提供统一的接口，使得应用程序可以方便地进行输入输出操作，而不需要关心具体的外部设备的细节。

4. 输入输出的管理策略输入输出的管理策略涉及到许多方面，包括缓冲管理、设备分配、设备调度等。

下面简要介绍几种常见的输入输出管理策略：（1）缓冲管理：为了提高输入输出的效率，操作系统通常采用缓冲技术，将输入输出的数据先放入缓冲区中，再进行实际的传输。

习题集 - 5 - 输入输出1. 为了便于上层软件的编制，设备通常需要提供是__________A. 控制寄存器、状态寄存器和控制命令B. I/O地址寄存器、工作方式状态寄存器和控制命令C. 中断寄存器、控制寄存器和控制命令D. 控制寄存器、编程空间和控制逻辑寄存器解：A。

中断寄存器位于计算机主机；不存在I/O地址寄存器；编程空间一般是由体系结构和操作系统决定的。

2. 程序直接控制I/O方式具有的特点是__________A. 比DMA方式的效率低B. 具有较好的自然性和易于理解性C. 控制软件易于编写D. 便于实现异步的通信解：B。

3. DMA I/O控制方式的特点是__________A. 设备与主机的并行执行B. I/O批量数据的交换会大量浪费CPU时间C. 控制软件易于编写D. 简化了设备的设计解：A。

4. Memory-Mapped I/O方式相对于I/O端口方式存在哪些优点？解：(1) 不需要特殊的指令支持。

Memory-Mapped I/O通过一般的访存指令访问设备控制寄存器，而I/O端口方式则需要类似于IN/OUT形式的访问指令，这些指令一般在C和C++等高级语言中无法实现；(2) 无需特殊的保护机制隔离用户进程和I/O；(3) 所有访问存储器的指令均可以访问控制寄存器，便于系统性能优化。

注：(1) I/O端口方式中，计算机系统使用了一个专门的I/O空间，对设备控制寄存器进行编址，而对I/O空间的访问需要使用特殊的机器指令。

例如：IN R0,4指令是指将I/O空间的控制寄存器4的内容读入CPU寄存器R0。

(2) 在Memory-Mapped I/O方式中，计算机系统专门使用一段特殊的地址来编址设备控制寄存器，对这些特殊地址的访问就是对设备控制寄存器的访问。

(3) Memory-Mapped I/O方式的缺点：现代计算机CPU都会对存储进行缓存，按时缓存设备控制寄存器内容是灾难性的。

◆◆◆◆调度概念、高速缓存与缓冲区、设备分配与回收、假脱机◆◆◆◆◆/数据缓冲等◆◆◆通道是一种特殊的处理机。

它具有执行I/O指令的能操作。

但I/O通道又与一般◆一是其指令类型单一，这是由于通道硬件比较简单，其所能操作有关的指令；再就是通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是放在主机的内存中的，换言示例◆管理中，系统管理软件分为四层，它们是中断◆设备驱动层；设备独立层；缓冲层；DMA控制层；◆的概念◆◆◆◆◆使用逻辑设备名称来请求使用某类设备◆◆◆示例◆）层完成的◆◆与设备无关的I/O层◆◆示例◆为一个磁盘读操作计算磁道、扇区、磁头的工作是在I/O软件的◆◆◆设备驱动程序◆◆◆◆◆◆D eviceC ontrol T ableS ystem D evice T ableD evice C ontrol T ableCO ntroller C ontrol T able CH annel C ontrol T ableHardware选择◆设备时，通常使用的设备标识是◆A．逻辑设备名◆◆◆选择◆本地用户通过键盘登录系统时，首先获得的键盘输入信息的程◆◆B．中断处理程序◆◆◆◆◆中断响应时间的限制◆选择在系统内存中设置磁盘缓冲区的主要目的是A．减少磁盘I/O次数◆◆独享设备；共享设备；虚拟设备◆先来先服务；优先级高者优先◆◆◆设备低速性间的矛盾而引入了脱机◆输出功能◆对数据的处理同时进行◆I/O系统Simultaneous Peripheral Operation On Line◆◆◆◆示例◆◆假脱机；独享；示例◆◆◆◆◆可以在一个进程没有退出时为另一个进程服务，但是在某一个时刻只能为一个用户服务选择技术的叙述中，错误的是D．由用户作业控制设备与输入/输出井之间的数据传送。

操作系统习题集之设备管理来源：北大的MSE：有关计算机的一些辅导资料日期：2010-12-5第5章输入输出设备第6章管理学习重点：（1）设备管理的任务和功能。

（2）设备分类和使用特点：按输入输出传送方式分为字符型设备和块设备；按资源特点分为独享设备、共享设备和虚拟设备；按设备硬件物理特性分为顺序存取设备、直接存取设备；按设备使用分为物理设备、逻辑设备和伪设备。

（3）设备I/O方式：询问、中断和通道技术。

（4）设备分配技术和管理：设备分配算法按先来先服务和优先级队列。

（5）缓冲技术：单缓冲、双缓冲、多缓冲和缓冲池等。

（6）虚拟设备的技术（SPOOLing技术）：共享打印机实例。

（7）设备处理程序的功能。

（8）设备处理程序特点和编制内容（设备标题、数据存储和局部过程、策略过程、中断过程、命令处理子程序）。

教学要求：（1）理解设备管理的任务和功能。

（2）熟练掌握设备分类及其特点，设备的I/O方式。

（3）了解外部设备的安装。

（4）掌握输入输出设备的分类设计方法。

（5）理解使用缓冲技术的目的和缓冲区的设置方式。

（6）了解SPOOLing系统的功能和实现思想。

（7）了解输入输出设备处理程序的编程要点。

（8）了解I/O控制过程。

习题1、从资源分配的角度看，可以把设备分为独占设备和共享设备。

打印机属于独占设备，而磁盘属于共享设备。

2、虚拟设备是通过SPOOLing技术把独占设备变成能为若干用户共享的设备。

3、通道是一个独立于CPU的专管输入输出的处理机，它控制外设或外存与内存之间的信息交换。

4、缓冲区的设置可分为单缓冲，双缓冲，多缓冲和缓冲池。

5、在UNIX系统中，键盘、终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备称为字符设备；而磁盘、磁带等以块为单位组织和处理信息的设备称为块设备。

6、在多道程序环境中，用户程序的相对地址与装入内存后的实际物理地址不同，把相对地址转换为物理地址，这是操作系统的地址重地位功能。

操作系统章节题库第5章输入输出管理一、单项选择题1．操作系统中设备管理的功能主要包括：实现物理输入/输出操作、设备分配和（）。

A．安装设备B．维护设备C．缓冲区管理D．设备调度【答案】C【解析】操作系统设备管理的功能主要有：输入输出、设备分配和缓冲管理。

其中，缓冲管理是管理好各种类型的缓冲区，协调各类设备的工作速度，提高系统的使用效率。

它通过单缓冲区、双缓冲区或缓冲池等机制来实现。

2．从下面关于虚拟设备的论述中，选择一条正确的论述（）。

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．虚拟设备是指允许用户以标准化方式来使用物理设备C．虚拟设备是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便可使用系统中的设备【答案】C【解析】通过虚拟技术将一台独占设备虚拟成多台逻辑设备，供多个用户进程同时使用，通常把这种经过虚拟的设备称为虚拟设备。

3．通过硬件和软件的功能扩充，把原来独占的设备改造成若干用户共享的设备，这种设备称为（）。

A．系统设备B．存储设备C．用户设备D．虚拟设备【答案】D【解析】虚拟设备就是通过是用虚拟技术将一台物理设备变为多台逻辑设备的设备。

常见的有Spooling技术，利用此技术可以将独占设备转换为共享设备。

4．下面关于设备属性的论述中，正确的是（）。

A．字符设备的基本特征是可寻址到字节，即能指定输入的源地址或输出的目标地址B．共享设备必须是可寻址和可随机访问的设备C．共享设备是同一时间内允许多个进程同时访问的设备D．在分配共享设备和独占设备时都可能引起进程死锁【答案】B【解析】可寻址是块设备的基本特征。

共享设备是指一段时间内允许多个进程同时访问的设备，在同一时间内，即对某一时刻共享设备仍然只允许一个进程访问。

分配共享设备是不会引起进程死锁的。

5．程序员利用系统调用打开I/O设备时，通常使用的设备标识是（）。

A．逻辑设备名B．物理设备名C．主设备号D．从设备号【答案】A【解析】程序员所看到的是设备的逻辑设备名。

操作系统-----第5章复习题一、选择题1、Spooling技术提高了（ A ）利用率。

A 独占设备B 共享设备C 文件D 主存储器2、在下面的I/O控制方式中，需要CPU干预最少的方式是（D ）。

A 程序中断方式B 中断驱动I/O控制方式C 直接存储器访问DMA控制方式D I/O通道控制方式3、利用通道实现了（Ｃ）之间数据的快速传输。

A CPU和外设B 内存和CPU Ｃ内存和外设Ｄ外设和外设4、设备驱动程序是系统提供的一种通道程序，它专门用于在请求I/O的进程与设备控制器之间传输信息。

下面的选项中不是设备驱动程序功能的是（ C ）。

A 检查用户I/O请求的合法性。

B 及时响应由控制器或由通道发来的中断请求。

C 控制I/O设备的I/O操作。

D了解I/O设备的状态，传送有关参数，设置设备的工作方式。

5、下表中列出的是一段简单的通道程序（内含6条指令），在下面的各个选项中叙述不正确B 这些指令涉及的数据内存地址有相邻接的地方。

C 该段通道程序共处理了5条记录。

D 单记录最大为230个字节。

6、基本的I/O设备处理进程一般处于（ C ）状态。

A 就绪B 执行C 阻塞D 死锁7、缓冲技术的缓冲池在（ A ）中。

A 内存B 外存C ROMD 寄存器8、通过硬件和软件的功能扩充，把原来独占的设备改造成能为若个用户共享的设备，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9、为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用（ A ）结构的缓冲技术。

A 缓冲池B 循环缓冲C 单缓冲D 双缓冲10、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11、在采用SPOOLING系统中，用户的打印结果首先被送到（ A ）。

A 磁盘固定区域B 内存固定区域C 终端D 打印机12、设备管理程序对设备的管理是借助于一些数据结构来进行的，下面的（ A ）不属于设备管理数据结构。

操作系统对输入输出设备的管理操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责管理和控制计算机系统的各个组成部分。

其中，对输入输出设备的管理是操作系统的重要任务之一，它涉及到如何使计算机与外部设备进行有效的数据交换和信息传输。

本文将从几个方面介绍操作系统对输入输出设备的管理。

一、输入输出设备的分类根据数据的传送方向和数据的特点，输入输出设备可以分为输入设备和输出设备。

输入设备用于向计算机系统输入数据和命令，常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备用于将计算机处理后的结果输出到外部，常见的输出设备包括显示器、打印机、音响等。

二、输入输出设备的工作原理输入设备一般采用中断方式，也就是说，当用户操作输入设备时，设备会向操作系统发出一个中断信号，操作系统通过中断处理程序响应，并将输入设备的数据读入到内存中。

输出设备则采用轮询方式，操作系统会定时查询输出设备的状态，如果有输出任务，则将数据从内存中发送给输出设备。

三、操作系统对输入设备的管理操作系统负责输入设备的驱动程序管理、输入设备的中断处理和输入缓冲区的管理。

1. 驱动程序管理：驱动程序是操作系统与具体输入设备之间的接口，它向操作系统提供了与设备通信的方法。

操作系统通过管理和维护输入设备的驱动程序库，实现对不同类型输入设备的支持。

2. 中断处理：当输入设备产生中断信号时，操作系统会通过中断处理程序响应，中断处理程序会根据中断类型执行相应的操作。

例如，当用户按下键盘上的某个按键时，操作系统会检测到中断信号，并将中断类型标识为键盘输入，然后将按键的数据读取到内存中。

3. 输入缓冲区的管理：为了提高计算机对输入设备的响应速度，操作系统通常会设置输入缓冲区，用于存储输入设备的数据。

输入缓冲区可以是一个队列或者一个缓冲池，通过缓冲区管理算法，操作系统可以实现对输入数据的有序管理和预处理。

四、操作系统对输出设备的管理操作系统对输出设备的管理主要包括输出队列管理、输出缓冲区管理和输出设备控制。

操作系统概论第5章设备管理、单项选择题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（间。

A. 寻找?B.延迟? 1磁盘是可共享的设备，因此每一时刻（ ）作业启动它。

2.启动磁盘后，对磁盘读/写信息的最小单位是（ ）。

）时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，（置无关的。

）时间是与信息所在磁盘上的物理位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&假定在磁盘格式化时把每个盘面划分成大小相等的 /圈，则10个扇区，磁盘的转速为20毫秒传送一块信息所需的时间为（）毫秒。

A. 2?B. 1?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。

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 .条件码?B. 1/O 中断?C 转移指令?c. 20?D . 109. A . 先来先服务?B. 最短寻找时间优先C. 电梯?D . 扫描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. CCWC. CSW ?D . PSW12.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。

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。

第五章输入/输出习题1.芯片技术的进展已经使得将整个控制器包括所有总线访问逻辑放在一个便宜的芯片上成为可能。

这对于图1-5的模型具有什么影响？答：（题目有问题，应该是图1-6）在此图中，一个控制器有两个设备。

单个控制器可以有多个设备就无需每个设备都有一个控制器。

如果控制器变得几乎是自由的，那么只需把控制器做入设备本身就行了。

这种设计同样也可以并行多个传输，因而也获得较好的性能。

2.已知图5-1列出的速度，是否可能以全速从一台扫描仪扫描文档并且通过802.1lg网络对其进行传输请解释你的答案。

答：太简单了。

扫描仪最高速率为400KB/Sec，而总线程和磁盘都为16.7MB/sec，因此磁盘和总线都无法饱和。

3.图5-3b显示了即使在存在单独的总线用于内存和用于I/O设备的情况下使用内存映射I/O的一种方法，也就是说，首先尝试内存总线，如果失败则尝试I/O 总线。

一名聪明的计算机科学专业的学生想出了一个改进办法：并行地尝试两个总线，以加快访问I/O设备的过程。

你认为这个想法如何？答：这不是一个好主意。

内存总线肯定比I/O总线快。

一般的内存请求总是内存总线先完成，而I/O总线仍然忙碌。

如果CPU要一直等待I/O总线完成，那就是将内存的性能降低为I/O总线的水平。

4.假设一个系统使用DMA将数据从磁盘控制器传送到内存。

进一步假设平均花费t2ns获得总线，并且花费t1ns在总线上传送一个字（t1>>t2）。

在CPU对DMA控制器进行编程之后，如果（a）采用一次一字模式，（b）采用突发模式，从磁盘控制器到内存传送1000个字需要多少时间？假设向磁盘控制器发送命令需要获取总线以传输一个字，并且应答传输也需要获取总线以传输一个字。

答：（a）1000×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)]；第一个(t1+t2)是获取总线并将命令发送到磁盘控制器，第二个(t1+t2)是用于传输字，第三个(t1+t2)是为了确认。