第7章输入输出系统

第7章输入/输出与中断一、自测练习题㈠选择题1．一微机系统有10根地址线用于I／O端口寻址，因而具有I／O空间的范围是( )字节。

A) 1024 B) 10K C) 0.5M D) 1M2．8086CPU读／写一次存储器或I／O端口所需的时间称为一个( )。

A) 总线周期 B) 指令周期 C) 时钟周期 D) 基本指令执行时间3．微型计算机的输入／输出有三种不同的控制方法，其中以( )控制的输入／输出是微机进行I／O的一种最主要的控制方式。

A) 程序控制 B) 中断控制C) DMA控制D) 以上均可4．程序查询I／O方式的工作流程是按( )的次序完成一个字符的传输。

A) 写数据端口，读／写控制端口B) 读状态端口，读／写数据端口C) 写控制端口，读状态端口，写数据端口D) 随I／O接口的具体要求而定5．在CPU与外设的I／O传送控制方式中，效率高、实时性强的方式是( )。

A) 同步传送 B) 查询传送 C) 无条件传送 D) 中断传送6．在CPU与外设的I／O传送控制方式中，传送速度最快的方式是( )。

A) 无条件传送 B) 查询传送 C) 中断传送 D) DMA传递7．用具有两个状态(“0”和“1”态)的一组开关作简单输入设备时，应采用( )传送方式来输入信息。

A) 无条件B) 查询C) 中断D) DMA8．用一组发光二极管作为简单输出设备时，应采用( )传送方式来输出信息。

A) DMA B) 无条件C) 查询D) 中断9．在微机系统中引入中断技术，可以( )。

A) 提高外设速度B) 减轻主存负担C) 提高处理器的效率D) 增加信息交换的精度10．CPU响应中断请求的时刻是在( )。

A) 执行完成正在执行的程序以后 B) 执行完正在执行的指令以后C) 执行完本时钟周期以后D)执行完正在执行的机器周期以后11．8086／8088CPU向应两个硬中断INTR和NMI时，相同的必要条件是( )。

A) 允许中断B) 当前I／O操作执行结束C) 总线空闲D) 当前访问内存操作结束12．在微型计算机系统中，高速外设与内存储器进行批量数据传送时，应采用( )。

计算机四级操作系统-7-IO设备管理第7章I/O设备管理设备管理是操作系统的主要功能之⼀，它负责管理所有输⼈输出设备以完成期望的数据传设备管理可能是操作系统设计中最凌乱的部分，这主要是由于计算机系统中存在着⼤量的输⼊/输出设备，其性能和应⽤特点可能完全不同。

所以要建⽴⼀个通⽤的、⼀致的设备访问接⼝，使⽤户和应⽤程序开发⼈员能够⽅便地使⽤输⼊/输出设备，⽽⽆须关⼼每种设备各⾃的特性，这正是设备管理的主要⽬的。

本章⾸先讲述设备管理的基本概念，然后讨论I/O硬件组成、I/O软件结构、设备管理的相关技术，最后阐述I/O性能问题及解决⽅案。

7.1设备与设备分类输⼊/输出设备（I/O设备）也称为外部设备（Peripheral Device），有时简称为设备或外设，包括计算机系统中除CPU和内存储器以外的所有的设备和装置，还包括所有外部存储设备。

在不同的上下⽂中，I/O设备⼀词有⼴义和狭义两种含义，⼴义的I/O设备即上述定义，狭义的I/O设备不包括外存设备。

可见，计算机系统中外部设备⾮常多，并且这些设备在功能、速度和控制⽅式等⽅⾯都有较⼤的差异，本节将讨论这些问题。

7.1.1设备管理的重要性为了理解操作系统中设备管理的重要性，⾸先要了解I/O设备在计算机系统中所起的作⽤。

如果说处理器和内存是计算机系统的⼤脑部分的话，那么I/O设备就是计算机系统的五官和四肢。

各种需要处理的信息和操作⼈员对计算机系统的操作命令，都要通过输⼊设备进⼊计算机系统，处理后的信息和结果也要通过输出设备从计算机系统输出。

计算机系统中的I/O设备种类繁多，从简单的键盘到⿏标、打印机、图形显⽰终端、磁盘驱动器以⾄于⽹络设备，变化万千，造就计算机应⽤的多样性和普及性。

可以说没有I/O设备，就没有计算机的应⽤。

然⽽，正如⼈们已经认识到的，操作系统复杂和庞⼤的主要原因是它所管理的资源的庞杂和并发技术的采⽤，⽽I/o设备的庞杂正是操作系统所管理的资源庞杂的主要原因，I/O设备的速度远低于处理器的速度正是导致并发技术产⽣的直接原因。

第7章思考题与习题参考答案1．计算机的I/O系统的功能是什么？它由哪几个部分组成？答：计算机的I/O系统，主要用于解决主机与外部设备间的信息通讯，提供信息通路，使外围设备与主机能够协调一致地工作。

计算机的I/O系统由I/O硬件和I/O软件两大部分组成。

其中I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。

I/O软件包括：用户的I/O程序、设备驱动程序、设备控制程序。

2．I/O硬件包括哪几个部分？各部分的作用是什么？答：I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。

系统总线的作用是为CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输提供通路。

I/O接口通常是指主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路及其相应的控制软件。

它用于在系统总线和外设之间传输信号，并起缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。

I/O设备的作用是为主机与外部世界打交道提供一个工具。

设备控制器用来控制I/O设备的具体动作，不同的I/O设备需要完成的控制功能不同。

3．什么是用户I/O程序？什么是设备驱动程序？什么是设备控制程序？答：用户I/O程序是指用户利用操作系统提供的调用界面编写的具体I/O设备的输入输出程序。

例如用户编写的用打印机输出文本的程序。

设备驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。

可以说相当于操作系统与硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。

设备控制程序就是驱动程序中具体对设备进行控制的程序。

设备控制程序通过接口控制逻辑电路，发出控制命令字。

命令字代码各位表达了要求I/O设备执行操作的控制代码，由硬件逻辑解释执行，发出控制外设的有关控制信号。

4．说明设计I/O系统的三个要素的具体内容。

答：设计I/O系统应该考虑如下三个要素：①数据定位： I/O系统必须能够根据主机提出的要求进行设备的选择，并按照数据在设备中的地址找到相应的数据。

第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。

2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。

3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。

（2）外围设备向CPU提供状态信息。

（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。

历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。

（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。

统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。

由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。

【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。

二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。

2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。

程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。

历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。

（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。

程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。

一、选择1、计算机所配置的显示器中，若显示控制卡上双薪存储器的容量是1MB，则当采用800×600像素的分辨率时，每个像素最多可以有（C）种不同的颜色。

A.256B.65536C.16MD.40962、CRT的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量约为（B）A.256MB.1MC.256KBD.32MB3、CRT的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色总数为256色，则刷新存储器每单元字长是（A）A.1个字节B.2个字节C.256个字节D.1024个字节4、若计算机屏幕上每个像素的灰度级为256，则刷新存储每个单元的宽度是。

5、显示汉字采用点阵字库，若每个汉字用16×16的点阵表示，7500个汉字的字库容量是240KB 。

6、磁盘存储器的等待时间通常是磁盘旋转半周所用的时间。

7、某磁盘的转速为7200r/min，传输速度为4MN/s，控制器开销为1ms，要保证读或写一个512B的扇区的平均时间为11.3ms。

那么，该磁盘的平均寻道时间不超过（D）A.3.9msB.4.7msC.5.5msD.6.1ms8、一个磁盘的转速为7200转/分，每个磁道有160个扇区，每扇区有512字节，那么理想情况下，其数据传输率为（C）A.7200×160KB/s B.7200KB/sC.9600KB/sD.19200KB/s9、某计算机系统中，假定硬盘以中断方式与处理机进行数据输入输出，以16位为传输单位，传输率为50KB/s，每次传输的开销（包括中断）为100个CPU时钟，处理器的主频为50MHz，请问软盘数据传送时占处理器的时间比例是10、设一个磁盘盘面共有200个磁道，盘面总存储容量60MB，磁盘旋转一周的时间为25ms，每磁道有8个扇区，各扇区之间有一间隙，磁头通过每个间隙需 1.25ms。

则磁盘通道所需最大传输率是11、下列有关程序中断I/O方式的叙述中，错误的是（D）A. 程序中断I/O方式是CPU和外设能够并行工作B. 中断I/O方式下，外设和CPU直接交换数据C. 中断I/O方式下，CPU会有额外的开销用于断点、现场的保护和回复等D. 中断I/O方式适用于像磁盘一类的高速设备12、指令执行结果出现异常而引起的中断是（B）A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断13、主存故障引起的中断是（C）A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断14、为了实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是（B）A.通用寄存器B.堆栈C.存储器D.外存15、在中断处理过程中，完全由硬件自动执行的步骤是（A）A.保存中断点B.识别中断点C.保存将被中断服务程序破坏的通用寄存器的内容D.返回中断点16、在蛋鸡中断系统中，CPU一旦响应，则立即关闭中断允许标志，以防止本次中断任务结束前同级的其他中断产生另一次中断进行干扰。