下载文档原格式
第五章 设备管理设备管理的对象是：I/O 设备为主，包括设备控制器和I/O 通道；设备管理的基本任务是：完成用户I/O 请求、提高I/O 速度及提高I/O 设备利用率； 设备管理的主要功能是：缓冲区管理、设备分配 、设备处理、虚拟设备及设备独立性。
5.1 I/O 系统5.1.2 设备控制器－CPU 和I/O 设备的接口，解脱CPU ；可编址，含有多个设备地址，以连接多个设备。
1. 设备控制器的基本功能1) 接收和识别命令：接收CPU 命令存放于控制寄存器；命令译码 2) 数据交换： CPU(总线)<-->控制器(数据寄存器)<-->设备； 3) 标识和报告设备的状态：供CPU 了解；状态寄存器； 4) 地址识别：设备和寄存器地址；地址译码器5) 数据缓冲：用缓冲器暂存来自CPU 和I/O 设备的数据；6) 差错控制：对I/O 数据差错检测，并向CPU 报告，错误重发。
2. 设备控制器的组成1).设备控制器与处理机的接口—通信线路(三类)：数据线、控制线和地址线,数据线连接数据寄存器和控制/状态寄存器；2).设备控制器与设备的接口—连接多个设备，每个接口有数据、状态和控制三种信号； 3).I/O 逻辑—根据CPU 发来信号对设备控制。
CPU 启动设备时，将I/O 启动命令和地址分别通过数据线和地址线发送给控制器，由I/O 逻辑对地址进行译码，再根据所译出的命令对相应设备进行控制。
图 5-2 设备控制器的组成5.1.3 I/O 通道1.I/O 通道(I/O Channel)设备的引入数据寄存器控制/状态寄存器数据线I/O 逻辑…控制器与设备接口1控制器与设备接口i数据状态控制数据状态控制…地址线控制线CPU 与控制器接口控制器与设备接口虽然设备控制器能减少CPU 对I/O 的干预，但当外设很多时，CPU 负担仍很重。
为建立更独立的I/O 操作，在CPU 和控制器之间又增设了通道，其目的是将CPU 从繁杂的I/O 任务解脱出来。
操作系统教程第五版费翔林课后答案本文是针对操作系统教程第五版费翔林书籍中的课后题目提供的答案解析。
在这个教程中，费翔林教授详细介绍了操作系统的基本概念、原理和实践，涵盖了进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等各个方面。
通过对这些课后题目的解答，可以更好地理解和巩固操作系统的知识。
第一章：引论1.什么是操作系统？它的主要目标是什么？–答案：操作系统是一种控制和管理计算机硬件和软件资源的系统软件。
操作系统的主要目标是为用户提供一个方便、高效、安全的计算机环境。
2.请简要描述操作系统的角色和功能。
–答案：操作系统有几个角色和功能：•资源管理：操作系统管理计算机的各种硬件资源，包括处理器、内存、存储设备和输入输出设备。
•进程管理：操作系统创建、调度和终止进程，以及处理进程间的通信和同步。
•内存管理：操作系统分配和回收内存，管理虚拟内存，以及处理内存的保护和共享机制。
•文件系统：操作系统管理文件和目录的存储和访问，提供文件的创建、读取、写入和删除等操作。
•设备管理：操作系统管理计算机的输入输出设备，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
•用户接口：操作系统提供了与计算机交互的界面，包括命令行界面和图形用户界面等。
第二章：进程管理1.什么是进程？进程的状态有哪些？–答案：进程是指在计算机中正在运行的程序的实例。
进程的状态包括：•就绪：进程已经准备好执行，但是还没有被分配到处理器。
•运行：进程正在处理器上执行。
•阻塞：进程由于某些原因不能继续执行，需要等待某个事件的发生。
•终止：进程已经完成或被终止，等待被操作系统回收。
2.请简要描述进程的创建、终止和状态切换的过程。
–答案：进程的创建是通过调用系统调用来完成的，系统为新进程分配资源，并设置进程的初始状态。
进程的终止可以是正常终止（调用系统调用进行退出）或异常终止（例如发生错误）。
进程状态之间的切换通过操作系统的调度算法来实现，例如从就绪状态切换到运行状态，或从运行状态切换到阻塞状态。
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5章设备管理1．单项选择题(1)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．存储设备B．系统设备C．虚拟设备D．用户设备(2)( )是操作系统中采用的以空间换时间的技术。
A．通道技术B．SPOOLing技术C．覆盖技术D．虚拟存储技术(3)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．虚拟技术B．通道技术C．并行技术D．缓冲技术(4)关于设备管理和文件管理这二者的关系，下面说法中正确的是( )。
A．设备管理是文件系统的基础，文件管理是设备管理的一部分B．文件系统为用户提供按名存取服务，实现逻辑文件与物理文件C．文件管理和设备管理是操作系统的两个完全独立的功能，二者不存在任何关系D．设备管理与文件系统密切相关，文件系统是设备管理的基础，设备管理必须依赖文件管理才能最终完成相应的功能(5)在下面的4个选项中，不属于设备管理的功能是( )。
A．实现虚拟设备B．实现外围设备的分配与回收C．实现按名存取D．实现外围设备的启动(6)打印机是( )。
A．独占设备B．共享设备C．有时是独占设备，有时是共享设备D．常用的字符输出设备(7)对输入/输出设备，输入/输出操作的信息传输单位为( )；对存储型设备，输入/输出操作的信息是以( )为单位传输的。
A．字节，字B．字符，字C．位，块D．字符，块(8)下面关于计算机外围设备的说法中错误的是( )。
A．输入/输出型设备负责主存与外围设备间的信息传递，信息传输单位是字符B．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C．计算机外围设备可以分为存储型设备和输入/输出型设备D．存储型设备可以作为主存的扩充，信息传输以块为单位(9)当两个进程访问同一柱面，同一扇区，不同磁道的时候( )。
A．一定要先读磁头号小的B．一定要先读磁头号大的C．任意选择一个先访问，另一个等下次扇区转到磁头下时再访问D．两个同时读出来(10)为了减少移动臂进行移动花费时间，文件是按( )依次存放的。
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 ）。
5.1 本章知识点设备管理是指操作系统对除CPU和内存以外对所有设备的管理，与硬件紧密相关。
本章的主要知识点为：（1）设备分类按照工作特性将设备分成存储设备和输入／输出设备两大类：存储设备主要是计算机用来存储信息的设备，如磁盘（硬盘和软盘）、磁带等；输入设备是计算机用来接受来自外部世界信息的设备，例如终端键盘输入、卡片输入机、纸带输入机等；输出设备是将计算机加工处理好的信息送向外部世界的设备，例如终端屏幕显示或打印输出部分、行式打印机、卡片输出机等。
存储设备也称为块设备，输入/输出设备也称为字符设备。
根据设备的使用性质可将设备分成独占设备、共享设备和虚拟设备三种。
其中虚拟设备是利用某种技术把独占设备改造成可由多个进程共用的设备，这种设备并非物理上变成了共享设备，而是用户使用它们时“感觉”它是共享设备。
（2）设备管理的功能外部设备种类繁多，其特性和操作方式又有很大的差别，设备管理的目标是方便用户使用设备；实现设备的独立性；提供设备的使用效率；对各种外设进行统一的管理。
操作系统中设备管理的功能简单地说就是：监视设备状态；进行设备分配；完成I/O操作；缓冲管理与地址转换。
（3）设备分配技术设备分配技术主要有：独占分配、共享分配和虚拟分配。
独占分配适用于独占设备，系统效率低；共享分配适用于高速、大容量直接存储的共享设备，设备的利用率较高；虚拟分配技术利用共享设备去实现独占设备的功能，从而使独占设备“感觉上”成为可共享的、快速的I/O设备。
实现虚拟分配最成功的技术是SPOOLing（外部设备联机并行操作），也称假脱机技术。
SPOOLing系统用常驻内存的进程去模拟一台外围机，用一台主机就可完成脱机技术中需用三台计算机完成的工作。
系统一般分为存输入、取输入、存输出、取输出4个部分。
常用的设备分配算法有先来先服务算法和优先级高的优先服务算法。
（4）设备驱动程序设备驱动程序控制设备的打开、关闭、读、写等操作，它的功能主要有：接受用户的I/O请求；取出请求队列中队首请求，将相应设备分配给它；启动该设备工作，完成指定的I/O操作；处理来自设备的中断。
注意：1)“本章要点”部分，用红字标注的不是期末考试出题范围。
2)“习题部分”用蓝字标注的是重点习题，期末考试50%的题目是这些习题的原题。
红字标注的习题期末考试不考，仅供考研的同学参考。
3）大部分习题答案只给出要点，同学们可以自行适当补充，但一定要简明扼要。
4）如“本章要点”部分用红字标注的非考试内容，在“习题”部分有相关的重点习题，则对该部分内容只需做该习题即可。
------------------------------------------------------------第五章设备管理要点对操作系统这门课程而言，这一章内容比较次要，主要掌握一些专业常识性的概念即可。
5.1-5.3小节这三小节介绍了硬件的一些基本知识，大部分在“组成原理”中学过。
回答以下问题：1 什么是块设备？什么是字符设备？你的个人电脑里有那些块设备？那些字符设备？【参考P161】2 什么是设备控制器？你的个人电脑中有那些设备控制器？【参考P162-163】3 什么是通道？【参考P164】4 什么是总线？【参考P106-107】5 I/O控制方式主要有哪几种？各自的主要特点。
答：【参考5.2小节】有程序I/O（轮询）、中断、DMA、通道。
前三种在微机中很常见。
6 为什么要用缓冲？你的个人电脑中有那些缓冲？答：【参考5.3小节】引入缓冲主要是为了调节两个通讯对象（或I/O对象）间速率的不匹配（比如CPU与I/O设备速率不匹配），缓冲是很常规的技术，广泛用于通信及I/O。
5.4 I/O软件这一小节是本章最重要的，它说明了操作系统I/O子系统应完成的功能及设计原则。
1 说明“设备独立性”的概念、思想、给用户带来的好处。
2 围绕P179图5-16，一层层的概略说明每层应完成的功能。
5.5 设备分配这一小节只需看一下SPOOLing，了解什么是虚拟设备，了解SPOOLing是如何用到虚拟打印机的【必要时可上网查询】5.6 磁盘存储器的管理回答以下问题【必要时可上网查询】1 盘面、磁道、扇区、盘簇的概念。
