个人-计算机操作系统第六章

第六章 输入输出系统

一、章节习题

1、引入缓冲的主要目的______

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

2、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

3、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 JCB               B DCT            C COCT            D CHCT

设备分配的主要数据结构有设备控制表DCT，控制器控制表COCT，通道控制表CHCT，系统设备表SDT

4、将系统中的每一台设备按某种原则进行统一的编号，这些编号作为区分硬件和识别设备的代号，该编号称为设备的_____

A 绝对号           B 相对号               C 类型号           D 符号名解释：设备的绝对号，是硬件区分和识别设备的代号，为每台设备分配的一个唯一的号码；

用户在编写程序时，不能通过设备的绝对号来使用设备，用户只需向系统说明所要使用的设备类型，如打印机，还是显示器。为此，操作系统为每类设备规定了一个编号，称设备的类型号。如在UNIX系统中，类型号被称为主设备号。该系统中所有块设备的设备名由两部分构成：主设备号和次设备号，前者表示设备类型，后者表示同类设备中的相对序号。

5、I/O系统有三种常用方式来与主机交换数据，它们是程序轮询方式、中断方式和DMA方式，其中DMA方式主要由硬件来实现，此时高速外设和内存之间进行数据交换______。

A.不通过CPU的控制，不利用系统总线     B.不通过CPU的控制，利用系统总线

C.通过CPU的控制，不利用系统总线       D.通过CPU的控制，利用系统总线

解释：DMA所传送的数据是从设备直接送入内存的，但是需要利用系统总线，而程序轮询方式、中断方式两者均需要

6、按_____分类可将设备分为块设备和字符设备

A.从属关系           B.操作特性            C.共享属性       D.信息交换单位

7、通道是一种________。

A． I/O端口            B.数据通道         C. I/O专用处理器         D.软件工具

解析：通道又称I/O处理机，是独立于CPU的专门管理输入/输出控制的处理机。

8、设从磁盘将一块数据传送到缓冲区所用的时间为80μs，将缓冲区的数据传送到用户区所用的时间为40μs，CPU处理数据所用的时间为30μs，则处理该数据，采用单缓冲区传送某磁盘数据，系统所用时间为_____

A．120μs              B.110μs                C. 150μs           D. 70μs     

解析：max(磁盘到缓冲区，CPU处理) + 缓冲区到用户区 = max(80, 30) + 40 = 120
缓冲 80us ，数据传输 40us ，数据处理 30us ，首先从缓冲区开始进行数据传输需要 40us ，然后开始数据处理，此事由于是单缓冲区，因此可以进行数据的输入，在进行数据处理需要 30us ，同时此时缓冲区已进行进行 30us 缓冲，在进行 50us 的缓冲即可完成开始状态，因此所需时间为 40+30+50=120us

9、如果I/O所花费的时间比CPU处理时间短得多，则缓冲区________。

A.最有效        B.几乎无效       C.均衡       D.都不是

10、访问磁盘的时间不包括_________。

A.寻道时间       B.CPU调度时间      C. 读写时间        D.旋转延迟时间

11、输入（或输出）操作指的是___________双方之间的信息传送（武汉理工大2002）※

A 外围设备与外围设备   B CPU与外围设备  C CPU与主存储器    D主存储器与外围设备

二、历年真题

1.在单处理机系统中，可并行的是________。（2009年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷23题）

I.进程与进程  II.处理机与设备  III.处理机与通道  IV.设备与设备

A I、II和III         B.I、II和IV       C.I、III和IV               D.II、III和IV

2.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______。（2009年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷32题）

A.逻辑设备名          B. 物理设备名     C. 主设备号        D.从设备号

解析：因为用的是系统调用打开的，逻辑设备名是由设备独立性软件统一命名，也就是从文件系统中直接看到的名字，例如/dev/tty等

3. 假设磁头当前位于第105道，正在向磁道序号增加的方向移动。现有一个磁道访问请求序列为35，45，12，68，110，180，170，195，采用SCAN调度（电梯调度）算法得到的磁道访问序列是（   ）。（2009年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷29题）

A. 110，170，180，195，68，45，35，12

B. 110，68，45，35，12，170，180，195

C. 110，170，180，195，12，35，45，68 

D. 12，35，45，68，110，170，180，195

解析：先按从小到达排序 12 35 45 68 110 170 180 195

然后按照算法105先到外侧（因为往磁道序号增加方向移动），然后再从68往内侧

4.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________。（2010年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷32题）

A 命令解释程序     B 中断处理程序    C 系统调用服务程序    D 用户登录程序

解析：
当用户按键时，键盘接口会得到一个代表该按键的键盘扫描码，同时产生一个中断请求。键盘中断服务程序先从键盘接口取得按键的扫描码，然后根据其扫描码判断用户所按的键并作相应的处理，最后通知中断控制器本次中断结束并实现中断返回。
因此，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中断处理程序。

5.下列选项中，导致创进新进程的操作是（   ）。（2010年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷24题）

I用户成功登陆   II设备分配(改变进程状态)   III启动程序执行

A. 仅I和II               B. 仅II和III        C. 仅I和III         D. I，II，III

解析：创建新进程的三种情况： 

1.系统初始化 

2.用户请求创建新的进程

3.正在执行的进程调用创建进程的API 

6.用户程序发出磁盘I/O请求后，系统的正确处理流程是______。（2011年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷）

A：用户进程->系统调用处理程序->中断处理程序->设备驱动程序

B：用户进程->系统调用处理程序->设备驱动程序->中断处理程序

C：用户进程->设备驱动程序->系统调用处理程序->中断处理程序

D：用户进程->设备驱动程序->中断处理程序->系统调用处理程序

解析：

输入/输出软件一般从上到下分为四个层次：用户层、与设备无关的软件层、设备驱动程序以及中断处理程序。与设备无关的软件层也就是系统调用的处理程序。

当用户使用设备时，首先在用户程序中发起一次系统调用，操作系统的内核接到该调用请求后请求调用处理程序进行处理，再转到相应的设备驱动程序，当设备准备好或所需数据到达后设备硬件发出中断，将数据按上述调用顺序逆向回传到用户程序中。（王道课本289页）

7.某文件占10个磁盘块，现要把该文件磁盘块逐个读入主存缓冲区，并送用户区进行分析。假设一个缓冲区与一个磁盘块大小相同，把一个磁盘块读入缓冲区的时间为100μs，将缓冲区的数据传送到用户区的时间是50μs，CPU对一块数据进行分析的时间为50μs。在单缓冲区和双缓冲区结构下，读入并分析该文件的时间分别是（  ）。（2011年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷31题）

A. 1500μs、1000μs                               B. 1550μs、1100μs

C. 1550μs、1550μs                               D. 2000μs、2000μs

解析：

单缓冲区总时间=(磁盘写入缓冲区时间+缓冲区读出时间)*磁盘块数+CPU处理最后一块数据的时间=(100+50)*10+50=1550us

双缓冲总时间=磁盘写入缓冲区时间*磁盘块数+读出最后一块数据时间+CPU分析最后一块数据时间=100*10+50+50=1100us

8.操作系统的I/O子系统通常由四个层次组成，每一层明确定义了与邻近层次的接口，其合理的层次组织排列顺序是______。（2012年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷）

A：用户级I/O软件，设备无关软件，设备驱动程序，中断处理程序

B：用户级I/O软件，设备无关软件，中断处理程序，设备驱动程序

C: 用户级I/O软件，设备驱动程序，设备无关软件,中断处理程序

D: 用户级I/O软件，中断处理程序，设备无关软件，设备驱动程序

9.用户程序发出磁盘I/O请求后，系统的处理流程是：用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序。其中，计算数据所在磁盘的柱面号、磁头号、扇区号的程序是（  ）。（2013年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷25题）

A. 用户程序                     B. 系统调用处理程序

C. 设备驱动程序               D. 中断处理程序

10.设系统缓冲区和用户工作区均采用单缓冲，从外设读入1个数据块到系统缓冲区的时间为100，从系统缓冲区读入 1个数据块到用户工作区的时间为5，对用户工作区中的1个数据块进行分析的时间为90(如下图所示)。进程从外设读入并分析2个数据块的最短时间是（  ）。（2013年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷27题）

A. 200           B. 295           C. 300           D .390

解析：
第一个数据块读入工作区后，花费105，然后第一个数据块开始工作，需要90，第二个数据开始读入，需要100，取大的时间100。接下来开始读入第二个数据块到工作区，并工作，共花费95。因此，总时间105+100+95=300

11.中断处理和子程序调用都需要压栈以保护现场 ，中断处理一定会保存而子程序调用不需要保存其内容的是（    ）。（2012年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷24题）

A. 程序计数器                                        B. 程序状态字寄存器（处理机状态字PS）

C. 通用数据寄存器                                 D. 通用地址寄存器

解析：
解析：子程序调用只需保护断点，即该指令的下一条指令的地址；中断调用子程

序不仅要保护断点，还要保护程序状态字寄存器的内容PSW。

12．处理外部中断时，应该由操作系统保存的是(       )。（2015年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷23题）

A．程序计数器(PC)的内容        B．通用寄存器的内容

C．快表(TLB)的内容             D．Cache 中的内容

解析: 
外部中断处理过程首先要保护现场，使得中断处理完之后能够恢复程序的执行状态继续执行。保护现场有两个含义：（1）由中断隐指令保存程序的断点（程序计数器）（2）由中断服务程序保存通用寄存器和状态寄存器的内容，中断服务程序是操作系统的一部分。  外部中断处理过程， PC值由中断隐指令自动保存，而通用寄存器内容由操作系统保存。（来自王道论坛）

13.某硬盘有200个磁道（最外侧磁道号为0），磁道访问请求序列为：130,42,180,15,199，当前磁头位于第58号磁道并从外侧向内移动。按照SCAN调度方法处理完上述请求后，磁头移过的磁道数是（      ）。（2015年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷32题）

A 208                   B287                  C 325                  D 382

解析：（130-58）+（180-130）+（199-180）+（199-42）+（42-15）=325

14.在系统内存中设置磁盘缓冲区的主要目的是（           ）。（2015年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷28题）

A.减少磁盘I/O次数                     B.减少平均寻道时间

C.提高磁盘数据可靠性                    D.实现设备无关性

解析：减少磁盘 I/O 次数。CPU访问磁盘的速度远慢于访问缓冲区，设置缓冲区可以一次从磁盘读入较多数据到缓存，利用时间相邻性和空间相邻性，极大缩短数据访问时间，从而减少磁盘I/O次数

15.下列关于SPOOLing技术的叙述中，错误的是_______。（2016年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷31题）

A 需要外存的支持

B 需要多道程序设计技术的支持

C 可以让多个作业共享一台独占设备

D 由用户作业控制设备与输入/输出井之间的数据传送

解析：

SPOOLing是利用专门的外围控制机，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。SPOOLing的意思是外部设备同时联机操作，又称为假脱机输入/输出操作，是操作系统中采用的一项将独占设备改造成共享设备的技术。高速磁盘即外存，A正确。SPOOLing技术需要进行输入/输出操作，单道批处理系统无法满足，B正确。SPOOLing技术实现了将独占设备改造成共享设备的技术，C正确。设备与输入/输出井之间数据的传送是由系统实现的，D错误。

16.与单道程序系统相比，多道程序系统的优点是_______。（2017年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷28题）

Ⅰ.     CPU利用率高             Ⅱ. 系统开销小

Ⅲ. 系统吞吐量大         IV. I/O设备利用率高

A仅Ⅰ、Ⅲ         B仅Ⅰ、IV     C 仅Ⅱ、Ⅲ       D 仅Ⅰ、Ⅲ 、IV

解析：
(1)提高CPU的利用率。在多道程序环境下，多个程序共享计算机资源，当某个程序等待I/O操作时，CPU可以执行其它程序，大大提高了CPU的利用率.
(2)提高设备的利用率。在多道程序环境下，多个程序共享系统的设备，大大提高了系统设备的利用率。
(3)提高系统的吞吐量。在多道程序环境下，减少了程序的等待时间，提高了系统的吞吐量。

17.系统将数据从磁盘读到内存的过程中包括以下操作：

1.DMA控制器发出中断请求

2.初始化DMA控制器并启动磁盘

3.从磁盘传输一块数据到内存缓冲区

4.执行“DMA结束”中断服务程序

正确的执行顺序是（      ）（2017年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷32题）

A.③→①→②→④                  B.②→③→①→④

C.②→①→③→④                  D.①→②→④→③

18.当定时器产生时钟中断后，由时钟中断服务程序更新的部分内容是（    ）。（2018年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷29题）

Ⅰ.内核中时钟变量的值

Ⅱ.当前进程占用CPU的时间

Ⅲ.当前进程在时间片内的剩余执行时间

A 仅Ⅰ、Ⅱ          B 仅Ⅱ、Ⅲ          C 仅Ⅰ、Ⅱ        D Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

解析：

I.内核中时钟变量初值为0，每发生一次时钟中断，时钟中断服务程序都会增加时钟变量的值。 II.和III.发生时钟中断时，时钟中断服务器会维持当前进程占用CPU时间和剩余时间不变。

19.系统总是访问磁盘的某个磁道而不响应对其他磁道的访问请求，这种现象称为磁臂黏着。下列磁盘调度算法中，不会导致磁臂黏着的是（      ）。（2018年计算机科学与技术学科全国硕士研究生入学统一试卷30题）

A 先来先服务（FCFS）    B 最短寻道时间优先（SSTF）

C 扫描算法（SCAN）      C 循环扫描算法（CSCAN）

解析：

如果短时间内有如下请求：100 5 100 100 100 20 100，采用BCD都会短时间内在100磁道长时间停留访问，而先来先服务则不存在这个问题，严格按照先后顺序执行，和哪一个磁道无关。

故不选B、C、D。