【操作系统】课程 7设备管理同步测练章节测验

7.1知识点导图

它详细地展示了I/O系统的层次结构、I/O硬件和软件的组成以及它们的功能。下面是对图中内容的文字整理：

I/O设备分类

按使用特性分类

输入设备：键盘、鼠标等
输出设备：打印机、绘图仪等
交互式设备：显示器等

按传输速率分类

低速设备：键盘、鼠标等
中速设备：激光打印机等
高速设备：磁带机、磁盘机等

I/O硬件

设备控制器

功能：控制I/O设备，实现设备与计算机的数据交换
组成：与处理机的接口、与设备的接口、I/O逻辑

通道

功能：建立独立的I/O操作
瓶颈问题：可能成为系统性能的限制

I/O系统的层次结构

缓冲区管理
磁盘调度
中断处理程序
设备驱动程序

I/O控制方式

轮询可编程I/O方式：过程简单，但CPU利用率低。
中断I/O方式：以字（节）为单位进行I/O，提高了CPU利用率。
DMA方式：在I/O设备和内存之间直接进行数据传输，以数据块为单位。
通道控制方式：利用通道程序控制I/O设备进行数据传输，一次可传输一组数据块。

I/O软件

设备独立性：在应用程序中，以逻辑设备名申请所要使用的设备；系统在实际执行任务时，以物理设备名使用设备。
分配的数据结构：DCT（设备控制表）、COCT（控制器控制表）、CHCT（通道控制表）、SDT（系统设备表）。
设备分配：分配设备→分配控制器→分配通道。
分配要考虑的因素：设备固有属性、分配算法、安全性。

井管理程序

组成：I/O井、I/O缓冲区、I/O进程。
用户层软件：SPOOLing系统。
特点：提高I/O速度，将独占设备改造为共享设备，实现虚拟设备功能。

7.2I/O管理概述

一. 单选题（共5题）

【单选题】以下（）是CPU与I/O之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备的工作，使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来。

A. 中断装置

B. 系统设备表

C. 逻辑设备表

D. 设备控制器

正确答案：D

解析： 设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，负责接收CPU的命令并控制I/O设备的工作。它使CPU能够专注于处理核心任务，而不必直接管理复杂的设备控制事务.
【单选题】关于设备管理的功能，以下不正确的选项是（）。

A. 设备分配

B. 存储器空间分配

C. 设备控制

D. 缓冲管理

正确答案：B

解析： 设备管理的主要功能包括设备分配、设备控制和缓冲管理等。存储器空间分配是内存管理的功能，不属于设备管理的范畴.
【单选题】通过软件手段，把独占设备改造成若干个用户可共享的设备，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

正确答案：D

解析： 虚拟设备是通过软件手段将独占设备改造成多个用户可以共享的设备。这种技术通常用于提高设备的利用率和系统的灵活性.
【单选题】设备管理的（）功能是实现用户所编制的程序与实际使用的物理设备无关。

A. 设备独立性

B. 设备分配

C. 缓冲管理

D. 虚拟设备

正确答案：A

解析： 设备独立性是指用户程序与实际使用的物理设备无关，设备管理通过逻辑设备名和设备驱动程序等机制实现设备独立性，使得用户程序不需要关心具体的物理设备细节.
【单选题】大多数低速设备都属于（）。

A. SPOOLing

B. 虚拟设备

C. 共享设备

D. 独占设备

正确答案：D

解析： 大多数低速设备如打印机、磁带机等属于独占设备，因为它们一次只能为一个用户服务，不能同时被多个用户共享.

二. 判断题（共2题）

【判断题】磁盘是共享设备，所以允许多个进程同时与它交换信息。

正确答案：对

解析： 磁盘是一种共享设备，允许多个进程同时与它交换信息。操作系统通过磁盘调度算法来管理多个进程对磁盘的访问，以提高磁盘的利用率和系统的效率.
【判断题】在配置外设较多的主机系统中，会增设通道，用以代替主机与各个外设控制器进行通信和控制外设。

正确答案：对

解析： 在配置外设较多的主机系统中，增设通道可以有效地减轻CPU的负担，使CPU能够专注于处理核心任务，而通道则负责与各个外设控制器进行通信和控制外设，提高系统的整体性能.

7.3I/O控制方式

一. 单选题（共2题）

【单选题】通道对CPU的请求形式是（）。

A. 中断

B. 通道命令

C. 跳转指令

D. 专用指令

正确答案：A

解析： 通道对CPU的请求通常通过中断形式进行。当通道完成I/O操作或需要CPU干预时，会通过中断信号通知CPU，以便CPU能够及时处理相关事务.
【单选题】通道是一种（）。

A. I/O端口

B. I/O专用处理机

C. 数据通路

D. 卫星机

正确答案：B

解析： 通道是一种I/O专用处理机，专门负责I/O设备与内存之间的数据传输。它能够独立于CPU工作，减轻CPU的负担，提高系统的整体效率.

二. 判断题（共3题）

【判断题】在DMA控制器的控制下，可以完成多个不连续数据块的数据传送。

正确答案：错

解析： DMA控制器通常用于传输连续的数据块。虽然可以通过多次DMA传输来处理多个不连续的数据块，但DMA本身并不直接支持不连续数据块的传输，需要CPU或软件的配合来管理这些不连续的数据块.
【判断题】与CPU相比，通道处理I/O的功能更强，但价格较高。

正确答案：错

解析： 通道确实能够有效地处理I/O任务，减轻CPU的负担，但其功能并不一定比CPU更强。通道的价格通常也并不比CPU高，因为它们是专门设计用于I/O操作的专用设备，其复杂性和成本相对较低.
【判断题】只有引入通道之后，CPU和I/O设备才能并行工作。

正确答案：错

解析： 虽然通道可以实现CPU与I/O设备的并行工作，但并非唯一途径。其他I/O控制方式如DMA也可以实现CPU与I/O设备的并行操作。通道只是其中一种有效的实现方式，能够进一步提高系统的并行处理能力.

三. 填空题（共2题）

【填空题】常用的I/O控制方式有：程序直接控制方式、（）、（）和（）。

正确答案：
- 第一空：中断控制方式；中断
- 第二空：DMA控制方式；DMA
- 第三空：通道控制方式；通道
解析：
- 程序直接控制方式： CPU通过直接执行I/O指令来控制设备，适用于简单的I/O操作.
- 中断控制方式： 设备通过中断信号通知CPU完成I/O操作，适用于需要及时响应的I/O操作.
- DMA控制方式： DMA控制器直接在设备和内存之间传输数据，减轻CPU的负担.
- 通道控制方式： 通道作为I/O专用处理机，独立于CPU完成I/O操作，进一步提高系统的并行处理能力.
【填空题】通道是一个独立于（）而专门负责I/O的处理，它控制（）与内存之间的信息交换。

正确答案：
- 第一空：CPU
- 第二空：外部设备；外设；I/O设备
解析： 通道是独立于CPU的I/O专用处理机，专门负责I/O设备与内存之间的数据传输，能够有效地减轻CPU的负担，提高系统的整体效率.

7.4I/O系统

一. 单选题（共5题）

【单选题】为了实现设备无关性，应该（）。

A. 用户程序必须使用物理设备名进行I/O申请

B. 系统必须设置系统设备表

C. 用户程序必须使用逻辑设备名进行I/O申请

D. 用户程序必须指定设备名

正确答案：C

解析： 为了实现设备无关性，用户程序应使用逻辑设备名进行I/O申请。逻辑设备名与具体的物理设备无关，操作系统通过设备驱动程序将逻辑设备名映射到实际的物理设备，从而实现设备无关性.
【单选题】用于设备分配的数据结构有（）。

A. 系统设备表

B. 存取控制表

C. 设备开关表

D. 文件控制表

正确答案：A

解析： 系统设备表是用于设备分配的数据结构之一。它记录了系统中所有设备的状态和相关信息，帮助操作系统进行设备的分配和管理.
【单选题】设备的打开、关闭、读、写等操作是由（）完成的。

A. 用户程序

B. 编译程序

C. 设备分配程序

D. 设备驱动程序

正确答案：D

解析： 设备的打开、关闭、读、写等操作是由设备驱动程序完成的。设备驱动程序是操作系统的一部分，负责与具体的硬件设备进行交互，实现对设备的控制和管理.
【单选题】SPOOLing技术可以实现设备的（）。

A. 独占分配

B. 共享分配

C. 虚拟分配

D. 物理分配

正确答案：C

解析： SPOOLing技术通过将独占设备转换为虚拟设备，实现了设备的虚拟分配。它允许多个用户同时使用独占设备，提高了设备的利用率和系统的吞吐量.
【单选题】在SPOOLing系统中，用户的输出数据首先送入（）。

A. 磁盘固定区域

B. 输出设备

C. 内存固定区域

D. 缓冲区

正确答案：A

解析： 在SPOOLing系统中，用户的输出数据首先送入磁盘的固定区域（称为输出井），然后由系统在适当的时机将数据从磁盘输出到实际的输出设备. 这种方式可以实现输出操作的缓冲和调度，提高系统的效率.

二. 判断题（共2题）

【判断题】设备的独立性是指设备一段时间内只能供一个进程使用。

正确答案：错

解析： 设备的独立性是指用户程序与实际使用的物理设备无关，用户程序不需要关心具体的物理设备细节。设备独立性并不是指设备一段时间内只能供一个进程使用，而是指用户程序可以使用逻辑设备名来访问设备，而不需要直接使用物理设备名.
【判断题】设备开关表中存有设备驱动程序的入口地址。

正确答案：对

解析： 设备开关表是操作系统中用于设备管理的数据结构之一，其中确实存有设备驱动程序的入口地址。操作系统通过设备开关表可以找到相应的设备驱动程序，从而实现对设备的控制和管理.

7.5磁盘管理

一. 单选题（共2题）

【单选题】如果磁头当前正在第53号磁道，现有4个磁道访问请求序列为98、37、124、60，当采用（）调度算法时，下一次磁头将到达37号磁道。此刻磁头方向为磁道号从高到低。

A. 先来先服务

B. 电梯调度（扫描算法）

C. 最短寻道时间优先

D. 循环扫描（磁头单向从低到高移动）

正确答案：B

解析： 电梯调度（扫描算法）是一种磁盘调度算法，它按照磁头的移动方向依次访问磁道，直到到达最远的磁道后改变方向。在本例中，磁头当前在第53号磁道，方向为从高到低，因此下一个访问的磁道应该是37号磁道，因为它是在当前方向上最近的磁道.
【单选题】以下（）不属于磁盘访问时间的组成部分。

A. 寻道时间

B. 旋转时间

C. 磁臂启动时间

D. 传输时间

正确答案：C

解析：
- 寻道时间： 磁头移动到指定磁道所需的时间.
- 旋转时间： 磁盘旋转到指定扇区所需的时间.
- 传输时间： 数据从磁盘传输到内存所需的时间.
- 磁臂启动时间： 不属于磁盘访问时间的组成部分，通常是指磁盘启动时磁臂的初始化时间，而不是访问过程中的时间.

7.6缓冲管理

一. 单选题（共4题）

【单选题】操作系统中引入缓冲技术的目的是（）。

A. 改善用户的编程环境

B. 缓解外部设备与CPU速度不匹配的矛盾

C. 提高CPU的处理速度

D. 降低计算机的硬件成本

正确答案：B

解析： 缓冲技术的主要目的是缓解外部设备与CPU速度不匹配的矛盾。通过在内存中设置缓冲区，可以暂时存储从外部设备读取或写入的数据，使得CPU和外部设备可以以各自的速度独立工作，从而提高系统的效率.
【单选题】缓冲技术中的缓冲池是在（）。

A. ROM

B. 寄存器

C. 内存

D. 外存

正确答案：C

解析： 缓冲池是在内存中设置的缓冲区，用于暂存从外部设备读取或写入的数据。内存的访问速度快，适合用于缓冲技术，以提高数据传输的效率.
【单选题】为了使多个进程有效地同时处理输入/输出，最好使用以下（）技术。

A. 单缓冲

B. 双缓冲

C. 循环缓冲

D. 缓冲池

正确答案：D

解析： 缓冲池技术允许多个进程共享一组缓冲区，从而有效地同时处理输入/输出操作。缓冲池可以提高资源的利用率和系统的吞吐量，适合于多进程环境下的I/O处理.
【单选题】以下关于缓冲的描述正确的是（）。

A. 以空间换取时间

B. 以时间换取空间

C. 提高外部设备的处理速度

D. 提高CPU的处理速度

正确答案：A

解析： 缓冲技术是以空间换取时间。通过在内存中设置缓冲区，可以暂存数据，使得CPU和外部设备可以以各自的速度独立工作，从而提高系统的效率，减少等待时间.

二. 填空题（共1题）

【填空题】假定把磁盘上一个数据块中的信息输入到一单缓冲区的时间T为100us，将缓冲区中的数据传输到用户区的时间M为50us，而CPU对这一块数据进行计算的时间C为50us。这样，系统对每一块数据的处理时间为（）；如果将单缓冲改为双缓冲，则系统对每一块数据的处理时间为（）。

正确答案：
- 第一空：150us；150
- 第二空：100us；100
解析：
- 单缓冲： 在单缓冲情况下，CPU必须等待数据从磁盘读取到缓冲区后才能进行计算。因此，处理时间包括磁盘读取时间（100us）和CPU计算时间（50us），总共为150us.
- 双缓冲： 在双缓冲情况下，当一个缓冲区正在被CPU计算时，另一个缓冲区可以同时从磁盘读取数据。因此，CPU可以在数据读取的同时进行计算，处理时间主要由磁盘读取时间决定，为100us.