第8章 输入/出设备管理
一、填空
1．磁带、磁盘这样的存储设备都是以 为单位与内存进行信息交换的。
2．根据用户作业发出的磁盘I/O请求的柱面位置，来决定请求执行顺序的调度，被称为 调度。
3．DMA控制器在获得总线控制权的情况下能直接与 进行数据交换，无需CPU介入。
4．在DMA方式下，设备与内存储器之间进行的是 数据传输。 5．通道程序是由 执行的。
6．通道是一个独立与CPU的、专门用来管理 的处理机。
7．缓冲的实现有两种方法：一种是采用专门硬件寄存器的硬件缓冲，一种是在内存储器里开辟一个区域，作为专用的I/O缓冲区，称为 。
8．设备管理中使用的数据结构有系统设备表（SDT）和 。
9．基于设备的分配特性，可以把系统中的设备分为独享、共享和 三种类型。 10．引起中断发生的事件称为 。
二、选择
1．在对磁盘进行读/写操作时，下面给出的参数中， 是不正确的。
A． 柱面号 B．磁头号 C．盘面号 D．扇区号 2．在设备管理中，是由 完成真正的I/O操作的。
A．输入/输出管理程序 B．设备驱动程序 C．中断处理程序 D．设备启动程序
3．在下列磁盘调度算法中，只有 考虑I/O请求到达的先后次序。
A．最短查找时间优先调度算法 B．电梯调度算法 C．单向扫描调度算法 D．先来先服务调度算法 4．下面所列的内容里， 不是DMA方式传输数据的特点。
A．直接与内存交换数据 B．成批交换数据 C．与CPU并行工作 D．快速传输数据
5．在CPU启动通道后，由 执行通道程序，完成CPU所交给的I/O任务。
A． 通道 B．CPU C．设备 D．设备控制器 6．利用SPOOL技术实现虚拟设备的目的是 。
A．把独享的设备变为可以共享 B．便于独享设备的分配 C．便于对独享设备的管理 D．便于独享设备与CPU并行工作 7．通常，缓冲池位于 中。
A．设备控制器 B．辅助存储器 C．主存储器 D．寄存器 8． 是直接存取的存储设备。
A．磁带 B．磁盘 C．打印机 D．键盘显示终端
9．SPOOLING系统提高了 的利用率。
A．独享设备 B．辅助存储器 C．共享设备 D．主存储器 10．按照设备的 分类，可将系统中的设备分为字符设备和块设备两种。
A．从属关系 B．分配特性 C．操作方式 D．工作特性
三、问答
1．基于设备的从属关系，可以把设备分为系统设备与用户设备两类。根据什么来区分
一个设备是系统设备还是用户设备呢？
2．设备管理的主要功能是什么？
3．总结设备和CPU在数据传输的4种方式中，各自在“启动、数据传输、I/O管理以及善后处理”各个环节所承担的责任。
4．用户程序中采用“设备类，相对号”的方式使用设备有什么优点？ 5．启动磁盘执行一次输入/输出操作要花费哪几部分时间？哪个时间对磁盘的调度最有影响？
6．解释通道命令字、通道程序和通道地址字。 7．何为DMA？通道与DMA有何区别？
8．解释记录的成组与分解。为什么要这样做？
9．试述SPOOL系统中的3个组成软件模块各自的作用。 10．何谓脱机I/O和联机I/O？
11. 什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？ 12. 有哪几种I/O控制方式？各适用于何种场合？
13. 为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？ 14．在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？ 15．什么是虚拟设备？其实现所依赖的关键技术有哪些？
16．在实现后台打印时，SPOOLING系统应为请求I/O的进程提供哪些服务？
四、软考、考研真题
1、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）算法得到的磁盘访问序列是（ ）。【2009】
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 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】
A.逻辑设备名 B.物理设备名 C.主设备号 D.从设备号 3、假设计算机系统采用CSCAN（单向扫描）磁盘调度策略，使用2KB的内存空间记录16384个磁盘的空闲状态。【2010】
（1）请说明在上述条件下如何进行磁盘块空闲状态的管理。
（2）设某单面磁盘的旋转速度为每分钟6000转，每个磁道有100个扇区，相临磁道间的平均移动时间为1ms。若在某时刻，磁头位于100号磁道处，并沿着磁道号增大的方向移动（如下图所示），磁道号的请求队列为50，90，30，120，对请求队列中的每个磁道需读取1个随机分布的扇区，则读完这个扇区点共需要多少时间？需要给出计算过程。
解：磁盘转过一圈时间：60/6000=10毫秒 一个扇区读出时间：10/100=0.1毫秒
移臂调度柱面：100-》120-》0-》30-》50-》90
距离：20+120+30+20+40=230个柱面距离。 移臂调度时间：230*1=230毫秒 延迟时间：10/2*4=20毫秒 读出时间：0.1*4=0.4毫秒 综上：230+20+0.4=250.4毫秒
4、用户程序发出磁盘I/O请求后，系统的正确处理流程是（ ）。【2011】 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
5、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】
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 6、下列选项中，不能改善磁盘设备I/O性能的是（ ）。【2012】 ．．．．
A. 重排I/O请求次序
B. 在一个磁盘上设置多个分区
C. 预读和滞后写 D. 优化文件物理的分布 7、下列有关 I/O接口的叙述中， 错误的是（ ）。【2014】 A 、状态端口和控制端口可以合用同一个寄存器 B 、I/O接口中CPU可访问的寄存器称为I/O端口
C 、采用独立编址方式时，I/O端口地址和主存地址可能相同 D 、 采用统一编址方式时，CPU不能用访存指令访问I/O端口
8、若某设备中断请求的响应和处理时间为100ns，每400ns发出一次中断请求，中断应允许的最长延迟时间为50ns，则在该设备持续工作过程中，CPU用于该设备的I/O间占整个CPU时间的百分比至少是（ ）。 【2014】
A、12.5% B 、 25% C、37.5% D、50%
9、现有一个容量为10GB的磁盘分区，磁盘空间以簇 (Cluster) 为单位进行分配，簇的大小为4KB，若采用位图法管理该分区的空闲空间，即用一位(bit)标识一个簇是否被分
配，则存放该位图所需簇的个数为（ ）。 【2014】 A、80 B、320 C、80K D、320K
10、下列关于管道(Pipe)通信的叙述中， 正确的是（ ）。 【2014】
A、一个管道可实现双向数据传输 B、管道的容量仅受磁盘容量大小限制
C、进程对管道进行读操作和写操作都可能被阻塞
D、一个管道只能有一个读进程或一个写进程对其操作
11、若磁盘转速为7200转/分，平均寻道时间为8ms,每个磁道包含1000个扇区，则访问一个扇区的平均存取时间大约是( )【2015】
A．8.1ms B．12.2ms C．16.3ms D．20.5ms
12、在采用中断I/O方式控制打印输出的情况下，CPU和打印控制接口中的I/O端口之间交换的信息不可能是( )【2015】
A．打印字符 B．主存地址 C．设备状态 D．控制命令 13、在系统内存中设置磁盘缓冲区的主要目的是（ ）【2015】
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
14、某文件管理系统在磁盘上建立了位示图(bitmap)，记录磁盘的使用情况。若系统的字长为32位，磁盘上的物理块依次编号为：0、1、2、…，那么4096号物理块的使用情况在位示图中的第 （23） 个字中描述；若磁盘的容量为200GB，物理块的大小为1MB，那么位示图的大小为 （24） 个字。
（23）A. 129 B. 257 C. 513 D. 1025 （24）A. 600 B. 1200 C. 3200 D. 6400 15、下图所示的有限自动机中,0 是初始状态,3 是终止状态,该自动机可以识别(22)。
(22)A. abab B. aaaa C. bbbb D. abba
16、某磁盘磁头从一个磁道移至另一个磁道需要 10ms。文件在磁盘上非连续存放,逻辑上相邻数据块的平均移动距离为 10 个磁道,每块的旋转延迟时间及传输时间分别为100ms 和 2ms,则读取一个 100 块的文件需要 (26) ms 时间。
(26)A. 10200 B. 11000 C. 11200 D. 20200
17、某文件系统采用多级索引结构,若磁盘块的大小为 512 字节,每个块号需占 3 字节,那么根索引采用一级索引时的文件最大长度为 (27) K 字节;采用二级索引时的文件最大长度为(28)K字节。
(27)A.85 B.170 C.512 D.1024
(28)A.512 B.1024 C.14450 D.28890
18、假设磁盘每个磁道有18个扇区，系统刚完成了10号柱面的操作，当前移动臂在13号柱面上，进程的请求序列如下表所示。若系统采用SCAN（扫描）调度算法，则系统响应序列为（26）A，若系统采用CSCAN（单向扫描）调度算法，则系统相应序列为（27）C
19、假设某磁盘的每个磁道划分成9个物理块，每块存放1个逻辑记录。逻辑记录R0，R1，…，R8存放在同一个磁道上，记录的安排顺序如下表所示：
R0 R5 R1 R6 R2 R7 R3 R8 R4 如果磁盘的旋转速度为 27ms/周，磁头当前处在 R0 的开始处。若系统顺序处理这些记录，使用单缓冲区，每个记录处理时间为 3ms，则处理这 9 个记录的最长时间为 （27） ；若对信息存储进行优化分布后，处理 9个记录的最少时间为 （28） 。
（27）A. 54ms B.108ms C.222ms D.243ms 9*(3+3)+8*8*3=246MS （28）A. 27ms B 54ms C.108ms D. 216ms 27*2=54
20、某文件系统采用链式存储管理方案，磁盘块的大小为1024字节。 文件Myfile.doc由 5 个逻辑记录组成，每个逻辑记录的大小与磁盘块的大小相等，并依次存放在 121、75、86、65 和 114 号磁盘块上。若需要存取文件的第 5120 逻辑字节处的信息，应该访问 （28） 号磁盘块。(5120/1024>4，所以要放在第5块上) （28）A. 75 B. 85 C. 65 D. 114 21、在移臂调度算法中，（25）算法可能会随时改变移动臂的运动方向。
（25）A. 电梯调度和先来先服务 B. 先来先服务和最短寻找时间优先 C. 单向扫描和先来先服务 D. 电梯调度和最短寻找时间优先
第8章输入输出设备管理
