同济大学操作系统L22_E：设备管理(IO系统概述与硬件部分)

L22_E：设备管理之I/O系统概述与硬件部分
一、单项选择题
1.如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方式是
_____________。

A. 程序查询
B. 中断方式
C. DMA方式
D. 无条件存取方式
2.在中断处理中，输入输出中断是指__________。

I. 设备出错II. 数据传输结束
A. I
B. II
C. I和II
D. 都不是
3.____________用作连接大量的低速或中速I/O设备。

A. 数据选择通道
B. 字节多路通道
C. 数据多路通道
4.__________是直接存取的存储设备。

A. 磁盘
B. 磁带
C. 打印机
D. 键盘显示终端
5.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
6.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
7.CPU对通道的请求形式是。

A. 自陷
B. 中断
C. 通道命令
D. 转移指令
8.在配有操作系统的计算机中，用户程序通过向操作系统指出使用外部设备的要
求。

A. 作业申请
B. 原语
C. 系统调用
D. I/O指令
9.CPU与通道可以并行执行，并通过实现彼此之间的通讯和同步。

A. I/O指令
B. I/O中断
C. I/O指令和I/O中断
D. 操作员
10.是直接存取设备。

A. 磁盘
B. 磁带
C. 打印机
D. 键盘显示终端
二、多项选择题
11.设备管理的功能包括__________。

A. 设备的分配和回收
B. 外围设备的启动及对磁盘的驱动调度
C. 进程调度
D. 外部设备中断处理
E. 虚拟设备的实现
12.从设备的使用角度可将设备分为__________。

A. 块设备
B. 独占设备
C. 字符设备
D. 共享设备
E. 慢速设备
13.下列属于“通道”特征的是__________。

A. 负责数据输入输出工作
B. 可以与CPU并行工作
C. 比CPU工作速度快
D. 一个通道可连接多个控制器
E. 是一种软件
14.通道是一种__________。

A. 保存I/O信息的部件
B. 传输信息的电子线路
C. 专用处理机
D. 通用处理机
E. 可与CPU并行工作的一种处理机
15.通道发现通道状态字中有等情况时，就形成I/O中断。

A. 控制器结束
B. 设备结束
C. 通道结束
D. 设备出错
E. 设备特殊事件
三、填空题
16.从资源管理（分配）的角度出发，I/O设备可分为①、②和③三种类型。

17.按所属关系对I/O设备分类，可分为系统设备和①两类。

18.引起中断发生的事件称为①。

19.常用的I／0控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、①和②。

20.通道指专门用于负责输入／输出工作的处理机。

通道所执行的程序称为①。

21.通道是一个独立于①的专管②, 它控制③与内存之间的信息交换。

22.发生中断时，刚执行完的那条指令所在的单元号称为断点，断点的逻辑后继指令的单元
号称为①。

23.打印机是①设备，磁盘是②设备。

24.磁带是一种①的设备，它最适合的存取方法是②。

磁盘是一种③的设备，
磁盘在转动时经过读／写磁头所形成的圆形轨迹称为④。

25.从资源分配的角度看，可以把设备分为①设备和②设备；例如：打印机是一种
典型的③设备，而磁盘是一种④设备。

26.UNIX系统中，所有的输入／输出设备都被看成是①。

它们在使用形式上与②相
同，但它们的使用是和设备管理程序紧密相连的。

27.系统中，象键盘、终端、打印机等以①为单位组织和处理信息的设备称为②；
而磁盘、磁带等以③为单位组织和处理信息的设备称为④。

28.通道是一个独立于CPU、专门负责①，它控制②与内存之间的信息交换（传输）。

四、是非判断题
29.通道程序是由发出I/O设备请求的用户编制的，所以，该用户必须指出通道程序在内存
的存放位置。

（）
五、简答题
30.通道在什么情况下要产生“I/O中断”？
31.操作系统设备管理的目标之一是向用户提供使用外部设备的方便、统一的接口，其含义
是什么？
32.设备通常分为哪两类？
33.通道、控制器和设备一般采用交叉连接方式，这样处理的原因是什么。

34.系统采用通道方式后，输入输出过程如何处理。

L22_E：设备管理之I/O系统概述与硬件部分
参考答案与说明
1. C
2. C
3. B
4. A
5. D
6. C
7. C
【说明】CPU通过通道命令启动通道，指出它所要执行的I／O操作和要访问的设备，通道接到该命令后，便向主存索取相应的通道程序来完成对I/O设备的管理。

通道被CPU 启动后，可以和CPU并行工作，当输入／输出完成或发生意外的事件，通道通过中断方式请求CPU进行处理。

8. C
【说明】就启动外设来说，硬件有输入／输出指令。

但在配有操作系统后，对系统资源的分配、控制不能由用户干预，而必须由操作系统统一管理。

用户程序可以通过操作系统提供的程序一级的接口来使用计算机系统的资源。

操作系统为用户提供的程序一级的接口就是系统调用，又称广义指令。

9. C
10.A
11.A B D E
【说明】设备管理应具有如下功能：设备的分配和回收、外围设备的启动、对磁盘的驱动调度、外部设备中断处理、虚拟设备的实现。

“进程调度”属于处理器管理的范畴，不属于设备管理的功能。

所以，应该选择（A）、（B）、（D）、（E）。

12.B D
【说明】现代计算机系统总是配有各种类型的外部设备，种类繁多，可以从不同的角度对它们进行分类。

从设备的使用角度可将设备分为两类：独占设备和共享设备。

所以，应该选择（B）、（D）。

有的系统还有另一类较为特殊的设备，称为虚拟设备，它是用共享设备（通常用磁盘上的一块区域）来模拟独占设备，就好像把一台设备变成了多台虚拟设备，我们称被模拟的设备为虚拟设备。

13.A B D
【说明】通道相当于一个功能单一的处理机（是一种硬件），代替CPU对I／O操作进行控制，专门负责数据输入输出工作，从而使I/O操作可以与CPU并行工作。

通道是实现计算和传输并行的基础。

在一个配备了通道的系统中，主机上可连接多个通道，一个通道连接多个控制器，一个控制器连接多台同类型的设备；而对某些设备（象磁盘那样的快速设备）往往需连接到多个控制器上，将控制器连接到多个通道上进行交叉连接。

所以，应该选择（A）、（B）、（D）。

14.C E
【说明】通道是独立于CPU的专门管理输入／输出控制的处理机；并且可与CPU并行工作。

所以，应该选择（C）、（E）。

15.A B C D E
【说明】当通道状态字中有控制器结束、设备结束、通道结束时表示完成了本次IO操作；当通道状态字中有设备出错、设备特殊事件等情况时表示需要特殊处理。

通道被CPU 启动后，可以和CPU并行工作，当输入／输出完成或发生意外的事件，通道通过中断方式请求CPU进行处理，这两种情况都会形成I/O中断。

因此，正确的选择是（A）、（B）、（C）、（D）、（E）。

16.①独享②共享③虚拟
17.①用户设备
18.中断源
19.①DMA方式②通道控制方式
20.①通道程序
21.①CPU ②输入／输出的处理机⑧外设或外存
22.①恢复点
23.①独占②共享
24.①顺序存取②顺序存取③直接存取④磁道（或柱面）
【说明】顺序存取的设备只有在前面的物理块被存取访问过之后，才能存取后续物理块的内容。

如果按随机方式或按键存取方式存取磁带上的文件信息的话，其效率反而会更低，所以顺序存取方法更能发挥磁带这种设备的效率。

磁盘设备是一种典型的直接存取设备，它允许文件系统直接存取磁盘上的任意物理块。

25.①独享②共享③独享④共享
【说明】独享设备：为了保证传递信息的连贯性，通常这类设备一经分配给某个作业，就在作业整个运行期间都为它独占。

多数的低速设备都属于独享设备。

共享设备：是指允许若干个用户同时共享使用的设备。

26.①特殊文件②普通文件
【说明】在一些操作系统中，常常把设备也看成是文件。

这样的好处是：用户可以用统一的观点去使用设备，并处理存放在设备上的信息。

从这个意义上来说，文件系统在用户和外设之间提供了一个接口。

27.①字符②字符设备③块④块设备
28.①输入／输出的处理机②外设或外存
【说明】通道是一个独立于 CPU的专管输入和输出控制的处理机，它有自己的通道指令，以驱动外设进行读写操作。

不过这些指令需要CPU执行相应的“启动通道”指令来启动信号之后才开始执行，并在操作结束时向CPU发中断信号。

29.错误。

【说明】通道设备有自己的通道指令，依靠自身的链接功能和转移功能构成通道程序。

在设置通道后，把原来由CPU执行的任务交给通道完成，而CPU仅须发出一条I／O指令给通道，指出它所要执行的I／O操作和要访问的I／O设备。

通道接到指令后，便向内存索取相应的通道程序来完成对I／O设备的控制和管理。

30.略
31.【参考答案】：所谓“方便”，是指用户能独立于具体设备的复杂物理特性而方便地使用
设备；所谓统一，是指对不同设备尽量能统一操作方式。

“方便”和“统一”要求对用户屏蔽实现具体设备I／O操作的细节，呈现给用户的是一种性能理想化的、操作简便的逻辑设备。

系统的这种性能亦称为设备的独立性。

32.【参考答案】：（l）独占设备：在一段时间内只能有一个进程占有并使用它，不允许多
个进程同时（交替）使用，如打印机、磁带机等设备，对这类设备往往采用静态分配方式。

（2）共享设备：允许多个进程共享使用，即多个进程在该类设备的I/O传输可以交叉，如对磁盘的使用。

33.【参考答案】：连接采用交叉连接，其好处是：（1）提高系统的可靠性：当某条通路因
控制器或通道故障而断开时，可使用其它通路。

（2）提高设备的并行性：对于同一个设备，当与它相连的某一条通路中的控制器或通道被占用时，可以选择另一条空闲通路，减少了设备因等待通路所需要花费的时间。

34.【参考答案】：CPU在执行用户程序时遇到I／O请求，则可以根据用户的I/O请求生成
通道程序（通道程序也可能是事先编制好的），放到内存中，并把该通道程序首地址放入CAW中。

然后，CPU执行“启动I/O”指令，启动通道工作。

通道接收“启动I/O”
指令信号，从CAW中取出通道程序首地址，并根据此地址取出通道程序的第一条指令，放入CCW中；同时向CPU发回答信号，通知“启动I/O”指令执行完毕，CPU可继续执行。

而通道开始执行通道程序，进行物理I/O操作。

执行完一条指令，如果还有下一条指令则继续执行，否则表示传输完成，同时自行停止，CPU转去处理通道结束事件，并从CSW中得到有关通道状态。