操作系统课后习题答案4

6.设备管理

6.1例题解析

例6.2.1何谓虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的。

解本题的考核要点是虚拟设备的实现方法。

虚拟设备是指利用软件方法，比如SPOOLing系统，把独享设备分割为若干台逻辑

上的独占的设备，使用户感受到系统有出若干独占设备在运行。当然，系统中至少一台

拥有物理设备，这是虚拟设备技术的基础。

SPOOLing系统又称“假脱机I/O系统”，其中心思想是，让共享的、高速的、大

容量外存储器(比如，磁盘)来模拟若干台独占设备，使系统中的一台或少数儿台独占

设备变成多台可并行使用的虚拟设备。

SPOOLing系统主要管理外存上的输入井和输出井，以及内存中的输入缓冲区和输

出缓冲区。其管理进程主要有输入和输出进程，负责将输入数据装入到输入井，或者将

输出井的数据送出。它的特点是：提高了I/O操作的速度；将独占设备改造为共享设

备；实现了虚拟设备功能。

例6.2.2有关设备管理要领的下列叙述中，()是不正确的。

A.通道是处理输入、输出的软件

B.所有外围设备都由系统统一来管理

C.来自通道的I/O中断事件由设备管理负责处理

D.编制好的通道程序是存放在主存贮器中的

E.由用户给出的设备编号是设备的绝对号

解本题的考核要点是设备管理的基本概念。

(1)通道是计算机上配置的一种专门用于输入输出的设备，是硬件的组成部分。因

此A是错误的。

(2)目前常见I/O系统其外部设备的驱动和输入输出都由系统统管理。因此B是

对的。

(3)设备管理模块中的底层软件中配有专门处理设备中断的处理程序。通道中断属

于设备中断的一种。因此C是对的。

(4)通道设备自身只配有一个简单的处理装置(CPU),并不配有存储器，它所运

行的通道程序全部来自内存。因此D是对的。

(5)系统在初启时为每台物理设备赋予一个绝对号，设备绝对号是相互独立的。由

用户给出的设备号只能是逻辑编号，由系统将逻辑号映射为绝对号。因此E是错误

的。

06.设备管理0

例6.2.3在关于SPOOLING的叙述中，描述是不正确的。

A.SPOOLING系统中不需要独占设备

B.SPOOLING系统加快了作业执行的速度

C.SPOOLING系统使独占设备变成共享设备

D.SPOOLING系统利用了处理器与通道并行工作的能力。

本题的考核要点是SPOOLING技术。涉及的概念有4方面：

(1)该项技术应有外存空间作为物质基础，同时应当至少有•台独占设备实现

输入或输出，因此选项A错误。

(2)SPOOLING技术又称“脱机输入输出系统”。它将独享设备改造成与共享

设备，使进程避免长期等待I/O操作的完成，因此加快了作业执行的速度。所以说

B是正确的。

(3)SPOOLING技术将外存空间模拟成多台独占设备，功能上看，它将一台独

占设备变成一台共享设备，因而C是对的。

(4)在计算机系统中安装上通道设备，使处理器与通道可以并行工作。这作为

一种硬件配置，与没有通道的系统相比，系统的资源利用率得到提高。不过，无论

有没有配置通道，SPOOLING系统都是可以运行的。因此D是不正确的。

例6.2.4I/O软件一般分为4个层次，用户层、与设备无关软件层、设备驱动程序

以及中断处理程序。请说明以下各工作是在哪一层完成的？

(1)向设备寄存器写命令；

(2)检查用户是否有权使用设备；

(3)将二进制整数转换成ASCII码以便打印。

解本题的考核要点为设备管理模块的结构。有些系统的结构分为本题所说的4层

结构，而有的系统将设备驱动程序与中断处理程序合并为1层，共分为3层(见汤子瀛

《计算机操作系统》，P221)。无论如何划分并不影响本题的回答。

设备驱动程序是设备管理的底层软件，用于控制I/O设备进行具体输入输出操作。

其功能是：

1)将抽象的要求转换为具体的要求；

2)检查用户I/O请求的合法性，了解外设的状态，设置设备的工作方式；

3)向设备发出I/O命令，启动设备，实现I/O。

(1)由于“向设备寄存器写命令”属于直接操作设备控制器的操作，因此属于设备

驱动程序。

(2)用户层软件是用户与设备管理模块的接口，负责解释用户的应用请求，并将这

种请求转化为具体的输入输出操作。不过，该层软件并不检查用户的访问权限，因此，

“检查用户是否有权使用设备”属于设备驱动程序。

(3)与设备无关软件层软件主要负责将逻辑设备名转换为物理设备，实现设备的分

配和回收，进行缓冲区管理等。“将二进制整数转换成ASCII码以便打印”不属于该层

软件。它应当是将抽象要求转换为具体要求的一部分，所以也属于设备驱动程序。

112

例6.2.5在缓冲池中有3个队列，分别为空白缓冲队列em,输入缓冲队列in,以

及输出缓冲队列outo过程addbuf(type,numb)和take_buf(type,numb)分别用

来把缓冲区numb插入type队列和从type队列中取出缓冲区numb。

试描述进程从任一缓冲队列得到一个缓冲区的过程getbuf(type,numb)和将一

个缓冲区numb放入缓冲队列的过程put_buf(type,numb)。

解设队列type的互斥信号量为S(type),初值为1。设描述资源数目的信号量RS

(type),初值为n。

信号量的定义及初始化过程，以及get,buf()过程和put_buf()过程的描述如

下：

SemaphoreS(type)：=1；

SemaphoreRS(type)：=n；/*n为type队列长度*/

PROCEDUREget_buf(type,number)

BEGIN

P(RS(type));

P(S(type));

Pointerofbuffer(number)=take_buf(type,number)

V(S(type));

END;

PROCEDUREput_buf(type,number)

BEGIN

P(S(type));

add_buf(type,number)

V(S(type));

V(RS(type));

ENDo

例6.7描述操作系统中使用公用缓冲池时数据块插入缓冲队列的输入过程。

本题考核的要点是缓冲池技术。缓冲池由多个缓冲区组成，其中每个缓冲区包括缓

冲区首部和缓冲体两部分。系统通过操作缓冲池首部，实现对缓冲区的管理。

解通常，缓冲池中有3个队列：em队列(空白缓冲区队列)、in队列(装满输入

数据的缓冲区队列)、out队列(装满输出数据的缓冲区队列)。

令参数type表示缓冲队列类型，number表示缓冲区号。缓冲池管理中负责数据输

入的过程可包括：

(1)过程getbuf(type,number)：以某种选取规则从type指定的缓冲

区队列中摘取一个缓冲区number。

(2)过程putbuf(type,number)：将number缓冲区程将缓冲区放入

相应缓冲区队列。

06.设备管理0

使用上述操作，输入过程可被描述如下：

（1）输入进程调用过程get_buf（em,number）从空白缓冲区队列em中取出一

个缓冲区，返回的号码为number。将该空白缓冲区命名为hin。

（2）将输入的数据装入缓冲区hin,当hin中装满了由输入设备输入的数据之

后，系统调用过程put_buf（in,hin）将该缓冲区插入输入缓冲队列in中。

例6.8逻辑设备表（LUT）的主要功能是（）和（）。设备驱动程序是一种低级

的系统例程，它通常分为（）和（）两个部分。

本题的考核要点是设备管理的基本概念。涉及的内容有：

设备管理的功能之•是，将用户输入的逻辑设备名映射为系统内的物理设备。可使

系统在设备分配中更灵活，设备管理更具独立性。在多用户系统中，LUT是系统为每

个进程配置的一种数据结构。该结构被保存到进程的PCB中，内含两个域：逻辑设备

名和指向系统设备的指针。因此，该问题的正确答案应为：（实现逻辑设备到物理设备

的映射）和（实现设备独立性）。

②.设备驱动程序是设备管理的底层软件，用于控制I/O设备进行具体输入输出操

作。此外，当输入输出操作完成时，产生的外中断信号由系统予以响应，转入设备中断

处理程序，根据操作的状态进行相应的处理。因此正确答案应为：

控制I/O设备进行具体输入输出操作程序、设备中断处理程序

例6.9（论述题）试给出两种I/O调度算法，并说明为什么I/O调度中不能采用时间片

轮转法。

本题的考核要点是I/O调度算法。两种常用的I/O调度算法是：

①.先来先服务算法。当系统中多个进程对同一I/O设备提出输入输出请求时，该

算法把它们按请求顺序排成一个等待队列，并将该I/O设备分配给队列中的第一个进

程。

②.优先权高者优先算法。当系统中多个进程对同一I/O设备提出输入输出请求

时;该算法把它们按优先权由高到低的顺序排成一个等待队列。并将该I/O设备分配给

队列中的第一个进程（其优先权最高）。

时间片轮转算法是不能用于I/O调度中的。因为在I/O操作中，大部分外部设备都

是独占设备，其固有属性决定了设备只能独占使用，不能共享使用。这种设备一旦被某

进程占用，直到使用完才能被释放。而且在通道程序控制的输入输出系统中，通道程序

的执行是不受中断影响的。时间片中断信号并不能中断通道程序的操作。所以I/O调度

中不能采用时间片轮转法。

例6.10某操作系统采用双缓冲传送磁盘上的数据。设从磁盘将数据传送到缓冲区所用

时间为TL将缓冲区中数据传送到用户区所用时间为T2（假设T2«T1）,CPU处理

数据所用时间为T3,则处理该数据，系统所用总时间为（）。

(A)T1+T2+T3(B)MAX(T2,T3)+T1

(C)MAX(T1,T3)+T2(D)MAX(T1,T3)

114

分析：系统采用双缓冲传送某磁盘数据时.：

①.如果T3>T1,即CPU处理数据快，数据传送慢。此时意味着I/O设备可连续

输入，磁盘将数据传送到缓和冲区，再传送到用户区，与CPU处理数据可视为并行处

理。时间的花费取决于CPU最大花费时间，则系统的用总时间为T3。

②.如果T3<T1,即CPU处理数据比数据传送快，此时CPU不必等待I/O设备，

磁盘将数据传送到缓冲区，与缓冲区中数据传送到用户区，及CPU处理数据，二者可

视为并行执行，则花费时间取决于磁盘将数据传送到缓冲区所用时间T1。

答案应为D。

例6.11下面是一段简单的通道程序，则四个选项中叙述不正确的是（）«

操作PR计数内存地址

WRITE0190743

WRITE01100250

READ012301200

WRITE00120400

WRITE01120350

READ11702000

（A）该段通道程序包括六条、两类通道指令

（B）这些指令涉及的数据内存地址有相邻接的地方

（C）该段通道程序共处理了5条记录

（D）单记录最大为230个字节

本题考核的是通道程序的功能。涉及的概念有：

①.每一行就是一条指令；该段通道程序的6条指令可分为WRITE和READ两类

通道指令。

①.在6条指令中，第2条和第5条指令访问的内存地址是邻接的。

②.在通道指令中，域R是记录的结束标志。R=0表明本通道指令与下一条通道

指令处理的数据属于同一条记录；R=1表明本指令处理完数据后，记录就结束

了。因此上面的程序涉及5条记录。

③.程序中的第4条指令和第5条指令共同处理一条记录，即第4条记录。记录的

长度为240（120+120）字节。

答案应为D。

例6.12（填空题）进行设备分配时所需的数据表格主要有（）、（）、（）和（）

等。

本题的考核要点是设备分配中使用的数据结构。主要包括：

•设备控制表（UC或DCB）:记录设备的使用情况。主要有设备类型、设

备标识符、设备状态、出错后的重复执行次数、控制器表指针，及其他信

06.设备管理0

息。

•控制器控制表（CC或COCB）:记录控制器的使用情况。主要有控制器

标识符、控制器状态、通道控制表指针，及其他信息。

•通道控制表（CH或CHCB）:记录通道的使用情况。主要有通道标识

符、通道状态、控制器控制表指针，及其他信息。

・系统设备表（SDT）:这是系统范围内的数据结构，记录全部设备的使用

情况。主要有设备类型、设备标识符、设备控制表指针、设备驱动程序入

口等。

上一述前3个表的组织结构如下图所示。

设

备

控

制

表

格

例6.13（填空题）某操作系统中，采用中断驱动I/O控制方式，设中断时，CPU用

1ms来处理中断请求，其它时间CPU完全用来计算，若系统时钟中断频率为100HZ,

则，CPU的利用率为（）o

（A）60%（B）90%

（C）80%（D）70%

本题的考核要点是时钟中断处理时CPU的利用率。首先根据中断频率确定两次中

断的间隔时间T为：

T=l/100=0.01s=10ms

其次，在10ms时间间隔内，CPU需要花费1ms去处理中断，生硬杀时间用来进

行计算。因此CPU的利用率p为：

p=l-lms/10ms=90%

例6.14（问答题）某操作系统中采用单缓冲传送磁盘数据。设从磁盘将数据传送到缓

冲区所用时间为TL将缓冲区数据传送到用户区所用时间为T2,CPU处理数据所用

时间为T3。问系统处理该数据所用总时间为多少？。

本题考核的要点是系统利用单缓冲区进行数据输入的原理。在单缓冲区情况下，磁

盘将数据传送到缓冲区的操作，与CPU处理数据可视为并行操作。处理过程见下图。

116

当第一个数据块从外存输入缓冲区，并将缓冲区数据送入用户区后，第二个数据块从外

存输入缓冲区的操作就可以与CPU运行用户区的程序操作并行操作。见下图。

0-0-<S)

0-0-<3)

从图中可以看出，处理•个数据块的时间可以估算为MAX（Tl,T3）+T2。

例6.15（填空题）利用通道实现了（）之间数据的快速传输。

（A）CPU和外设（B）内存和CPU

（C）内存和外设（D）外设和外设

本题的考核要点是通道的作用。涉及的概念有：

①.计算机系统中设置通道设备，是为了使一些原来由CPU处理的输入输出操作

转给通道，由通道来完成。这样一来可以按CPU从繁杂的输入输出操作中解脱出来。

设有通道的硬件结构为：

②.通道设备与CPU之间的连接实现的是接收CPU来的参数设置、启动外设的命

令，及向CPU报告操作状态等。通道设备与内存之间的连接，主要实现内存和外设之

间的数据快速传输。另外，通道与内存的连接还在于通道设备本身没有自己的内存，它

所执行的通道程序必须来自于内存中。

例6.16（填空题）设备驱动程序是系统提供的一种通道程序，它专门用于在请求I/O的

06.设备管理0

进程与设备控制器之间传输信息。下面的选项中不是设备驱动程序功能的是()o

(A)检查用户I/O请求的合法性

(B)及时响应由控制器或通道发来的中断请求

(C)控制I/O设备的I/O操作

(D)了解I/O设备的状态，传送有关参数，设置设备的工作方式

本题考核的要点是设备驱动程序的功能。设备驱动程序的功能有以下5种：

①.将接收到的抽象要求转换为具体要求。

②.检查拥护I/O的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关部门参数，设置设备

的工作方式.

③.发出I/O操作命令，启动I/O设备，完成I/O操作。

④.响应通道发来的中断请求，根据中断类型调用响应的中断处理程序。

⑤.构造通道程序。

例6.17(填空题)下列哪种设备不是从设备分配策略角度来说的()«

(A)系统设备(B)独享设备

(C)共享设备(D)虚拟设备

本题的考核要点是设备的分类问题。主要涉及的概念有：

①.按设备的所属权划分，设备可分为系统设备和用户设备。

②.按设备分配方式划分，设备可分为3种：独享设备(又称独占设备)、共享设

备和虚拟设备。其中，

•独享设备采用独享分配策略，采用的是“请求-分配-使用-回收”分配

方式.

・共享设备和虚拟设备采用的是共享分配策略，比如用P、V操作实现

临界资源的使用，用任务排队方式实现磁盘的分时访问等。

例6.18(选择题)对于速率为9.6KB/S的数据通信来说，如果说设置一个具有8位的缓

冲寄存器，则CPU中断时间和响应时间大约分别为()o

(A)0.8ms,0.8ms(B)8ms,1ms

(C)0.8ms,0.1ms(D)0.1ms,0.1ms

本题的考核要点是中断时间和响应时间的计算。设计的内容为：

①.已知传输速率为9.6KB/S的数据通信，产生中断的频率为9.6KHZo题中引用

了8位的缓冲寄存器可使中断频率降为1/8,即，9.6*1024/8o那么，CPU的中断时间

为T1：

11=8/(9.6*1024)^0.8ms.

②.CPU的响应时间T2为：

72=1/(9.6*1024)^O.lms.

(注意：若再增设•个8位的缓冲寄存器，响应时间也可放宽到0.8ms。)

例6.19(问答题)在设备管理中，保持设备独立性有何意义？

118

本题的考核要点是设备分配原理。

当用户需要一台系统设备时，用户请求中给出一个逻辑设备名。据此，系统就在多

台同类的物理设备中分配一台具体的物理设备。这样一来，就在逻辑设备与物理设备之

间建立了一个映射、系统将这一映射保存在进程的PCB中。以后该进程需要利用设备

进行I/O时，系统就查阅PCB,根据设备的映射关系去启动物理设备。

设备独立性的优点有：

•方便用户编程。用户不必知道设备在系统中的标识。

・便于程序移植。程序中使用的是逻辑设备，与具体的物理设备无关，因

此便于移植到其他系统中.

・资源利用率提高。如果一台设备忙或者有故障，可换另外一台。

・能适应多用户多进程的需要。

例6.20（问答题）用流程图描述设备中断的处理过程。

本题的考核要点是中断的处理。其处理过程可分为以下几步：

①.唤醒被阻塞的驱动程序进程。

②.保护被中断进程的CPU现场信息。

③.分析中断原因，转入相应的中断处理程序执行。

④.进行中断处理。对于输入设备中断处理来说，需要将读入的数据从缓冲区转到

用户区；对于输出设备来说，可将用户区中的下一批数据转到缓冲区。无论输

入还是输出，都可重新启动外部设备进行下•次I/O,同时，还要将等待I/O

的进程唤醒。

⑤.恢复被中断程序的现场。

流程图为：

例6.21（问答题）在一个CPU和输入设备I、输出设备O并行执行的系统中，设输入

设备I和输出设备O的启动受CPU指令的控制，且输出设备O的启动还受输出缓冲

06.设备管理0

是否装满输出数据的限制。只有装满输出数据，输出设备才能被启动。试描述中断处

理方式下的CPU动作过程。

本题的考核要点是系统响应中断的处理过程。在个多道程序运行环境中，当进程

A正在使用CPU运行自己的程序且需要进行输入输出。系统一方面启动输入输出设

备，令一方面系统需要选择另一个进程B使用CPU,该处理过程可见下图所示。

请求I/O

CPU的动作过程为：

①.当前进程A有输入输出请求时、CPU发出“启动外设”命令。

②.A被阻塞起来等待外设的输入输出操作完成，进程调度原语从就绪队列上选择

一个新的就绪进程B使用CPU。

③.当外设的输入输出完成后，I/O控制器向CPU发出中断信号(比如INTR)。

④.CPU在收到中断信号之后，保护B的现场信息，转向预先设计好的中断处理

程序对数据传输的结果进行处理。

⑤.中断处理结束后，恢复B的现场信息，继续执行被中断的进程Bo在以后的

进程调度中，只要选中了请求I/O的进程A,A才可以继续工作。

6.2习题

一、选择最合适的答案

1.在下面的I/O控制方式中，需要CPU干预最少的方式是()o

(A)程序I/O方式

(B)中断驱动I/O控制方式

(C)直接存储器访问DMA控制方式

(D)I/O通道控制方式

2.某操作系统中，采用中断驱动I/O控制方式，设中断时，CPU用1ms来处理中

断请求，其它时间CPU完全用来计算，若系统时钟中断频率为100Hz，则，CPU的利

用率为()。

(A)60%(B)70%

(C)80%(D)90%

3.下列哪一条不是磁盘设备的特点()。

(A)传输速率较高，以数据块为传输单位

(B)一段时间内只允许一个用户(进程)访问

(C)I/O控制方式常采用DMA方式

(D)可以寻址，随机地读/写任意数据块

120

4.利用通道实现了()之间数据的快速传输。

(A)CPU和外设(B)内存和CPU

(C)内存和外设(D)外设和外设

5.假脱机技术中，对打印机的操作实际上是用对磁盘存储实现的，用以替代打印

机的部分是指()。

(A)共享设备(B)独占设备

(C)虚拟设备(D)物理设备

6.设从磁盘将一块数据传送到缓冲区所用时间为80PS,将缓冲区中数据传送到

用户区所用时间为40us,CPU处理数据所用时间为30us,则处理该数据，采用单缓

冲传送某磁盘数据，系统所用总时间为()。

(A)120Ps(B)110ns

(C)150Ps(D)70Us

7.对于速率为9.6KB/S的数据通信来说，如果说设置一个具有8位的缓冲寄存

器，则CPU中断时间和响应时间大约分别为()。

(A)0.8ms,0.8ms(B)8ms,1ms

(C)0.8ms,0.1ms(D)0.1ms>0.1ms

8.在调试程序时，可以先把所有输出送屏幕显示而不必正式输出到打印设备，其

运用了(

(A)SPOOLing技术(B)I/O重定向

(C)共享技术(D)缓冲技术

9.设备驱动程序是系统提供的一种通道程序，它专门用于在请求I/O的进程与设

备控制器之间传输信息。下面的选项中不是设备驱动程序功能的是()。

(A)检查用户I/O请求的合法性

(B)及时响应由控制器或通道发来的中断请求

(C)控制I/O设备的I/O操作

(D)了解I/O设备的状态，传送有关参数，设置设备的工作方式

10.下列关于通道、设备、设备控制器三者之间的关系叙述中正确的是()。

(A)设备控制器和通道可以分别控制设备

(B)设备控制器控制通道和设备一起工作

(C)通道控制设备控制器，设备控制器控制设备

(D)设备控制器控制通道，通道控制设备

二、选择所有正确的答案

1.下列哪一个选项是引入缓冲的原因(

(A)缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾

(B)减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制

(C)减少CPU对I/O控制的干预

(D)提高CPU和I/O设备之间的并行性

06.设备管理0

2.从设备分配的角度来看，设备分成（）。

A.独享设备B.系统设备

C.用户设备D.共享设备

E.虚拟设备

3.在操作系统中，下列选项属于软件机制的是（）。

（A）缓冲池（B）通道技术

（C）覆盖技术（D）Spooling技术

4.下列哪种设备是从设备分配策略角度来说的（）。

（A）系统设备（B）独享设备

（C）共享设备（D）虚拟设备

5.下列关于通道、设备、设备控制器三者之间的关系叙述中正确的是（）。

（A）控制器和通道可以分别控制设备

（B）控制器、通道和设备一起工作

（C）通道控制设备控制器，设备控制器控制设备

（D）设备控制器控制通道，通道控制设备

6.在假脱机I/O技术中，对打印机的操作实际上是用对磁盘存储的访问。那么,

用以替代打印机的部分通常称作（）。

（A）共享设备（B）独占设备

（C）虚拟设备（D）物理设备

7.下列存储设备中，适合作为共享设备的是（

（A）语音输入输出设备（B）打印机

（C）鼠标（D）磁盘

8.低速设备一般被设置成独占设备,可用作独占设备的有（

（A）软磁盘（B）磁带机

（C）可擦写光驱（D）磁鼓

9.系统中的通道数量较少，可能会产生“瓶颈”问题。（）不是解决此问题

的有效方法

（A）在结构上增加一些连线，以增加数据传送通路

（B）在数据传输线路匕多增设一些缓冲区

（C）提高CPU的速度

（D）采用虚拟设备技术

10.I/O系统硬件结构分为4级：1.设备控制器2.I/O设备3.计算机4.I/O通

道，按级别由高到低的顺序是（）。

(A)2-4-1-3(B)3-1-4-2

(C)2-1-4-3(D)3-4-1-2

三、判断正误，简要说明理由

1.操作系统采用缓冲技术的缓冲池主要是通过硬件来实现的。

122

2.低速设备一般被设置成共享设备。

3.通道指令和一般机器的指令没有什么不同。

4.数组选择通道和数组多路通道可以支持多个通道程序并发执行，而字节多路通

道不支持多个通道程度并发执行。

5.共享设备允许多个作业同时使用设备，即每一时刻可有多个作业在使用该共享

设备，因而提高了系统设备资源的利用率。

6.由于设备分配中设置了若干数据结构，所以在设备分配中不会发生死锁。

7.I/O通道控制方式中不需要任何CPU干预。

8.先来先服务算法、优先级高者优先算法、时间片轮转算法等是经常在设备分配中

采用算法。

9.由于独占设备在一段时间内只允许一个进程使用，因此，多个并发进程无法访

问这类设备。

10.操作系统中应用的缓冲技术，多数通过使用外存来实现。

四、简答题

1.计算机中设备控制器是由哪些部分构成的？

2.什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？

3.有哪几种I/O控制方式？分别适用何种场合？

4.试说明DMA的工作流程。

5.在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max(C,T)+Mo

6.为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max(C,T)?

7.试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况。

8.试说明收容输入工作缓冲区和提取输出工作缓冲区的工作情况。

9.何谓安全分配方式和不安全分配方式？

10.为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？

11.试说明SPOOLing系统的组成。

12.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？

13.试说明设备驱动程序具有哪些特点？

14.试说明设备驱动程序应具有哪些功能？

15.设备驱动程序通常要完成哪些工作？

16.设备中断处理程序通常需完成哪些工作？

6.3习题解答

一、1.D2.D3.B4.C5.C6.A7.C8.B9.C

10.C

二、1.(ABD)2.(ADE)3.(ACD)4.(BCD)

5.(BC)6.(C)7.(D)8.(ABC)

06.设备管理0

9.（BCD）10.（D）

三、1.答案：（错）。缓冲技术的实现方法有硬件和软件两种。

・硬件方法，适于应用在速度和安全性要求较高的重要场合，且费用很

i^j；

・软件方法，即在内存中开辟出专门的存储区来做缓冲区。

操作系统采用的缓冲池技术是系统公用资源，由多个缓冲区组成，是通过采用软件

的方法在内存中实现的。

2.答案：（错）计算机外部设备分为：高速设备和低速设备。低速设备是不可以共

享使用的，因为在一段时间内不能由多个进程同时访问。

3.答案：（错）通道指令与一般机器指令有如下几点不同之处：①通道指令的寻址

方式较•般机器指令简单。②通道指令的指令格式方式较般机器指令简单。③通道指

令的操作码较一般机器指令简单。

4.答案：（错）在硬件结构中只有数组多路通道支持多个通道程序并发执行。

5.答案：（错）共享设备允许多个作业在一段时间内同时使用设备。

6.答案：（错）为了保证每一次设备分配的顺利实施，系统中设置了DCB、

COCB、CHCB、SDT等数据结构。但这并不能保证设备分配的安全性。要想保证分配

不发生死锁，还需进行安全性测算。

7.答案：（错）通道在I/O程序执行的开始或结束时，必需要CPU进行一定的处

理。只有在执行I/O程序期间，无需CPU干预。

8.答案：（错）前两种算法可用在设备分配中采用，而时间片轮转算法则不适合在

设备O分配中。因为一般设备的I/O操作一经启动后，便一直运行下去直到完成，I/O

操作期间不宜中断，更不宜切换给其他进程使用。

9.答案：（错）可以把独占设备作为系统的一种临界资源，用互斥的方法访问它。

10.错。因为操作系统中应用的缓冲技术是有其限定性的，一般是在内存中或通过

硬件技术来实现的。基本上不通过外存来实现。

四、I.答：包括：①设备控制器与CPU的接口；②设备控制器与设备的接口；③输入

输出逻辑（见下图所示）。

2.答：①字节多路通道含有多个子通道。每个子通道连接台低速设备，以轮流

方式共享主通道。任一子通道交换完一个字节后就将主通道让给下一个子通道。

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②数组选择通道可连接多台高速外设，具有较高的传输速率。它有一台分配型子

通道，一段时间内只能执行一道通道程序，使一台设备独占通道以进行数据交换，直到

交换完后才可让给其他的设备。

③数组多路通道含有多个非分配型子通道，每个子通道连接一台高速外设，以轮

流方式共享主通道。任一子通道交换完若干字节后就将主通道让给下一个子通道。

3.答：共有四种I/O方式：

①程序I/O方式，又称作“忙-等”方式。该方式执行一个循环程序，反复查询外

设状态，如果外设“忙碌”则循环查询，直到查得外设状态为“闲置”时止。该方式适

用于机内没有中断机构的场合。

②中断控制I/O方式。该方式在进行I/O时，CPU向控制器发出I/O命令后，由

控制器控制外设操作，CPU转其他任务的处理，即，CPU与外设并行工作。当外设完

成I/O后向CPU发中断信号，CPU只需花费很少的时间进行I/O的善后处理，此前毋

须进行干预。该方式可适于低速外设I/O,并可配合DMA和通道方式实现I/O。

③DMA(直接内存访问)方式。该方式适于高速外设I/O,一次可以在外设与内

存之间传输一个或多个数据块。传输完毕后才需CPU干预。

④通道方式。该方式中，系统预先要将I/O的过程实现为一段通道程序，置于内

存的特定位置，而后启动通道。由通道负责执行通道程序对外设进行I/O控制，CPU

转其他程序运行。I/O完成后通道向CPU发中断信号，CPU花很少时间作善后处理。

4.答：①CPU需要访问外存时，便发送一条访问命令给DMA的命令寄存器

CR、一个内存地址码给DMA的内存地址寄存器MAR、本次要传送的字节数给DMA

的数据计数器DC、外存地址给DMA的I/O控制逻辑中。

②启动DMA控制器，然后CPU转其他任务处理。

③DMA控制器负责控制数据在内存与外存之间传送。每传送一个字节就需挪用一

个内存周期，按MAR从内存读出或写入内存一个字节，修改MAR和计数器DC。

③当DC修改为0,表示传送结束，由DMA向CPU发出中断请求。

5.答：令T是读外存数据送内存缓冲区时间，M是数据从缓冲区传送到用户区的

时间，C是读内存用户区数据进行计算的时间。当进行第I次读外存数据送缓冲区时•，

系统可同时读出用户区中第(L1)次数据进行计算。此两项操作并行进行且互不干

扰，并与数据从缓冲区传送到用户区的操作串行进行，因此处理一块数据的时间大约为

max(C,T)+Mo

6.答：该方式又称缓冲对换方式。写入者花费时间T将数据写满一个缓冲区后再

写另一个缓冲区；读出者花费时间M将一个缓冲区数据送到用户区后再传送另一个缓

冲区数据，运算者读出用户区进行处理。由于将数据从缓冲区传送到用户区操作必须与

读用户区数据进行处理串行进行，而且它们又可以与从外存传送数据填满缓冲区的操作

并行。因此耗时大约为max(C+M,T)。考虑到M是内存中数据块的“搬家”耗时，非

常短暂可以省略，因此近似地认为是：max(C,T)o

7.答：•般情况下，需要将多缓冲区形成•个环。环上设置两个指针：Nexti和

Nextg。前者指出数据的存入位置，后者指出数据的提取位置。下图是由6个缓冲区组

06.设备管理0

成的环，其中，带阴影的表示是装满数据的缓冲区，不带阴影的是空缓冲区。

当需要将环中的一个缓冲区数据输出时，①用P操作独占该环；②判断Nexti与

Nextg是否重合，若是重合则表示环中数据已空，需要通过V操作释放该环，并阻塞等

待。③若Nexti与Nextg没有重合，则从Nextg处取出一个缓冲区的数据，将Nextg顺

序向后推一个位置，需要通过V操作释放该环。

8.答：①当需要输入数据时，调用GetBuf(emq)过程从空闲队列上摘F一个空

缓冲区，作为收容输入工作缓冲区hin,输入的数据被装入hin中，装满hin后，调用

PulBuf(inq,hin)过程将hin挂入输入队列inq中。

②当需要输出数据时，调用GetBuf(outq)过程从输出队列上摘下一个装满数据的

缓冲区，作为提取输出工作缓冲区sout,将sout中的数据提取输出，sout的数据被提取

完后,调用PutBuf(emq,sout)过程将sout挂入空闲队列中。

9.答：①安全分配是一种“撰弃请求和保持条件”的资源分配方式。在这种方式

中，一个进程请求资源一旦获得(比如I/O请求时获得所需的设备)，该进程就由运行

状态变为阻塞状态，使它不可能再请求新的资源。相反，当该进程开始运行时(比如

I/O完成后被唤醒)，它已不占有资源。因此，这种分配挨弃了造成死锁的一个条件，

分配是安全的。这种分配方式的缺点是进程推进速度慢，因为CPU与I/O是串行的。

②不安全的分配方式是指，进程在提出资源请求时(比如I/O请求)并不将它