操作系统：输入输出系统 练习题（带有答案和解析）

下列描述中，不是设备管理的功能的是（C）。

A.实现外围设备的分配与回收
B.实现虚拟设备
C.实现“按名存取”
D.实现对磁盘的驱动调度。

解析：本题考察设备管理的主要范畴。A选项中的外围设备、B选项中的虚拟涉笔、D选项中的磁盘都属于外部设备，因此都属于设备管理的范畴。C选项中的按名存取属于文件管理的范畴，因此本题选择C选项。

单机操作系统的共享资源是指（D）。

A.内存
B.CPU
C.打印机
D.内存、CPU、打印机

解析：本题考察单机操作系统的共享资源的内容。单机操作系统的共享资源包括内存、CPU和打印机。

1.I/O系统的功能、模型和接口

1.1.I/O系统的基本功能

下列设备中，不属于独占设备的是（B）。

A.打印机
B.磁盘
C.终端
D.磁带

解析：本题考察常见的独占设备。常见的独占设备包括打印机、磁带机等；磁盘是典型的共享设备。

什么是独占设备？什么是共享设备？两者在分配方式上有什么不同？

解析：本题考察独占设备和共享设备的定义和各自的分配方式。
①独占设备的概念：独占设备是指进行需要互斥访问的外部设备，也就是说系统一旦把该设备分配给了某个进程后，便由该进程独占，直到用完释放。
②共享设备的概念：共享设备是指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。
③两者在分配方式上的区别：独占设备采用独占分配方式，系统效率较低；共享设备采用共享分配方式，适用于高速大容量的直接存储设备，设备的利用率较高。

与设备无关性的基本含义是什么？为什么要设置该层？

解析：本题考察I/O系统与设备无关性的定义和作用。
①与设备无关性的基本含义：应用程序中所用的设备，不局限于某个具体的物理设备。
②与设备无关性的作用：首先，用户不仅可以使用抽象的I/O命令，还可以使用抽象的逻辑设备名来使用设备；其次，可以有效地提高操作系统的可移植性和易适应性。

设备独立性是指（D）。

A.设备具有独立执行I/O功能的一种特性
B.设备驱动程序独立于具体使用的物理设备的一种特性
C.能独立实现设备共享的一种特性
D.用户程序使用的设备与实际使用哪台设备无关的一种特性。

解析：本题考察设备独立性的定义。设备独立性是指用户程序所使用的设备是逻辑设备，与实际使用哪一台设备无关的特性。

1.3.I/O系统接口

按（D）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

解析：本题考察块设备和字符设备的定义。块设备是指数据的存取和传输都是以数据块为单位的设备；字符设备是指数据的存取和传输都是以字符为单位的设备。由此可见，块设备和字符设备的分类依据是信息交换单位。

4.设备驱动程序

4.1.设备驱动程序概述

一个计算机系统配置了2台绘图机和3台打印机，为了正确驱动这些设备，系统应该提供（A）个设备驱动程序。

A.2
B.3
C.5
D.1

解析：本题考察设备驱动程序的配置个数。在系统中，应该为每一类外部设备配备一个设备驱动程序，本题中有两种外部设备，因此应该配备2个设备驱动程序。

4.3.对I/O设备的控制方式

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（ C）。

A.程序查询
B.中断方式
C.DMA方式
D.无条件存取方式

解析：本题考察DMA方式的定义。DMA方式是指外设与内存直接完成成批数据交换而不经过CPU的I/O控制方式。

有几种I/O控制方式？各有什么特点？

解析：本题考察对I/O设备的控制方式。
有四种I/O控制方式，分别是使用轮询的可编程I/O控制方式、使用中断的可编程I/O控制方式、直接存储器访问方式和I/O通道控制方式。下面分别给出四种方式的特点：
①使用轮询的可编程I/O方式：CPU全程通过程序查询干涉I/O过程，存在忙等现象，对CPU的效率影响较大。
②使用中断的可编程I/O方式：消除了忙等现象，一定程度上解放了CPU，但是CPU的干涉频率仍然较高。
③直接存储器访问方式（DMA）：数据传输以数据块为单位，外设和内存之间不经过CPU直接交换数据，当一个或多个数据块传输完成后CPU才进行干预，此时CPU的干预频率大大降低，但是这种方式不能将数据传送到不连续的内存区域。
④I/O通道控制方式：CPU无需干涉I/O过程，由专门的I/O通道来控制输入和输出。

5.与设备无关的I/O软件

5.1.与设备无关软件的基本概念

引入缓冲的主要目的是（A）。

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.解决同步问题
D.高I/O设备的效率

解析：本题考察缓冲的作用。缓冲的主要作用就是改善CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率。

利用虚拟设备达到输入输出要求的技术是（A）。

A.利用外存作缓冲，将作业与外存交换信息和外存与物理设备交换信息两者独立起来，并使它们并行工作的过程
B.把I/O要求交给多个物理设备分散完成的过程
C.把I/O信息先存放在外存，然后由一台物理设备分批完成I/O要求的过程
D.把共享设备改为某个作业的独享设备，集中完成I/O要求的过程

解析：本题考察利用虚拟设备达到输入输出要求的技术。该技术的实质就是利用外存作缓冲，将作业与外存交换信息和外存与物理设备交换信息两者独立起来，并使它们并行工作的过程。

6.用户层的I/O软件

6.2.假脱机系统

在采用Spooling技术的系统中，用户的打印结果首先被送到（A）。

A.磁盘固定区域
B.内存固定区域
C.终端
D.打印机

解析：本题考察Spooling系统的工作过程。在使用Spooling技术的系统中，用户的打印结果将会首先被送到磁盘缓冲区中的一个固定位置。

（A）是操作系统中采用的以空间换取时间的技术。

A.Spooling技术
B.虚拟存储技术
C.覆盖与交换技术
D.通道技术

解析：本题考察Spooling技术的原理。Spooling技术需要占用磁盘的一部分作为磁盘缓冲区使用，因此会产生空间消耗；但是这种技术可以提高I/O设备的速度，因此换取了时间上的收益。所以，Spooling技术是一种以空间换取时间的技术。

以一台打印机为例，简述SPOOLING技术工作原理。

解析：本题考察Spooling技术的工作原理。
当某进程要求打印输出时,操作系统并不是把某台实际打印机分配给该进程,而是在磁盘上输出井中为其分配一块区域,该进程的输出数据高速存入输出井的相关区域中,而并不直接在打印机上输出。输出井上的区域相当于一台虚拟的打印机,各进程的打印输出数据都暂时存放在输出井中,形成一个输出队列。最后,由SPOOLing的缓输出程序依次将输出队列中的数据实际地打印输出。这样,从用户的角度来看,他似乎独占一台打印机,可以随时根据运行的情况输出各种结果;但从系统的角度来看,同一台打印机又可以分时地为每一个用户服务。用户进程实际上获得的是虚拟设备。

操作系统中Spooling技术，实质是将（B）转化为共享设备的技术。

A.虚拟设备
B.独占设备
C.脱机设备
D.块设备

解析：本题考察Spooling技术的本质。Spooling技术的本质就是将独占设备转化为共享设备的一种技术。

7.缓冲区管理

7.1.缓冲的引入

什么是缓冲?为什么要引入缓冲?

解析：本题考察缓冲的定义和引入缓冲的原因。
①缓冲的定义：缓冲是为了协调吞吐速度相差很大的设备之间的数据传送的硬件。
②引入缓冲的原因：
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾；
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制；
（3）解决数据粒度不匹配的问题；
（4）提高CPU和I/O设备之间的并行性。

7.4.缓冲池

缓冲技术中的缓冲池在（A）中。

A.主存
B.外存
C.ROM
D.寄存器

解析：本题考察缓冲池所在的位置。缓冲池实际上是在内存中开辟出的一片区域。

为了使并发进程能有效地进行输入和输出，最好采用（A）结构的缓冲技术。

A.缓冲池
B.循环缓冲
C.单缓冲
D.双缓冲

解析：本题考察缓冲池的适用情况。相比于单缓冲和双缓冲这两种专用缓冲，缓冲池是一种公用缓冲，在多个进程并发执行时适用。

8.磁盘存储器的性能和调度

一个含有6个盘片的双面硬盘，盘片每面有100条磁道，则该硬盘的柱面数为（C）。

A.12
B.250
C.100
D.512

解析：本题考察硬盘的柱面数的定义。硬盘的柱面数即指硬盘中每个盘面所具有的磁道数。