计算机组成原理pdf_计算机网络简答题

《操作系统（四版）宗大华》习题解答第 4 章 　　一、填空 　　1. I/O 设备一般由机械和电子两个部分组成。为了使设计更加模块化、更具通用性，也为了降低设计制作的成本，如今常把它们分开来处理：电子部分称作是“ 设备控制器 ”；机械部分被称作是“ 设备 ”。2. 磁带、磁盘这样的存储设备都是以 块 为单位与内存进行信息交换的。3. 以用户作业发出的磁盘 I/O 请求的柱面位置，决定请求执行顺序的调度，称为 移臂 调度。4. DMA 控制器在获得总线控制权的情况下能直接与 内存储器 进行数据交换，无需CPU 介入。5. 在 DMA 方式下，设备与内存储器之间进行的是 成批 数据传输。6. 通道程序是由 通道 执行的。7. 通道是一个独立于 CPU 的、专门用来管理 输入/输出操作 的处理机。8. 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 软件缓冲 。9. 设备管理中使用的数据结构有系统设备表（SDT）和 设备控制块（DCB） 。10. 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 虚拟 三种类型。11. 引起中断发生的事件称为 中断源 。 　　二、选择 　　1. 在对磁盘进行读/写操作时，下面给出的参数中， C 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 B 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 D 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， C 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 A 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 。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 C 中。A．设备控制器 B．辅助存储器 C．主存储器 D．寄存器 　　8. B 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 A 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 D 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 　　11. 所谓“设备无关性”，是指 B 。A．I/O 设备具有独立执行 I/O 功能的特性B．用户程序中使用的设备名与具体的物理设备无关C．设备驱动程序与具体的物理设备无关 D．系统能够独立地实现设备共享 　　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？ 答：所谓“系统设备”，是指在操作系统生成时就已被纳入系统管理范围的设备；所谓 “用户设备”是指在完成应用任务过程中，用户特殊需要的设备。因此，判定一个设备是系统设备还是用户设备，依据是它在系统生成时，是否已经纳入了系统的管理范围。如果是， 它就是系统设备；如果不是，它就是用户设备。 　　2. 设备管理的主要功能是什么？ 答：设备管理的主要功能是：（1）提供一组 I/O 命令，以便用户进程能够在程序中提出 I/O 请求，这是用户使用外部设备的“界面”；（2）记住各种设备的使用情况，实现设备的分配与回收；（3）对缓冲区进行管理，解决设备与设备之间、设备与 CPU 之间的速度匹配问题；（4）按照用户的具体请求，启动设备，通过不同的设备驱动程序，进行实际的 I/O 操作；I/O 操作完成之后，将结果通知用户进程，从而实现真正的 I/O 操作。 　　3. 试分析最短查找时间优先调度算法的“不公平”之处。比如，例 4-1 里原来磁臂移到 16 柱面后，下一个被处理的 I/O 请求是柱面 1。假定在处理 16 柱面时，到达一个对柱面8 的 I/O 新请求，那么下一个被处理的就不是柱面 1 而是柱面 8 了。这有什么弊端存在？ 答：最短查找时间优先调度算法，只考虑各 I/O 请求之间的柱面距离，不去过问这些请求到达的先后次序。这样一来，可能会出现的弊端是磁头总是关照邻近的 I/O 请求，冷待了早就到达的、位于磁盘两头的 I/O 请求。这对于它们来说，当然是“不公平”的。 　　4. 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。 答：使用“程序循环测试”的方式来进行数据传输，不仅启动、I/O 管理和善后处理等工作要由 CPU 来承担，即使在数据传输时，CPU 也要做诸如从控制器的数据寄存器里取出设备的输入信息，送至内存；将输出的信息，从内存送至控制器的数据寄存器，以供设备输出等工作。因此，在这种方式下，CPU 不仅要花费大量时间进行测试和等待，并且只能与设备串行工作，整个计算机系统的效率发挥不出来。 使用“中断”的方式来进行数据传输，启动、I/O 管理以及善后处理等工作仍然要由 CPU 来承担，但在设备进行数据传输时，CPU 和外部设备实行了并行工作。在这种方式下，CPU 的利用率有了一定的提高。 使用“直接存储器存取（DMA）”的方式来进行数据传输，I/O 的启动以及善后处理是 CPU 的事情，数据传输以及 I/O 管理等事宜均由 DMA 负责实行。不过，DMA 方式是通过“窃取”总线控制权的办法来工作的。在它工作时，CPU 被挂起，所以并非设备与 CPU 在并行工作。因此，在一定程度上影响了 CPU 的效率。使用“通道”方式来进行数据传输，在用户发出 I/O 请求后，CPU 就把该请求全部交由通道去完成。通道在整个 I/O 任务结束后，才发出中断信号，请求 CPU 进行善后处理。这时 CPU 对 I/O 请求只去做启动和善后处理工作，输入/输出的管理以及数据传输等事宜，全部由通道独立完成，并且真正实现了 CPU 与设备之间的并行操作。 　　5. 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？ 　　答：在用户程序中采用“设备类，相对号”的方式使用设备的优点是：第一，用户不需要记住系统中每一台设备的具体设备号，这是非常麻烦的事情；第二，在多道程序设计环境下，用户并不知道当前哪一台设备已经分配，哪一台设备仍然空闲。通过“设备类，相对号” 来提出对设备的使用请求，系统就可以根据当前的具体情况来分配，从而提高设备的使用效率；第三，用户并不知道设备的好坏情况。如果是用“绝对号”指定具体的设备，而该设备正好有故障时，这次 I/O 任务就不可能完成，程序也就无法运行下去。但通过“设备类，相对号”来提出对设备的使用请求，系统就可以灵活处理这种情况，把好的设备分配出去。 　　6. 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？ 　　答：执行一次磁盘的输入/输出操作需要花费的时间包括三部分：（1）查找时间；（2）等待时间；（3）传输时间。在这些时间中，传输时间是设备固有的特性，无法用改变软件的办法将它改进。因此，要提高磁盘的使用效率，只能在减少查找时间和等待时间上想办法，它们都与 I/O 在磁盘上的分布位置有关。由于磁臂的移动是靠控制电路驱动步进电机来实现， 它的运动速度相对于磁盘轴的旋转来讲较缓慢。因此，查找时间对磁盘调度的影响更为主要。 　　7. 解释“通道命令字”、“通道程序”和“通道地址字”三者的含义。 答：所谓“通道命令字”，是指通道指令系统中的指令。只是为了与 CPU 的指令相区别， 才把通道的指令改称为“通道命令字”。若干条通道命令字汇集在一起，就构成了一个“通道程序”，它规定了设备应该执行的各种操作和顺序。通常，通道程序存放在通道自己的存储部件里。当通道中没有存储部件时，就存放在内存储器里。这时，为了使通道能取得通道程序去执行，必须把存放通道程序的内存起始地址告诉通道。存放这个起始地址的内存固定单，被称为“通道地址字”。 8. 何为 DMA？通道与 DMA 有何区别？ 　　答：所谓“DMA”，是指“直接存储器存取”的数据传输方式，其最大特点是能使 I/O设备直接和内存储器进行成批数据的快速传输。适用于一些高速的 I/O 设备，如磁带、磁盘等。通道方式与 DMA 方式之间的区别如下。（1） 在 DMA 方式下，数据传输的方向、传输长度和地址等仍然需要由 CPU 来控制。但在通道方式下，所需的 CPU 干预大大减少。（2） 在 DMA 方式下，每台设备要有一个 DMA 控制器。当设备增加时，多个 DMA 控制器的使用，显然不很经济；但在通道方式下，一个通道可以控制多台设备，这不仅节省了费用，而且减轻了 CPU 在输入/输出中的负担。（3）在 DMA方式下传输数据时，是采用“窃取”总线控制权的办法来工作的。因此， CPU与设备之间并没有实现真正的并行工作；在通道方式下，CPU把 I/O 任务交给通道后， 它就与通道就真正并行工作。 　　9. 解释记录的成组与分解。为什么要这样做？ 　　答：往磁带、磁盘上存放信息时，经常是把若干个记录先在内存缓冲区里拼装成一块， 然后再写到磁带或磁盘上。存储设备与内存储器进行信息交换时，就以块为单位。这个把记录拼装成块的过程，被称为是“记录的成组”。 　　从磁带、磁盘上读取记录时，先是把含有那个记录的块读到内存的缓冲区中，在那里面挑选出所需要的记录，然后把它送到内存存放的目的地。这个把记录从缓冲区里挑选出来的过程，被称为是“记录的分解”。 　　之所以这样做，一是为了提高存储设备的存储利用率；二是减少内、外存之间信息交换次数，提高系统的效率。 　　10. 试述 SPOOL 系统中的 3 个组成软件模块各自的作用。 答：SPOOLING 系统中的 3 个软件模块是预输入程序、缓输出程序和井管理程序。它们各自的作用如下。（1） 预输入程序预先把作业的全部信息输入到磁盘的输入井中存放，以便在需要作业信息以及作业运行过程中需要数据时，可以直接从输入井里得到，而无需与输入机交往，避免了等待使用输入机的情况发生。（2）缓输出程序总是查看“输出井”中是否有等待输出的作业信息。如果有，就启动输出设备（如打印机）进行输出。因此，由于作业的输出是针对输出井进行的，所以不会出现作业因为等待输出而阻塞的现象。（3）井管理程序分为“井管理读程序”和“井管理写程序”。当作业请求输入设备工作时，操作系统就调用井管理读程序，把让输入设备工作的任务，转换成从输入井中读取所需要的信息；当作业请求打印输出时，操作系统就调用井管理写程序，把让输出设备工作的任务，转换成为往输出井里输出。 　　11. 为了能够使 CPU 与设备控制器中的各个寄存器进行通信，I/O 系统常采用哪样的两种方法来实现？ 　　答：为使 CPU 与设备控制器中的各个寄存器进行通信，I/O 系统常采用“单独的 I/O 空间”和“内存映射 I/O”两种方法来实现。在“单独的 I/O 空间”方法里，设备控制器的每个寄存器都有一个 I/O 端口号，它们单独组成一个地址空间。这样，计算机系统除了内存空间外，还有一个 I/O 端口地址空间。CPU 将用不同的指令，完成对内存空间和 I/O 端口地址空间的访问。在“内存映射 I/O”方法里，设备控制器里的每个寄存器没有了特定的设备（端口）地址，而是唯一地与一个内存地址相关联，这些地址不会分配作他用。CPU 将通过相同的指令，实现对整个内存空间的访问。也就是说，采用内存映射 I/O，可以减少 CPU 中指令类型的数目。 　　四、计算 　　1. 在例 4-1 里，对电梯调度算法只给出了初始由外往里移动磁臂的调度结果。试问如果初始时假定是由里往外移动磁臂，则调度结果又是什么？ 解：这时调度的顺序是 11→9→1→12→16→34→36，总共划过的柱面数是： 2+8+11+4+18+2=45 　　2. 磁盘请求以 10、22、20、2、40、6、38 柱面的次序到达磁盘驱动器。移动臂移动一个柱面需要 6ms，实行以下磁盘调度算法时，各需要多少总的查找时间？假定磁臂起始时定位于柱面 20。 （a） 先来先服务； （b） 最短查找时间优先； （c） 电梯算法（初始由外向里移动）。 解：（a）先来先服务时，调度的顺序是 20→10→22→20→2→40→6→38，总共划过的柱面数是：10+12+2+18+38+34+32=146，因此，总的查找时间为：146×6=876ms。（b） 最短查找时间优先时，调度的顺序是 20→22→10→6→2→38→40（由于磁臂起始时定位于柱面 20，所以可以把后面第 20 柱面的访问立即进行），总共划过的柱面数是：2+12+4+4+36+2=60因此，总的查找时间为：60×6=360ms。（c） 电梯算法（初始由外向里移动）时，调度的顺序是 20→22→38→40→10→6→2（ 由于磁臂起始时定位于柱面 20，所以可以把后面第 20 柱面的访问立即进行），总共划过的柱面数是：2+16+2+30+4+4=58因此，总的查找时间为：58×6=348ms。 　　3. 假定磁盘的移动臂现在处于第 8 柱面。有如下表所示的 6 个 I/O 请求等待访问磁盘，试列出最省时间的 I/O 响应次序。

　　解：由于移动臂现在处于第 8 柱面，如果按照“先来先服务”调度算法，对这 6 个 I/O 的响应次序应该是 8→9→7→15→9→20→7；如果是按照“最短查找时间优先”调度算法， 对这 6 个 I/O 的响应次序可以有两种，一是 8→9→7→15→20（到达 9 时完成 1 和 4 的请求，到达 7 时完成 2 和 6 的请求），二是 8→7→9→15→20（到达 7 时完成 2 和 6 的请求，到达 9时完成 1 和 4 的请求）；如果按照“电梯”调度算法，对这 6 个 I/O 的响应次序可以有两种，一是 8→9→15→20→7（由里往外的方向，到达 9 时完成 1 和 4 的请求，到达 7 时完成 2 和6 的请求），二是 8→7→9→15→20（由外往里的方向，到达 7 时完成 2 和 6 的请求，到达 9时完成 1 和 4 的请求）；如果按照“单向扫描”调度算法，对这 6 个 I/O 的响应次序是 8→9→15→20→0→7。对比后可以看出，实行 8→7→9→15→20 的响应次序会得到最省的时间， 因为这时移动臂的移动柱面数是： 1+2+6+5 = 14