🏷️ 知识点：中断IO
下列事件中属于外部中断事件的是（ ）。
I. 访存时缺页II. 定时器延时III. 网络数据包到达
A. 仅 I、II B. 仅 I、III C. 仅 II、III D. 仅 I、II、III
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正确答案：C
访存时缺页属于 内部异常 ，I 错误；定时器到时描述的是时钟中断，属于 外部中断 ，II 正确；网络数据包到达描述的是 CPU 执行指令以外的事件，属于外部中断，III 正确。
单级中断系统中，中断服务程序内的执行顺序是()。
I 保护现场 Ⅱ开中断
Ⅲ关中断 IV 保存断点
V 中断事件处理 VI 恢复现场 VII 中断返回 A.I→V→VI→I→VII B.I→I→V→VII
C.II→IV→V→VI→VII D.IV→I→V→VI→VI
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正确答案：A
在 单级中断系统 中，不允许中断嵌套。中断处理过程为：①关中断；②保存断点；③识别中断源；④保存现场；⑤中断事件处理；⑥恢复现场；⑦开中断；⑧中断返回。其中，① ③由硬件完成，④ ⑧由中断服务程序完成，故选 A。【排除法】选项 B、C、D 的第一个任务（保存断点或关中断）都是由中断隐指令完成的，即由硬件直接执行，与中断服务程序无关。
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 ( ) 。
A. 打印字符
B. 主存地址
C. 设备状态
D. 控制命令
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正确答案：B
在 程序中断方式 中，CPU 和打印控制接口（I/O 端口）之间常见的交互信息包括： A. 打印字符：✅ CPU 通过 I/O 端口向打印机发送要打印的字符数据。C. 设备状态：✅ CPU 可以从设备读取其状态（如“忙碌”、“准备好”、“出错”等），判断是否可以继续发送数据。D. 控制命令：✅ CPU 可以向设备发送控制命令（如“启动打印”、“复位”等）控制设备的行为。所以 B 选项错误，主存地址属于内存地址空间，而不是 I/O 端口和控制接口之间直接交换的信息。在中断 I/O 方式中： 数据是由 CPU 从内存中取出，然后通过 I/O 指令送到 I/O 端口；并不是由 CPU 告诉 I/O 接口一个内存地址，让设备自己去内存取数据（那是 DMA 的行为）。因此，中断 I/O方式下不会在 CPU 和设备控制器之间交换主存地址。
某设备以中断方式与CPU 进行数据交换，CPU主频为1GHz, 设备接口中的数据缓冲寄存器为32位， 设备的数据传输率为50KBps。若每次中断开销(包括中断响应和中断处理)为1000个时钟周期，则 CPU 用于该设备输入/输出的时间占整个 CPU时间的百分比最多是()。
A. 1.25% B. 2.5% C. 5% D. 12.5%
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正确答案：A
设备接口中的数据缓冲寄存器为 32 位，即一次 中断 可以传输 4B 数据，设备数据传输率为 50kB/s，共需要 12.5k 次中断，每次中断开销为 1000 个时钟周期，CPU 频为 1GHz，则 CPU 用于该设备输入/输出的时间占整个 CPU 时间的百分比最多是 (12.5k×1000)/1G=1.25%。
下列关于中断I/O 方式的叙述中，不正确的是()。
A. 适用于键盘、针式打印机等字符型设备
B. 外设和主机之间的数据传送通过软件完成
C. 外设准备数据的时间应小于中断处理时间
D. 外设为某进程准备数据时 CPU 可运行其他进程
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正确答案：C
中断 I/O 方式 适用于字符型设备，此类设备的特点是数据传输速率慢，以字符或 字为单位进行传输，A 正确。若采用中断 VO 方式，当外设准备好数据后，向 CPU 发出中断 请求，CPU 暂时中止现行程序，转去运行中断服务程序，由中断服务程序完成数据传送，B 正确。若外设准备数据的时间小于中断处理时间，则可能导致数据丢失，以输入设备为例， 设备为进程准备的数据会先写入设备控制器的缓冲区（缓冲区大小有限，通常只能暂存几个 字节），缓冲区每写满一次，就会向 CPU 发出一次中断请求，CPU 响应并处理中断的过程， 就是将缓冲区中的数据“取走”的过程，因此若外设准备数据的时间小于中断处理时间，则 可能导致外设往缓冲区写入数据的速度快于 CPU 从缓冲区取走数据的速度，从而导致缓冲区 的数据被覆盖，进而导致数据丢失。C 错误。若采用中断 I/O 方式，则外设为某进程准备数据 时，可令该进程阻塞，CPU 运行其他进程，D 正确。
关于中断 I/O 方式，错误的是()。
A. 中断屏蔽字决定中断响应顺序
B. 保存断点和程序状态字在中断响应阶段完成
C. 保存通用寄存器和设置新中断屏蔽字由软件实现
D. 单重中断方式下，中断处理时 CPU 处于关中断状态
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正确答案：A
中断是指外部设备或者程序需要 CPU 的服务时，向 CPU 发出一个信号，请求 CPU 暂停当前的任务，转而处理中断请求的情况。中断响应顺序是指当同时有多个中断请求时，CPU 按照一定的优先级顺序来选择响应哪个中断的规则。中断屏蔽字只能控制中断的开关，而不能控制中断的顺序，中断的顺序由中断的优先级决定，优先级高的中断先被响应，优先级低的中断后被响应。
响应外部中断的过程中，中断隐指令完成的操作，除保护断点外，还包括()。
I. 关中断
Ⅱ.保存通用寄存器的内容
Ⅲ.形成中断服务程序入口地址并送PC
A. 仅I 、Ⅱ
B. 仅I 、Ⅲ
C. 仅Ⅱ、Ⅲ D. I 、Ⅱ 、Ⅲ
A. 仅Ⅰ、Ⅱ
B. 仅Ⅰ、Ⅲ
C. 仅Ⅱ、Ⅲ
D. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
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正确答案：D
在响应 外部中断的过程 中，中断隐指令完成的操作包括：①关中断；
②保护断点；
③引出中断服务程序（形成中断服务程序入口地址并送 PC）,所以只有 I、III 正确。
Ⅱ 中的保存通用寄存器的内容是在进入中断服务程序后首先进行的操作。
对于 B，外部中断是用户态到核心态的 “门”，也发生在用户态，在核心态完成中断过程。
对于 C，进程切换属于系统调用执行过程中的事件，只能发生在核心态。
对于 D，缺页产生后，在用户态发生缺页中断，然后进入核心态执行缺页中断服务程序。
下列关于中断I/O 方式和DMA方式比较的叙述中，错误的是()。
A.中断 I/O 方式请求的是方式请求的是 CPU 处理时间，DMA 方式请求的是总线使用权
B.中断响应发生在一条指令执行结束后，DMA 响应发生在一个总线事务完成后
C.中断 I/O 方式下数据传送通过软件完成，DMA 方式下数据传送由硬件完成
D.中断 I/O 方式适用于所有外部设备，DMA 方式仅适用于快速外部设备
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正确答案：D
中断处理方式 ：在 I/O 设备输入每个数据的过程中，由于无须 CPU 干预，因而可使 CPU 与 I/O 设备并行工作。
仅当输完一个数据时，才需 CPU 花费极短的时间去做些中断处理。
因此中断申请使用的是 CPU 处理时间，发生的时间是在一条指令执行结束之后，数据是在软件的控制下完成传送的。
而 DMA 方式与之不同。
DMA 方式：数据传输的基本单位是数据块，即在 CPU 与 I/O 设备之间，每次传送至少一个数据块；
DMA 方式 每次申请的是总线的使用权，所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；
仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需 CPU 干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。
D 选项错误。
这个说法过于绝对。
DMA 虽然适合大批量、速度较高的设备（如磁盘、网卡），但它并非仅适用于快速设备，只要设备支持 DMA 协议，都可以使用。
此外，中断 I/O 虽然可以用于多数外设，但在频繁交互场景中反而效率低。
操作系统 23 用户在删除某文件的过程中，操作系统不可能执行的操作是（ ）。
inode A. 删除此文件所在的目录 B. 删除与此文件关联的目录项 C. 删除与此文件对应的文件控制块 D. 释放与此文件关联的内存缓冲区 查看答案与解析 收藏 正确答案： 此文件所在目录下可能还存在其他文件，因此删除文件时不能（也不需要）删除文件所在的目录，而与此文件关联的目录项和文件控制块需要随着文件一同删除，同时释放文件关联的内存缓冲区。
下列关于中断 I/O 方式和 DMA 方式比较的叙述中，错误的是（ ）。
A.中断 I/O 方式请求的是方式请求的是 CPU 处理时间，DMA 方式请求的是总线使用权
B.中断响应发生在一条指令执行结束后，DMA 响应发生在一个总线事务完成后
C.中断 I/O 方式下数据传送通过软件完成，DMA 方式下数据传送由硬件完成
D.中断 I/O 方式适用于所有外部设备，DMA 方式仅适用于快速外部设备
[tag_link] 正确答案：D中断处理方式：在 I/O 设备输入每个数据的过程中，由于无须 CPU 干预，因而可使 CPU 与 I/O 设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需 CPU 花费极短的时间去做些中断处理。因此中断申请使用的是 CPU 处理时间，发生的时间是在一条指令执行结束之后，数据是在软件的控制下完成传送的。而 DMA 方式与之不同。DMA 方式：数据传输的基本单位是数据块，即在 CPU 与 I/O 设备之间，每次传送至少一个数据块；DMA 方式 每次申请的是总线的使用权，所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需 CPU 干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。D 选项错误。这个说法过于绝对。DMA 虽然适合大批量、速度较高的设备（如磁盘、网卡），但它并非仅适用于快速设备，只要设备支持 DMA 协议，都可以使用。此外，中断 I/O 虽然可以用于多数外设，但在频繁交互场景中反而效率低。
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，中断响应所允许的最长延 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 时间占整个CPU 时间的百分比至少 是 ( ) 。
A.12.5%
B.25%
C.37.5%
D.50%
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正确答案：B
每 400ns 发出一次中断请求，而响应和处理时间为 100ns，其中允许的延迟为干扰信息，因为在 50ns 内，无论怎么延迟，每 400ns 还是要花费 100ns 处理中断的，所以该设备的 I/O 时间占整个 CPU 时间的百分比为 100ns/400ns = 25%，选 B。
操作系统 23 下列调度算法中，不可能导致饥饿现象的是（ ）。
处理机调度算法 A. 时间片轮转 B. 静态优先数调度 C. 非抢占式短作业优先 D. 抢占式短作业优先 查看答案与解析 收藏 正确答案： 采用 静态优先级调度 时，当系统总是出现优先级高的任务时，优先级低的任务会总是得不到处理机而产生饥饿现象；
短任务优先调度不管是抢占式或是非抢占的，当系统总是出现新来的短任务时，长任务会总是得不到处理机，产生饥饿现象，因此 B、C、D 都错误，选 A。
下列关于外部 I/O 中断的叙述中，正确的是（ ）。
A. 中断控制器按所接收中断请求的先后次序进行中断优先级排队 B. CPU 响应中断时，通过执行中断隐指令完成通用寄存器的保护 C. CPU 只有在处于中断允许状态时，才能响应外部设备的中断请求 D. 有中断请求时，CPU 立即暂停当前指令执行，转去执行中断服务程序
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正确答案：C
本题考察突发总线传输事务，中断优先级由屏蔽字决定，而不是根据请求的先后次序，因此 A 错误。中断隐指令完成的工作有：① 关中断；② 保存断点；③ 引出中断服务程序，通用寄存器的保护由中断服务程序完成，B 错误。中断允许状态即开中断后，才能响应中断请求，C 正确。有中断请求时，先要由中断隐指令完成中断前程序的状态保存，D 错误。
处理外部中断时，应该由操作系统保存的是（ ）。
A. 程序计数器（PC）的内容 B. 通用寄存器的内容 C. 块表（TLB）中的内容 D. Cache 中的内容
[tag_link] 正确答案：B 外部中断处理过程 中，PC 值由中断隐指令自动保存，而通用寄存器 内容由操作系统保存。
下列选项中，需要在操作系统进行初始化过程中创建的是()。
A. 中断向量表
B. 文件系统的根目录
C.硬盘分区表
D. 文件系统的索引节点表
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正确答案：A
解析： 中断向量表 ：在操作系统启动时，必须初始化中断向量表，用于存储中断服务例程的入口地址，以便处理硬件或软件中断。这是操作系统初始化过程中的关键步骤。文件系统的根目录：根目录通常在文件系统格式化时创建，而不是操作系统初始化过程中。硬盘分区表：分区表是在磁盘分区时创建的，通常在安装操作系统之前完成。文件系统的索引节点表：索引节点表（inode 表）是在文件系统创建时生成的，不是操作系统初始化的一部分。因此，正确答案是 A。
在操作系统内核中，中断向量表适合采用的数据结构是（ ）。
A. 数组 B. 队列 C. 单向链表 D. 双向链表
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正确答案：A
在操作系统内核中， 中断向量表 适合采用的数据结构是数组（选项 A）。中断向量表 是一种用于存储中断处理程序入口地址的数据结构，它以中断号作为索引，将中断号映射到相 应的中断处理程序入口地址。由于中断号是一个固定的范围（例如，0~255）采用数组可以实 现快速的索引和访问，具有较高的效率。使用数组可以直接根据中断号计算出对应的数组索引 而不需要遍历链表或队列来查找对应的处理程序入口地址，从而提高中断处理的效率。所以本 题的正确选项为 A。
下列与中断相关的操作中，由操作系统完成的是（）。
Ⅰ、保存被中断程序的中断点
Ⅱ、提供中断服务
Ⅲ、初始化中断向量表
Ⅳ、保存中断屏蔽字
A. 仅Ⅰ、Ⅱ B. 仅Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ C. 仅Ⅲ、Ⅳ D. 仅Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
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正确答案：D
当 CPU 检测到中断信号后，由硬件自动保存被中断程序的断点（即程序计数器 PC）, I 错 误。之后，硬件找到该中断信号对应的中断向量，中断向量指明中断服务程序入口地址（各 中断向量统一存放在中断向量表中，该表由操作系统初始化，Ⅲ 正确）。接下来开始执行 中断服务程序，保存 PSW、保存中断屏蔽字、保存各通用寄存器的值，并提供与中断信号 对应的中断服务，中断服务程序属于操作系统内核，Ⅱ 和 Ⅳ 正确。
定时器产生时钟中断后，由时钟中断服务程序更新的部分内容是（ ）。
Ⅰ.内核中时钟变量的值
Ⅱ.当前进程占用 CPU 的时间
Ⅲ.当前进程在时间片内的剩余执行时间
A. 仅Ⅰ、Ⅱ B. 仅Ⅱ、Ⅲ C. 仅Ⅰ、Ⅲ D. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
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正确答案：D
时钟中断的主要工作是处理和时间有关的信息以及决定是否执行调度程序，和时间有关的所有信息，包括系统时间、进程的时间片、延时、使用 CPU 的时间、各种定时器，故 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 均正确，选 D。
键盘中断服务例程执行结束时，所输入的数据存放位置是（） 。
A. 用户缓冲区 B. CPU 的通用寄存器 C. 内核缓冲区 D. 键盘控制器的数据缓冲区
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正确答案：C
当键盘输入数据时，首先会将数据发送到键盘控制器的数据寄存器中。当键盘控制器的数据寄存器接收到数据后，它会触发一个中断请求 (IRQ1)，通知 CPU 有数据等待处理。CPU 响应中断请求后，会执行键盘中断服务例程。在中断服务例程中，CPU 从键盘控制器的数据寄存器读取输入数据，并将其存放到内核缓冲区中。A 错误。用户缓冲区通常指的是应用程序为接收输入数据而分配的缓冲区。在键盘中断服务例程执行结束时，输入数据并不会直接存放在用户缓冲区中，而是先存放在内核缓冲区中。应用程序可以通过系统调用或其他机制从内核缓冲区读取输入数据，并将其复制到用户缓冲区中。B 错误。CPU 中的通用寄存器并不是输入数据的最终存放位置。在键盘中断服务例程执行过程中，输入数据可能会暂时存放在 CPU 的通用寄存器中，但最终会被存放到内核缓冲区中。C 正确。内核缓冲区是操作系统用于暂存输入数据的内存区域。在键盘中断服务例程执行过程中，输入数据被读取并存入内核缓冲区，以便后续的系统调用或应用程序访问。内核缓冲区通常由操作系统管理，确保数据的正确性和一致性。D 错误。键盘控制器的数据寄存器是输入数据的初始存放位置，但并不是中断服务例程执行结束时的最终存放位置。本题选 C。
本地用户通过键盘登录系统时，首先获得键盘输入信息的程序是()。
A. 命令解释程序 B. 中断处理程序 C. 系统调用服务程序 D. 用户登录程序
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正确答案：B
键盘是典型的通过 中断 I/O 方式 工作的外设，当用户输入信息时，计算机响应中断并通过中断处理程序获得输入信息。
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假定 CPU 主频为 50MHz，CPI 为 4。设备 D 采用异步串行通信方式向主机传送 7 位 ASCII 字符，通信规程中有 1 位奇校验位和 1 位停止位，从 D 接收启动命令到字符送入 I/O 端口需要 0.5ms。请回答下列问题，要求说明理由。
(1) 每传送一个字符，在异步串行通信线上共需传输多少位？在设备 D 持续工作过程中，每秒钟最多可向 I/O 端口送入多少个字符？
(2) 设备 D 采用中断方式进行输入/输出，示意图如下∶
I/O 端口每收到一个字符申请一次中断，中断响应需 10 个时钟周期，中断服务程序共有 20 条指令，其中第 15 条指令启动 D 工作。若 CPU 需从 D 读取 1000 个字符，则完成这一任务所需时间大约是多少个时钟周期？CPU 用于完成这一任务的时间大约是多少个时钟周期？在中断响应阶段 CPU 进行了哪些操作？
1）每传送一个 ASCII 字符，需要传输的位数有 1 位起始位、7 位数据位（ASCII 字符占 7 位）、1 位奇校验位和 1 位停止位，故总位数为 1 + 7 + 1 + 1 = 10。（2 分）I/O 端口每秒钟最多可接收 1000/0.5 = 2000 个字符。（1 分） 【评分说明】对于第一问，若考生回答总位数为 9，则给 1 分。
2）一个字符传送时间包括：设备 D 将字符送/O 端口的时间、中断响应时间和中断服务程序前 15 条指令的执行时间。时钟周期为 1/(50MHz)=20ns，设备 D 将字符送 I/O 端口的时间为 0.5ms/20ns=2.5×10⁴ 个时钟周期。一个字符的传送时间大约为 2.5×10⁴+10+15×4=25070 个时钟周期。完成 1000 个字符传送所需时间大约为 1000×25070=25070000 个时钟周期。（3 分） CPU 用于该任务的时间大约为 1000×(10+20×4)=9×10⁴ 个时钟周期。（1 分） 在中断响应阶段，CPU 主要进行以下操作：关中断、保护断点和程序状态、识别中断源。（2 分） 【评分说明】 ①位于第一问，若答案是 25070020，则同样给分；若答案是 25000000 或 25000020，则给 2 分。如果没有给出分布计算步骤，但算式和结果正确，同样给分。 ②对于第三问，只要回答关中断和保护断点，就给 2 分，其他答案酌情给分。
假定题 44 给出的计算机 M 采用二级分页虚拟存储管理方式，虚拟地址格式如下：
| 页目录号（10 位） | 页表索引（10 位） | 页内偏移量（12 位） |
|---|
请针对题 43 的函数 f1 和题 44 中的机器指令代码，回答下列问题。
(1) 函数 f1 的机器指令代码占多少页？
(2) 取第 1 条指令（push ebp）时，若在进行地址变换的过程中需要访问内存中的页目录和页表，则会分别访问它们各自的第几个表项（编号从 0 开始）？
(3) M 的 I/O 采用中断控制方式。若进程 P 在调用 f1 之前通过 scanf() 获取 n 的值，则在执行 scanf() 的过程中，进程 P 的状态会如何变化？CPU 是否会进入内核态？
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1）函数 1 的代码段中所有指令的虚拟地址的高 20 位相同，因此 1 的机器指令代码在同一页中，仅占用 1 页。（1 分）页目录号用于寻找页目录的表项，该表项包含页表的位置。页表索引用于寻找页表的表项，该表项包含页的位置。
2）push ebp 指令的虚拟地址的最高 10 位（页目录号）为 0000000001，中间 10 位（页表索引）为 0000000001，所以，取该指令时访问了页目录的第 1 个表项，（1 分）在对应的页表中访问了第 1 个表项。（1 分）
3）在执行 scanf0 的过程中，进程 P 因等待输入而从执行态变为阻塞态。（1 分）输入结束时，P 被中断处理程序唤醒，变为就绪态。（1 分）P 被调度程序调度，变为运行态。（1 分）CPU状态会从用户态变为内核态。（1 分）
进程 P 通过执行系统调用从键盘接收一个字符的输入，已知此过程中与进程 P 相关的操作包括：①将进程 P 插入就绪队列；②将进程 P 插入阻塞队列；③将字符从键盘控制器读入系统缓冲区；④启动键盘中断处理程序；⑤进程 P 从系统调用返回；⑥用户在键盘上输入字符。以上编号①~⑥仅用于标记操作，与操作的先后顺序无关。请回答下列问题。
(1) 按照正确的操作顺序，操作①的前一个和后一个操作分别是上述操作中的哪一个？操作⑥的后一个操作上述操作中的哪一个？
(2) 在上述哪个操作之后 CPU 一定从进程 P 切换到其他进程？在上述哪个操作之后 CPU 调度程序才能选择进程 P 执行？
(3) 完成上述哪个操作的代码属于键盘驱动程序？
(4) 键盘中断处理程序执行时，进程 P 处于什么状态？CPU 处于内核态还是用户态？
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1）在操作①的前操作是③，后一个操作是⑤。操作⑥的后一个操作是④。
2）在操作②之后 CPU 一定从进程 P 切换到其他进程。在操作①之后 CPU 调度程序才能选中进程 P 执行。
3）完成操作③的代码属于键盘驱动程序。
4）进程 P 处于阻塞状态。CPU 处于内核态。