假设一个主频为1GHz、CPI为5的CPU需要从某个成块传送的I/O设备读取1000B的数据到主存缓冲区中，该I/O设备一旦启动即按50KB/s的数据传输率向主机传送1 000B数据，每个字节的读取、处理并存入内存缓冲区需要1 000个时钟周期，则以下4种

admin2017-04-28 56

问题假设一个主频为1GHz、CPI为5的CPU需要从某个成块传送的I/O设备读取1000B的数据到主存缓冲区中，该I/O设备一旦启动即按50KB/s的数据传输率向主机传送1 000B数据，每个字节的读取、处理并存入内存缓冲区需要1 000个时钟周期，则以下4种方式下，在1000B的读取过程中，CPU用在该设备的I/O操作上的时间分别为多少？占整个CPU时间的百分比分别是多少？
(1)采用定时查询方式，每次处理一个字节，一次状态查询至少需要60个时钟周期。
(2)采用独占查询方式，每次处理一个字节，一次状态查询至少需要60个时钟周期。
(3)采用中断I/O方式，外设每准备好一个字节发送一次中断请求。每次中断响应需要2个时钟周期，中断服务程序的执行需要1 200个时钟周期。
(4)采用周期挪用DMA方式，每挪用一次主存周期处理一个字节，一次DMA传送完成1 000B的传送，DMA初始化和后处理的时间为2 000个时钟周期，CPU和DMA之间没有访存冲突。
(5)如果设备的速度提高到5MB/s，则上述4种方式中，哪些是不可行的？为什么？对于可行的方式，计算出CPU在该设备I/O操作上所用的时间占整个CPU时间的百分比。

选项

答案主频为1GHz，所以时钟周期为l/lGHz=lns。因为每个字节的读取、处理并存入内存缓冲区需要1 000个时钟周期，所以，对于像程序查询和中断等用软件实现输入/输出的方式，CPU为每个字节传送所用的时间至少为1 000×1ns=1000ns=1μs。在50kB/s的数据传输率下，设备每隔lB/50kB/s=20μs=20 000ns准备好一个字节，因而读取1 000B的时间为1 000×20μs=20ms。 (1)定时查询方式下的I/O过程如图7—12所示。用户可以设置每隔20 000ns查询一次，这样使得查询程序的开销达到最小，即第一次读取状态时就可能会发现就绪，然后用1 000个时钟周期进行相应处理，因此，对于每个字节的传送，CPU所用时钟周期数为60+1 000=1 060。因此，在1 000B的读取过程中，CPU用在该设备的I/O操作上的时间至少为1 000×1 060×1ns=1.060ms，占整个CPU时间的百分比至少为1.060/20=5.3％。 [*] (2)独占查询方式下的I/O过程如图7—13所示。启动设备后，CPU就开始查询，因为333 ×60+20=20 000，所以第一个字节传送在第334次读取状态查询时检测到就绪，随后用1 000个时钟周期进行相应的处理，然后继续第二个字节的状态查询，因为40+1 000+316×60=20 000，所以，第二个字节的传送在第316次读取状态查询时检测到就绪，第一个和第二个字节的传送过程如图7—13a所示。每次检测到就绪后，就进行相应的处理，然后周而复始地进行查询，因为（20 000—1 000）/60=316.7，所以，第3 17次状态查询时发现就绪。因为1 000+60×317—20 000=20，所以，每3B可多60个时钟周期，正好进行一次状态查询，因此，在剩下的998B的读取过程中，前996B的传送正好用了996×20 000个时钟周期，如图7—13b所示。最后两个字节的传送过程如图7—13c所示，因为2×(1 000+60×317—20 000)=40，此外，最后一个字节的处理还有1 000个时钟周期，所以最后两个字节总的时间为2×20 000+40+1 000=41 040个时钟周期。综上所述，CPU用在该设备的I/O操作上的总时间为1 000×20 000ns+1 040×1ns=20.001 04ms～20ms，即在1000B的整个传输过程中，CPU —直为该设备服务，所用时间占整个CPU时间的100％。 [*] (3)中断方式下的I/O过程如图7—14所示。中断方式下，外设每准备好一个字节请求一次中断，每次中断CPU所用时钟周期数为2+1 200=1 202，因此CPU用在该设备的I/O操作上的时间为1 000×1 202×1ns—1.202ms，占整个CPU时间的百分比至少为1.202/20=6.01％。 [*] (4) DMA方式下，由于CPU和DMA没有访存冲突，所以不需考虑由于DMA而影响到CPU执行其他程序。因此，传送1 000B CPU所用的时钟周期数就是2 000，在1 000B的读取过程中，CPU用在该设备的I/O操作上的时间为2 000×lns=2μs，占整个CPU时间的百分比为2/(1 000×20)=0.01％。 (5)若设备数据传输率为5MB/s，则外设传输1 000B所用时间为1 000B/(5×10⁶B/s)=200μs。对于定时查询和独占查询方式，传送1 000B CPU所用时间至少为1 000×(60+1 000)×lns=1 060μs；对于中断方式，传送1 000B CPU所用时间为1 000×(2+1 200)×lns=1 202μs。上述3种方式下，CPU所用的时间都比设备所用时间长得多，即设备的传输比CPU的处理快得多，因而发生数据丢失。因此，这3种方式都不能用于该设备的I/O操作。对于DMA方式，传送1 000B CPU所用时间为2 000×1ns=2μs，占整个CPU时间的百分比为2/200=1％。这说明可以使用DMA方式，不过由于外设传输速度加快，使得CPU频繁进行DMA预处理和后处理，因而CPU的开销从0.01％上升到了1％。补充说明：在计算CPU占用时间百分比时也可用另一种方法计算得到。例如，对于(3)中断方式的计算，可以先求出Is内该外设请求的中断次数为l/(lB/50kB)=50k，然后得到1s内CPU用于数据I/O的时钟周期数为50k×(2+1 200)=6.01×10⁷，因此在该设备传输过程中，CPU用于该设备I/O操作的时间占整个CPU时间的百分比为6.01× l0⁷/1G=6.01％。

解析

转载请注明原文地址:https://kaotiyun.com/show/KPRi777K

本试题收录于：计算机408题库学硕统考专业分类

计算机408

学硕统考专业

相关试题推荐

随机试题

最新回复(0)

计算机408

学硕统考专业

试述君士坦丁堡的陷落过程及其影响。

分析父系氏族公社的经济生活和社会组织。

二战后期，反法西斯同盟国召开了一系列会议、达成了一系列协议，以解决战后世界的安排问题，这些会议中以()最为重要，所以，我们将二战后的国际关系格局称为()。

为加强对台湾地区的管辖和统治，元朝与后来的清朝采取的相同措施有()。

夏王朝建立后，将其领土划分为九州，派九牧进行治理，在九州范围内根据土地的肥沃程度缴纳贡赋，称为()。

中国共产党制定的抗日民族统一战线策略总方针的中心环节是()。

光绪元年七月，清政府迫于()强烈要求派一位使臣到其国，()成为中国第一个驻外公使

十六国时期的历史，可以划分为前后两个时期，其分界线是()。

说俄国1861年改革是资产阶级性质的改革，美国内战是第二次资产阶级革命，其共同的根本依据是()。

在下面哪本著作中以异化劳动理论的形式阐述了一种新的科学世界观的雏形?()

患者，男，55岁。1周来体温持续39℃～40℃。护理查体：面色潮红，呼吸急促，口唇轻度发绀，意识清醒。采集上述血标本后，注入容器的先后顺序是

患者，女，42岁，诊断为子宫肌瘤，住院评估发现患者及其丈夫对子宫切除顾虑重重，担心会影响夫妻生活。针对此患者，护士除进行常规住院教育外，还应重点做好的教育指导是

在计算工程量清单项目的综合单价时，应将该清单项目合价除以()。

保险资金运用风险管理体系的内容包括()。

如果在沟通圈里所有人之间都可以进行信息交换，是最不具层次结构性的沟通形式，沟通方向很活跃，这属于()。

面对个别游客的苛刻的要求，导游千万不能一口回绝，不能随便地说出“不行”两字。()

货运站场按照形态和运作条件的不同划分为：公路货运站场、______、铁路货运站场、集装箱站场。

简述教师编写课时计划(教案)的一般步骤。

(2017·山东)一些事例显示，对“兽孩”进行的补救教育都不是很成功。这表明人的发展具有()

当Word“编辑”菜单中的“剪切”和“复制”命令呈灰色而不能被选择时，则表示()。