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1000B数据，每个字节的读取、处理并存入内存缓冲区需要1000个时钟周期，则以下4种方式

admin2017-11-20 35

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1000B数据，每个字节的读取、处理并存入内存缓冲区需要1000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?
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

答案若设备数据传输率为5MB／s，则外设传输1000B所用时间为1000B／(5×10⁶B／s)=200us。对于定时查询和独占查询方式，传送1000B CPU所用时间至少为1000×(60+1000)×1ns=1060μs；对于中断方式，传送1000B CPU所用时间为1000×(2+1 200)×1ns=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1000B CPU所用时间为2000×1ns=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％。中断方式的计算，可以先求出1s内该外设请求的中断次数为1／(1B／50kB)=50k，然后得到1s内CPU用于数据I／O的时钟周期数为50k×(2+1200)=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6．01×10⁷／1G=6．01％。

解析

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