Lecture 22 输入输出系统 - 三种典型输入输出方式 - 作业参考答案

22-4
假定硬盘传输数据以32位的字为单位，数据传输速率为1MB/s, CPU的时钟 频率为500MHz (1)程序查询的输入输出方式，一个查询操作需要100个时钟周期，假定进行 足够的查询以避免数据丢失，求CPU为I/O查询所花费的时间比率。 (2)用中断方式进行控制，每次传输用于中断中断处理的开销为100个时钟周 期，求中断开销的时间比率 (3)采用DMA控制进行输入输出操作，假定DMA的启动操作需要1000个时钟 周期，DMA完成时处理中断需要500个时钟周期，如果平均传输数据长度为 4KB，问在硬盘工作时处理器将用多少时间比率进行输入输出，忽略DMA 申请使用总线的的影响。 解：(1)每传送一次数据（32位）的时间间隔为：4/1M s，为避免数据丢失， CPU至多间隔4/1M s时间就要查询一次，查询一次所花的时间为100/500M s。比率为5% （2）中断时，同（1），每4/1M s要中断一次，中断处理所花时间为 100/500M s, 比率为5% (3)传输4KB数据的时间为4K/1M s, 在此期间只要1次DMA启动和后处理， 时间1500/500Ms。所占比率约0.075%

22-3
某计算机系统字长32位，包括两个选择通道和一个字节多路通道，每个选择 通道上连接了两台磁盘机和两台磁带机；字节多路通道上连接了两台行式打 印机，两台读卡机，10台终端。假定各个设备的数据传输速率如下： 磁盘机：800KB/s 磁带机：200KB/s 行打印机：6.6KB/s 读卡机：1.2KB/s 终端：1KB/s 计算该计算机系统的最大I/O数据传输速率 解：（1）选择通道的最大传输速率为该通道上连接的最快设备的速率 800KB/s （2）字节多路通道上的最大传输速率为通道上各设备速率之和：2＊6.6 ＋2＊1.2＋10＊1＝25.6KB/s (3)系统的最大Iபைடு நூலகம்数据传输速率为各通道速率之和：1625.6KB/s
B设备服务程序
C设备服务程序 D设备服务程序
0
C
10
B
20
D
30
40
50 55
A
60
B
70
80
1

参考课件例题(slide 50)
22-2

用多路DMA控制器控制磁盘、磁带、打印机3个设备同时 工作。磁盘、磁带、打印机分别以30us、45us、150us的 间隔向控制器发DMA请求，假设DMA控制器每完成一次 DMA传送所需要的时间是5us。当打印机从0时刻开始请 求，磁盘和磁带同时从20us时刻开始请求，画出多路 DMA控制器的时空图。 参考课件slide 75




以1秒为单位，1秒内传输5MB数据，每次DMA传5000B， 因此1秒内需要5MB/5000B等于1000次DMA CPU为每次DMA传送服务花的时间是：500＊1/500M＝ 1/1M 秒 1秒内，CPU为DMA传送服务花的时间是：1000＊1/1M＝ 1/1000秒 CPU用于IO的时间占整个CPU时间的0.1%
第22-5题参考答案（续）


某计算机的CPU主频500MHz,CPI为5(每条指令平均需要5个时钟周 期)。假定某设备的数据传输率为0.5MB/s，采用中断方式与主机进行 数据传送，以32位为传输单位，对应的中断服务程序包含 18条指令， 中断服务的其它开销相当于2条指令的执行时间。 (2)当该外设的数据传输率达到5MB/s时，改用DMA方式传送数据。 假设每次DMA传送大小为5000B，且DMA预处理和后处理的总开销 为500个时钟周期，则CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的 百分比是多少？(假设DMA与CPU之间没能访存冲突)
第22-5题参考答案


某计算机的CPU主频500MHz,CPI为5(每条指令平均需要5 个时钟周期)。假定某设备的数据传输率为0.5MB/s，采用 中断方式与主机进行数据传送，以32位为传输单位，对应 的中断服务程序包含18条指令，中断服务的其它开销相当 于2条指令的执行时间。 (1)在中断方式下，CPU用于该外设I/O的时间整个CPU时 间的百分比是多少？



传输速率中，1MB＝106B 以1秒为单位，外设在1秒内需要传送0.5MB数据，每次中断 传送4B，因此需要中断0.5*106/4=1.25*105次 每次中断需要相当于20条指令的执行时间，每条指令的执行 时间为1/(100M)秒,因此，每次中断需要时间为1/(5M)秒 1秒内CPU用于IO的时间为1.25*105/(5*106)=0.025秒，占 2.5%。

22-5



某计算机的CPU主频500MHz,CPI为5(每条指令平均需要5 个时钟周期)。假定某设备的数据传输率为0.5MB/s，采用 中断方式与主机进行数据传送，以32位为传输单位，对应 的中断服务程序包含18条指令，中断服务的其它开销相当 于2条指令的执行时间。 (1)在中断方式下，CPU用于该外设I/O的时间整个CPU时 间的百分比是多少？ (2)当该外设的数据传输率达到5MB/s时，改用DMA方式传 送数据。假设每次DMA传送大小为5000B，且DMA预处理 和后处理的总开销为500个时钟周期，则CPU用于该外设 I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少？(假设DMA与 CPU之间没能访存冲突)
22-1

设某机有4级中断A、B、C、D，其硬件排队优先次序为A>B>C>D，现要求 将中断处理次序改为D>B>A>C： (1)下表中各级中断程序的屏蔽位应如何设置(“0”为允许，“1”为屏蔽， CPU状态时屏蔽码为0000)？ (2)请按下图所示时间轴给出的设备中断请求时刻，画出CPU执行的轨迹，A、 B、C、D中断服务程序的时间宽度为20us (3)若ABCD四个设备同时请求中断，画出CPU执行的轨迹 屏蔽码 设备 服务程序 A B C D A设备服务程序