假定计算机的主频为500MHz，CPI为4。现有设备A

第1题

假定计算机的主频为500MHz，CPI为4。现有设备A和B，其数据传输率分别为2MB/s和40MB/s，对应I/O接口中各有一个32位数据缓冲寄存器。请回答下列问题，要求给出计算过程。

（1）若设备A采用定时查询I/O方式，每次输入/输出都至少执行10条指令。设备A最多间隔多长时间查询一次才能不丢失数据？CPU用于设备A输入/输出的时间占CPU总时间的百分比至少是多少？

（2）在中断I/O方式下，若每次中断响应和中断处理的总时钟周期数至少为400，则设备B能否采用中断I/O方式？为什么？

（3）若设备B采用DMA方式，每次DMA传送的数据块大小1000B，CPU用于DMA预处理和后处理的总时钟周期数为500，则CPU用于设备B输入/输出的时间占CPU总时间的百分比最大是多少？

答：

（1）程序定时向缓存端口查询数据，由于缓存端口大小有限，必须在传输完端口大小的数据时访问端口，以防止部分数据没有被及时读取而丢失。设备A准备32位数据所用时间为4B/2MB=2µs，所以最多每隔2µs必须查询一次，每秒的查询次数至少是1s/2µs=5×105，每秒CPU用于设备A输入/输出的时间至少为5×105×10×4 = 2×107个时钟周期，占整个CPU时间的百分比至少是2×107/500M = 4%。

（2）中断响应和中断处理的时间为400×（1/500M）=0.8µs，这时只需判断设备B准备32位数据要多久，如果准备数据的时间小于中断响应和中断处理的时间，那么数据就会被刷新、造成丢失。经过计算，设B准备32位数据所用时间为4B/40MB=0.1µs，因此，设备B不适合采用中断I/O方式。

（3）在DMA方式中，只有预处理和后处理需要CPU处理，数据的传送过程是由DMA控制。设备B每秒的DMA次数最多为40MB/1000B=40000，CPU用于设备B输入/输出的时间最多为40000×500 = 2×107个时钟周期，占CPU总时间的百分比最多为2×107/500M = 4%。