计算机考研408计算机组成原理真题IO系统大题

【2011年题43】 （8 分）某计算机的 CPU 主频为 500MHz，CPI 为 5（即执行每条指令平均需 5 个时钟周期）。假定某外设的数据传输率为 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，中断服务的其他开销相当于 2 条指令的执行时间。请回答下列问题，要求给出计算过程。

1）在中断方式下，CPU 用于该外设 I/O 的时间占整个 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。假定每次 DMA 传送块大小为 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 之间没有访存冲突）？

解答：

1）按题意，外设每秒传送 0.5MB，中断时每次传送 4B。中断方式下，CPU 每次用于数据传送的时钟周期为 $5 \times 18 + 5 \times 2 = 100$。（2 分）
为达到外设 0.5MB/s 的数据传输率，外设每秒申请的中断次数为 $0.5\text{MB} / 4\text{B} = 125000$。（1 分） 1s 内用于中断的开销为 个时钟周期。（1 分） CPU 用于外设 I/O 的时间占整个 CPU 时间的百分比为 。（1 分）