🏷️ 知识点：IO方式
某计算机处理器主频为50MHz, 采用定时查询方式控制设备A的 I/O, 查询程序运行一次所用的时钟 周期数至少为500。在设备A 工作期间，为数据不丢失，每秒需对其查询至少200次，则CPU用于设备A 的I/O 的时间占整个CPU时间的百分比至少是()。
A.0.02%
B.0.05%
C.0.20%
D.0.50%
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正确答案：C
本题考察 程序查询 I/O 方式 ，每秒至少查询 200 次，每次查询至少 500 个 时钟周期，总的时钟周期数为 200 × 500 =100000，因此 CPU 用于设备 A 的 I/O 的时间占 CPU 时间比为 100000/50M =0.20%。
下列关于 I/O 控制方式的叙述中，错误的是()。
A. 查询方式下，通过 CPU 执行查询程序进行 I/O 操作
B. 中断方式下，通过 CPU 执行中断服务程序进行 I/O 操作
C.DMA 方式下，通过 CPU 执行 DMA 传送程序进行 I/O 操作
D. 对于 SSD. 网络适配器等高速设备，采用 DMA 方式输入/输出
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正确答案：C
在 DMA （直接内存访问）方式下，CPU 并不直接执行 DMA 传送程序进行 IO 操作。
DMA 是一种特殊的 I/O 控制方式，它允许外设设备直接与主存进行数据传输，数据传输过程 是由硬件（DMA 控制器）完成的，而无需 CPU 的干预，所以 C 选项的描述错误。
本题需要选 择错误的选项，因此本题的答案为 C。
操作系统 23 与宏内核操作系统相比，下列特征中微内核操作系统具有的是（ ）。
Ⅰ. 较好的性能 Ⅱ. 较高的可靠性 Ⅲ. 较高的安全性 Ⅳ. 较强的可扩展性 操作系统概念 A. Ⅱ、Ⅳ B. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ C. Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ D. Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 查看答案与解析 收藏 正确答案： 参考 微内核和宏内核 ， 选项 II 较高的可靠性：微内核操作系统将核心功能模块化，将部分操作系统功能移出 内核，以减少内核的复杂性和错误的影响范围，从而提高系统的可靠性，由于微内核中只包含 最基本的功能，因此可以更容易地对其进行验证和测试，减少错误的概率。
选项 III 较高的安 全性：微内核操作系统通过将一些非核心功能移出内核，以降低系统的攻击面，只有核心的、 必要的功能位于内核中，而其他的服务和驱动程序则在用户空间运行，减少了恶意代码对内核 的直接访问，这有助于提高系统的安全性，并减少潜在的漏洞。
选项 IV 较强的可扩展性：微 内核操作系统的设计使得新增功能或服务更容易添加到系统中。
由于非核心功能运行在用户空 间，可以通过插件或模块的形式进行扩展，而无需对内核进行大规模的修改，这使得微内核操 作系统更具有灵活性和可扩展性。
微内核操作系统采用模块化设计，将一部分功能移至用户空 间，这就需要通过进程间通信（IPC）机制来实现内核与用户空间的交互。
这种通信会引入额 外的开销，包括上下文切换、数据拷贝等，从而影响系统的性能。
所以选项 I 不是微内核操作 系统所具有的特点，正确的选项为 II，III，IV，选择 D 选项。
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 2MBps 和 40MBps，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？
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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，以防止部分数据未被及时读取而丢失。设备 A 准备 32 位数据所用的时间为 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2×10/500M=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，设备 B 准备 32 位数据所用的时间为 4B/40MB=0.1us，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 控制的。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%。