吉林大学 计算机系统结构题库 第六章

第六章输入输出系统

知识点汇总

系统响应时间、存储外设可靠性能参数（可靠性/可用性/可信性）、RAID、CPU与外设进行输入/输出方式（程序查询、中断、DMA、通道）、分离事务总线、同步总线、异步总线、通道处理机功能、通道处理工作过程、字节多路通道、选择通道、数组多路通道、通道流量（最大流量、实际流量） 简答题

1. 反映存储外设可靠性能的参数有哪些？（知识点：存储外设可靠性能参数）

答：（1）可靠性：系统从初始状态开始一直提供服务的能力。

（2）可用性：系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时间中所占的比率。 （3）可信性：服务的质量，即在多大程度上可以合理地认为服务是可靠的。

2. 简述同步总线和异步总线的优缺点。（知识点：同步总线、异步总线）

答：(1) 同步总线。同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。同步总线成本低，因为它不需要设备之间互相确定时序的逻辑。但是同步总线也有缺点，总线操作必须以相同的速度运行。

(2) 异步总线。异步总线上的设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。异步总线容易适应更广泛的设备类型，扩充总线时不用担心时钟时序和时钟同步问题。但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。

3. 简述通道完成一次数据传输的主要过程。（知识点：通道处理工作过程）

答：(1) 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。

(2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据I/O工作。

(3) 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对I/O中断请求进行处理。

4. 简述三种通道传输方式及其传输过程。（知识点：字节多路通道、选择通道、数组多路通道）

答：(1) 字节多路通道：通道每连接一个外围设备，只传送一个字节，然后又与另一台设备连接，并传送一个字节。(2) 数组多路通道：通道每连接一台外围设备，传送一个数据块，传送完成后，又与另一台高速设备连接，再传送一个数据块。(3) 选择通道：通道每连接一个外围设备，就把这个设备的多有待传字节全部传送完成，然后再与另一台设备相连接。

5. 简述通道的主要功能（答出5项即可）（知识点：通道处理机功能） 答：（1）选择连接设备。（2）执行通道程序。（3）给出外围设备的操作地址。（4）给出主存缓冲区的首地址。（5）传送计数。（6）传送后处理。（7）设备监测。（8）格式变换。

选择题

1. 通道完成一次数据传输过程要中断几次CPU？（D）（知识点：通道处理机工作过程）

A．1次；B．0次；C．3次；D．2次；

2. 通道完成一次数据传输过程要几次CPU管态？（C）（知识点：通道处理机工作过程）

A．0次；B．1次；C．2次；D．3次；

3. 当计算机系统通过执行通道程序完成输入输出工作，执行通道程序的是（B）。（知识点：通道处理工作

过程） A． CPU B． 通道

C． CPU和通道 D． 指定的外设

4. 磁盘存储器适合于连接到（C）。（知识点：字节多路通道、选择通道、数组多路通道）

A． 字节多路通道或者选择通道 B． 字节多路通道或数组多路通道 C． 选择通道或数组多路通道 D． 任意一种通道 计算题

1. 某计算机系统包含两个选择通道和一个字节多路通道，每个选择通道上连接2台磁盘机和2台磁带机，

字节多路通道上连接2台行式打印机和10个终端，假定各设备的传输率如下： 磁盘机：600KB/S 磁带机：100KB/S 行式打印机：10KB/S 终端：1KB/S

试计算该系统的最大I/O传输率？（知识点：通道处理机、字节多路通道、选择通道、数组多路通道） 答： VI10= VI10 SELECT＋VI10 MULTI=2×600＋2×10＋10×1=1230KB/s

即计算机系统的最大I/O传输率为1230KB/s

2. 一个字节多路通道连接6台设备，它们的数据传输率如下表所示，求：

设备名称

（1）各设备相应两次请求传送字节的间隔时间是多少？

（2）当所有设备要同时传送数据时，计算该通道的实际工作流量。 （3）若通道的最大流量等于实际工作流量，求通道的工作周期Ts+TD。

(4) 若把6台设备挂接在数组多路通道上，且（3）中的Ts=4TD, 求此数组多路通道的极限流量，设定长块为512B.

（知识点：通道处理机、字节多路通道、选择通道、数组多路通道）

D1 D2 D3 D4 D5 D6 数据传输速率（B/ms） 50 50 40 25 25 10

答：（1）六台设备中两次请求的间隔时间依次分别为：20μs、20μs、25μs、40μs、40μs、100μs （2）通道实际流量为

fbyte??fi?50?50?40?25?25?10?200B/ms

i?16（3）由于通道的最大流量等于实际工作流量，即有

fmax?byte?1?200B/ms

TS?TD可得，通道的工作周期Ts+TD = 5μs。

（4）因为Ts=4TD，所以TS=4μs, TD=1μs

K512512fmax.block???(B/?s)?0.9922(B/?s)

TS?KTD4?512?1516

3. 设某个字节多路通道的设备选择时间Ts为9.8μs，传送一个字节的数据所需的时间TD为0.2μs。若某种

低速外设每隔500μs发出一次传送请求，请问： （1）该通道最多可连接多少台这种外设？

另有一通道，数据传送期间，选择一次设备为1μs，传送一个字节也需要1μs。现采用数组多路通道，定长快为512B，要挂接的各设备要求传送信息的工作速率如下表，求： （2）数组多路通道工作的极限流量是多少？

（3）哪些设备可挂接此数组多路通道上？为什么？

设备号 工作速率（kB/s） D1 1000 D2 480 D3 200 D4 150 D5 100 D6 80 D7 28 D8 20 （知识点：通道处理机、字节多路通道、选择通道、数组多路通道） 答：（1）字节多路通道的最大流量为：fmax?byte?字节多路通道的实际流量为：fbyte??fi

i?1p1

TS?TD其中，p为通道连接的外设台数，fi为外设i的数据传输速率。因为连接的是同样的外设，所以f1=f2=…=fp=f，故有fbyte=pf。

通道流量匹配的要求有：fmax-byte≥fbyte 即有：

11?pf；可得：p?

TS?TD(TS?TD)f已知Ts = 9.8μs，TD = 0.2μs，1/f = 500μs，可求出通道最多可连接的设备台数为：

500?s1p???50

(TS?TD)f(9.8?0.2)?s（2）

fmax.block?K512512??(B/?s)?1000kB/s

TS?KTD1?512?1513（3）可挂2～8号设备，1号设备不能挂。因为它不满足基本工作条件fmax.block?fblock.i

4. 一个字节多路通道连接有6台设备，它们的数据传输率如下表所示。

设备名称 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 数据传输速率（B/ms） 50 40 30 25 25 20 10 （1） 计算该通道的实际工作流量。

（2） 若通道的最大流量等于实际工作流量，求通道的工作周期Ts+TD。 （知识点：通道处理机、字节多路通道、选择通道、数组多路通道） 答：

（1）通道实际流量为

fbyte??fi?50?40?30?25?25?20?10?200B/ms

i?16（2）由于通道的最大流量等于实际工作流量，即有

fmax?byte?1?200B/ms

TS?TD可得，通道的工作周期Ts+TD = 5μs。

5. 设某个字节多路通道的设备选择时间Ts为9.8μs，传送一个字节的数据所需的时间TD为0.2μs。若某种

低速外设每隔500μs发出一次传送请求，请问： （1）该通道最多可连接多少台这种外设？

对如下A—F 6种高速设备，一次传送的字节数不少于1024个字节，其中A—F 设备每发一个字节数据传送请求的时间间隔如下表，求：

（2）数组多路通道工作的极限流量是多少？

（3）哪些设备可挂接此数组多路通道上？为什么？

A—F 设备每发一个字节数据传送请求的时间间隔(μs)

设备号 发请求间隔 A 0.2 B 0.25 C 0.5 D 0.19 E 0.4 F 0.21 （知识点：通道处理机、字节多路通道、选择通道、数组多路通道）

解： （1）字节多路通道的最大流量为：fmax?byte?字节多路通道的实际流量为：fbyte??fi

i?1p1

TS?TD其中，p为通道连接的外设台数，fi为外设i的数据传输速率。因为连接的是同样的外设，所以f1=f2=…=fp=f，故有fbyte=pf。

通道流量匹配的要求有：fmax-byte≥fbyte 即有：

11?pf；可得：p?

TS?TD(TS?TD)f已知Ts = 9.8μs，TD = 0.2μs，1/f = 500μs，可求出通道最多可连接的设备台数为：

500?s1p???50

(TS?TD)f(9.8?0.2)?s（2） A—F 应挂接在选择通道上，选择通道的极限流量为

N10241fmax.select???(B/?s)

TS?NTD9.8?1024?0.20.21（3）可挂B、C、E、F号设备，因为它满足基本工作条件fmax.select?fselect.i

6. 有8台外设的数据传输率如表所示，设计一种通道，Ts=2us，Td=2us。

（1）如果按字节多路通道设计，通道的最大流量是多少？若希望从8台外设中至少选择4台外设同时连接到该通道上，而且尽量多连接传输速率高的外设，那么，应选择哪些外设连接到该通道上？

（2）如果按数组多路通道设计，且通道一次传送定长数据块的大小k＝512B，该通道的最大流量是多少？从8台外设中能选择哪些外设连接到该通道上？ 设备号 数据传输速率（KB/s） 1 500 2 240 3 100 4 75 5 50 6 40 7 14 8 10 （知识点：通道处理机、字节多路通道、选择通道、数组多路通道） 解：

（1） fmaxbete=1/(Ts+Td)=250KB/s

根据 fmaxbete?5?fi?1pi所以应选择3，4，5，7，8同时链接到通道上，因为

?fi?1i=100+75+50+14+10=249KB/s<250KB/s

(2) fmaxblock=k/(Ts+kTd)=512/(2+512×2)=499KB/s

根据fmaxblock?fi因此，除外设1外，其他外设都可以同时连接通道上。

7. 设某通道设备的选择时间TS为1μs，传送一个字节所需要的时间TD为1μs，现有7台外设的数据传输

率分别如下所示：

设备名称 数据传输速率/ KB/s D1 1000 D2 320 D3 50 D4 55 D5 120 D6 150 D7 1024 问：（1）假设为数组多路通道，一次传送定长数据块的大小k为512字节。该通道的最大流量是多少？所给出的哪些外设可以连接到该通道上正常工作。（5分）

（2）假设为字节多路通道，则该通道的最大流量是多少？选择那些设备连接到该通道上，可以使通道的实际流量最接近最大流量？（5分）

（知识点：通道处理机、字节多路通道、选择通道、数组多路通道）

答：（1）数组多路通道

fMAX?BLOCK?1Ts?TDk?11?1512(B/?s)?512513(B/?s)

由于数组多路通道，因此通道的实际流量为设备流量，且须小于通道最大流量。因此D2,D3,D4,D5,D6可以挂在通道上。

（2）字节多路通道

fMAX?BYTE?1?1(B/?s)?0.5(B/?s)?500KB/sTS?TD1?1

字节多路通道实际流量为设备流量之和：

320+120+55=495, 因此，将D2,D4和D5连接到通道上。

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