计算机系统结构：第6章 输入输出系统.docx

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

（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）

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

（3）由于通道的最大流量等于实际工作流量，即有

可得，通道的工作周期Ts+TD = 5μs。
（4）因为Ts=4TD，所以TS=4μs, TD=1μs

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
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
工作速率（kB/s）
1000
480
200
150
100
80
28
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：
字节多路通道的实际流量为：
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：；可得：
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：

（2）
（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

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

（2）由于通道的最大流量等于实际工作流量，即有

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
A
B
C
D
E
F
发请求间隔
0.2
0.25
0.5
0.19
0.4
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：
字节多路通道的实际流量为：
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：；可得：
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：

（2） A—F 应挂接在选择通道上，选择通道的极限流量为

（3） 可挂B、C、E、F号设备， 因为它满足基本工作条件

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
1
2
3
4
5
6
7
8
数据传输速率（KB/s）
500
240
100
75
50
40
14
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 所以应选择3，4，5，7，8同时链接到通道上，因为
=100+75+50+14+10=249KB/s<250KB/s
(2) fmaxblock =k/(Ts+kTd)=512/(2+512×2)=499KB/s
根据fmaxblock 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
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
数据传输速率/ KB/s
1000
320
50
55
120
150
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

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

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。