操作系统作业5（个人摘抄，仅供参考，有些无过程）

请在2022-05-22 23:55前完成以下题目。

【1】 (问答题)chIO_6, 假设一个系统使用DMA将数据从磁盘控制器传送到内存。进一步假设平均花费t1 ns获得总线，并且花费t2 ns在总线上传送一个字(t1 >> t2)。 在CPU对DMA控制器进行编程之后，如果 (a) 采用一次一字模式，(b) 采用突发模式，从磁盘控制器到内存传送1000个字需要多少时间?
（a） 1000×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)]；第一个(t1+t2)是获取总线并将命令发送到磁盘控制器，第二个(t1+t2)是用于传输字，第三个(t1+t2)是为了确认。总之，共3000（t1+t2） <p>（b）<br> (t1+t2)+t1+1000×t2+(t1+t2)，第一个(t1+t2)是获取总线并将命令发送到磁盘控制器，第二个t1是为磁盘控制器获取总线，第三个1000×t2是突发传送，第四个(t1+t2)是获取总线并做确认。总3t1+1002t2

【2】 (问答题)chIO_8, 假设一台计算机能够在5ns内读或者写一个内存字，并且假设当中断发生时，所有32位寄存器连同程序计数器和PSW被压入堆栈。该计算机每秒能够处理的中断的最大数目是多少?
一次中断需要入栈34个字。而从中断返回需要把34个字从栈中取出。总耗时为680 ns。因此，每秒最多处理147万次中断.

【3】 (问答题)chIO_14, 以下各项工作是在四个I/O软件层的哪一层完成的?
(a)为一个磁盘读操作计算磁道、扇区、磁头。
(b)向设备寄存器写命令。
(c)检查用户是否允许使用设备。
(d)将二进制整数转换成ASCII码以便打印。
(a)设备驱动程序<br> (b)设备驱动程序<br> (c)设备无关的软件<br> (d)用户级软件

【4】 (问答题)chIO_16, 为什么打印机的输出文件在打印前通常都假脱机输出在磁盘上?
如果每次输出都立即分配打印机，某进程可以通过打印机1个字符来冻结打印机，然后休眠一个星期

【5】 (问答题)chIO_17, 一个7200rpm的磁盘的磁道寻道时间为1msec,该磁盘相邻柱面起始位置的偏移角度是多少?磁盘的每个磁道包含200个扇区，每个扇区大小为512B
磁盘以120 RPS旋转，所以1次旋转需要1000/120毫秒。 如果每个旋转200秒，扇区时间是这个数字的1/200或5/120 = 1/24 毫秒。在1毫秒的搜寻过程中，24个扇区从头部下方通过。 因此，圆柱斜度应该是24。

【6】 (问答题)chIO_18, 一个磁盘的转速为7200rpm,一个柱面上有500个扇区，每个扇区大小为512B。读入一个扇区需要多少时间?
在7200转的转速下，每秒旋转120圈，所以旋转大约需要8.33毫秒。 除以500我们得到的扇形时间约为16.67 μs

【7】 (问答题)chIO_22, 从读性能、写性能、空间开销以及可靠性方面对0级RAID到5级RAID进行比较。
读性能:RAID级别0、2、3、4、5允许并行读。 但是，RAID级别1进一步允许两个读请求同时进行。<br> 写性能:所有RAID级别的写性能基本相同。<br> 空间开销:级别0没有空间开销，级别1有100%的开销。 使用32位数据字和6个奇偶校验驱动器，在级别2中空间开销约为18.75%。 对于32位数据字，级别3的开销大约是3.13%。 最后，假设级别4和级别5中有33个驱动器，空间开销为3.13%。<br> 可靠性:0级无可靠性支持。所有其他RAID级别都可以在一次硬盘崩溃时存活。 此外，在3级、4级和5级中可以检测到一个单词的单个随机误码，而在2级中可以检测到一个单词的单个随机误码并进行校正。

【8】 (问答题)chIO_28, 考虑一个包含16个磁头和400个柱面的磁盘。该磁盘分成4个100柱面的区域，不同的区域分别包含160个、200个、240个和280个扇区。假设每个扇区包含512字节，相邻柱面间的平均寻道时间为1ms,并且磁盘转速为7200rpm。计算磁盘容量、最优磁道斜进以及最大数据传输率。
磁盘容量：720896000字节<br> 最优磁道斜进：33.6扇区<br> 最大数据传输率：17203200字节/秒

【9】 (问答题)chIO_37, 某计算机上的时钟中断处理程序每一时钟滴答需要2ms (包括进程切换的开销)，时钟以60Hz的频率运行，那么CPU用于时钟处理的时间比例是多少?
12%

【10】 (问答题)chIO_40, 许多UNIX版本使用一个32位无符号整数作为从时间原点计算的秒数来跟踪时间。这些系统什么时候会溢出(年与月) ?你认为这样的事情会实际发生吗?
4平均一年的秒数是365.25 × 24 × 3600。这个数字是31,557,600。从1970年1月1日开始，计数器环绕232秒。232/31,557,600的值是136.1年，所以包装将发生在2106.1年，也就是2106年2月初。而那个时候，所有的计算机都至少是64位的，所以这根本不会发生。

【11】 (问答题)chIO_41, 一个位图模式的终端包含1600x 1200个像素。为了滚动一个窗口，CPU (或者控制器)必须向上移动所有的文本行，这是通过将文本行的所有位从视频RAM的一部分复制到另一部分实现的。如果一个特殊的窗口高80行宽80个字符(总共6400个字符)，每个字符框宽8个像素高16像素，那么以每个字节50ns的复制速率滚动整个窗口需要多长时间?如果所有的行都是80个字符长，那么终端的等价波特率是多少?将一个字符显示在屏幕上需要5μs，每秒能够显示多少行?
滚动窗口需要复制79行80个字符或6320个字符。复制一个字符(16个字节)需要800 ns，因此整个窗口需要5.056 ms。在屏幕上输入80个字符需要400秒，解决方案滚动和显示新行需要5.456毫秒。这大约是183.2行/秒。

【12】 (问答题)chIO_46, 将字符放置在位图模式的屏幕上，一种方法是使用BitBIt从一个字体表复制位图。假设一种特殊的字体使用 16 x 24 像素的字符，并且采用RGB真彩色。
(a)每个字符占用多少字体表空间?
(b)如果复制一个字节花费100ns(包括系统开销),那么到屏幕的输出率是每秒多少个字符?
47.(a)在RGB中，每个像素占用3个字节，因此表空间是16 x 24 x 3字节，即1152字节。<br> (b)在每字节100 ns时，每个字符需要115.2 us。这给出了大约8681字符/秒的输出速率。

【13】 (问答题)chIO_47, 假设复制一个字节花费10ns,那么对于80字符x25行文本模式的内存映射的屏幕，完全重写屏幕要花费多长时间?采用24位彩色的1024x768像素的图形屏幕情况怎样?
48. 重写文本屏幕需要复制2000个字节，这可以在4 μ秒内完成。重新编写图形屏幕需要复制1024 × 768 × 3 = 2,359,296字节(约4.72 ms)。

【14】 (问答题)chIO_53, 如果一个CPU的最大电压V被削减到V/n,那么它的功率消耗将下降到其原始值的1/(n*n),并且它的时钟速度下降到其原始值的1/n。假设一个用户以每秒1个字符的速度键入字符，处理每个字符所需要的CPU时间是100ms，n的最优值是多少?与不削减电压相比，以百分比表示相应的能量节约了多少?假设空闲的CPU完全不消耗能量。
54. 如果n = 10, CPU仍然可以按时完成工作，但能耗明显下降。如果全速运行1秒消耗的能量是E，那么全速运行100毫秒，然后闲置900毫秒使用E/10。以1/10的速度跑一秒使用E/100，节省9E/100。通过降低电压节省的百分比是90%。最优的n值不知