【正确答案】正确答案：主频为1GHz，所以时钟周期为1／1GHz=1ns。因为每个字节的读取、处理并存入内存缓冲区需要1000个时钟周期，所以，对于像程序查询和中断等用软件实现输入／输出的方式，CPU为每个字节传送所用的时间至少为1000×1ns=1000ns=1μs。在50kB／s的数据传输率下，设备每隔1B／50kB／s=20μs=20000ns准备好一个字节，因而读取1000B的时间为1000×20μs=20ms。 定时查询方式下的I／O过程如图7-12所示。用户可以设置每隔20000ns查询一次，这样使得查询程序的开销达到最小，即第一次读取状态时就可能会发现就绪，然后用1000个时钟周期进行相应处理，因此，对于每个字节的传送，CPU所用时钟周期数为60+1000=1060。因此，在1000B的读取过程中，CPU用在该设备的I／O操作上的时间至少为1000×1060×1ns=1．060ms，占整个CPU时间的百分比至少为1．060／20=5．3％。

【正确答案】正确答案：独占查询方式下的I／O过程如图7-13所示。启动设备后，CPU就开始查询，因为333×60+20=20000，所以第一个字节传送在第334次读取状态查询时检测到就绪，随后用1000个时钟周期进行相应的处理，然后继续第二个字节的状态查询，因为40+1000+316×60=20 000，所以，第二个字节的传送在第316次读取状态查询时检测到就绪，第一个和第二个字节的传送过程如图7-13a所示。每次检测到就绪后，就进行相应的处理，然后周而复始地进行查询，因为(20000-1000)／60=316．7，所以，第317次状态查询时发现就绪。因为1000+60×317-20000=20，所以，每3B可多60个时钟周期，正好进行一次状态查询，因此，在剩下的998B的读取过程中，前996B的传送正好用了996×20000个时钟周期，如图7-13b所示。最后两个字节的传送过程如图7-13c所示，因为2×(1000+60×317-20000)=40，此外，最后一个字节的处理还有1000个时钟周期，所以最后两个字节总的时间为2×20000+40+1 000=41 040个时钟周期。 综上所述，CPU用在该设备的I／O操作上的总时间为1000×20000ns+1040×1ns=20．00104ms≈20ms，即在1000B的整个传输过程中，CPU一直为该设备服务，所用时间占整个CPU时间的100％。

【正确答案】正确答案：中断方式下的I／O过程如图7-14所示。中断方式下，外设每准备好一个字节请求一次中断，每次中断CPU所用时钟周期数为2+1200=1202，因此CPU用在该设备的I／O操作上的时间为1000×1202×1ns=1．202ms，占整个CPU时间的百分比至少为1．202／20=6．01％。

【正确答案】正确答案：DMA方式下，由于CPU和DMA没有访存冲突，所以不需考虑由于DMA而影响到CPU执行其他程序。因此，传送1000B CPU所用的时钟周期数就是2000，在1000B的读取过程中，CPU用在该设备的I／O操作上的时间为2000×1ns=2μs，占整个CPU时间的百分比为2／(1000×20)=0．01％。

【正确答案】正确答案：若设备数据传输率为5MB／s，则外设传输1000B所用时间为1000B／(5×10 ⁶ B／s)=200us。 对于定时查询和独占查询方式，传送1000B CPU所用时间至少为1000×(60+1000)×1ns=1060μs；对于中断方式，传送1000B CPU所用时间为1000×(2+1 200)×1ns=1 202μs。上述3种方式下，CPU所用的时间都比设备所用时间长得多，即设备的传输比CPU的处理快得多，因而发生数据丢失。因此，这3种方式都不能用于该设备的I／O操作。对于DMA方式，传送1000B CPU所用时间为2000×1ns=2μs，占整个CPU时间的百分比为2／200=1％。这说明可以使用DMA方式，不过由于外设传输速度加快，使得CPU频繁进行DMA预处理和后处理，因而CPU的开销从0．01％上升到了1％。中断方式的计算，可以先求出1s内该外设请求的中断次数为1／(1B／50kB)=50k，然后得到1s内CPU用于数据I／O的时钟周期数为50k×(2+1200)=6．01×10 ⁷ ，因此在该设备传输过程中，CPU用于该设备I／O操作的时间占整个CPU时间的百分比为6．01×10 ⁷ ／1G=6．01％。