【正确答案】正确答案：主频为1GHz，所以时钟周期为l/lGHz=lns。因为每个字节的读取、处理并存入内存缓冲区需要1 000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1 000×1ns=1000ns=1μs。在50kB/s的数据传输率下，设备每隔lB/50kB/s=20μs=20 000ns准备好一个字节，因而读取1 000B的时间为1 000×20μs=20ms。 (1)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20 000ns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1 000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+1 000=1 060。因此，在1 000B的读取过程中，CPU用在该设备的I/O操作上的时间至少为1 000×1 060×1ns=1.060ms，占整个CPU时间的百分比至少为1.060/20=5.3％。 (2)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=20 000，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1 000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+1 000+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（20 000—1 000）/60=316.7，所以，第3 17次状态查询时发现就绪。因为1 000+60×317—20 000=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996×20 000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×(1 000+60×317—20 000)=40，此外，最后一个字节的处理还有1 000个时钟周期，所以最后两个字节总的时间为2×20 000+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1 000×20 000ns+1 040×1ns=20.001 04ms～20ms，即在1000B的整个传输过程中，CPU —直为该设备服务，所用时间占整个CPU时间的100％。 (3)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+1 200=1 202，因此CPU用在该设备的I/O操作上的时间为1 000×1 202×1ns—1.202ms，占整个CPU时间的百分比至少为1.202/20=6.01％。