【正文】 系統(tǒng)關(guān)注的是輪轉(zhuǎn)時間，時間限制策略更有效是因為它給所有進程一個較短的處理時間。這樣，一個處理器限制的進程不會永遠得不到處理器。假設(shè)短期調(diào)度算法偏愛那些在近期石油處理器時間較少的算法，請解釋為什么這個算法偏愛I/O限制的程序，但是并不是永遠不受理處理器限制程序所需的處理器時間？受I/O限制的程序使用相對較少的處理器時間，因此更受算法的青睞。 一個作業(yè) 時間周期=NT 處理器利用率=50﹪ 兩個作業(yè) 時間周期=NT 處理器利用率=100﹪ 四個作業(yè) 時間周期=（2N1）NT 處理器利用率=100﹪ I/O限制的程序是指如果單獨運行，則花費在等待I/O上的時間比使用處理器的時間要多的程序。答：（a）和（b）的答案相同。定義以下量： ?時間周期=完成任務(wù)的實際時間 ?吞吐量=每個時間周期T內(nèi)平均完成的作業(yè)數(shù)目 ?處理器使用率=處理器活躍（不是處于等待）的時間的百分比 當周期T分別按下列方式分布時，對1個、2個和4個同時發(fā)生的作業(yè)，請計算這些量：a. 前一般用于I/O，后一半用于處理器。每個作業(yè)一共運行N個周期。第2章 操作系統(tǒng)概述，每個作業(yè)有相同的特征。這兩種情況下可以取消程序計數(shù)器而用棧指針代替。請問可以取消程序計數(shù)器而用棧指針代替嗎？答案：如果棧只用于保存返回地址。如果要存取的字在高速緩沖存儲器中，存取它需要20ns；如果該字在主存儲器中而不在高速緩沖存儲器中，把它載入高速緩沖存儲器需要60ns（包括最初檢查高速緩沖存儲器的時間），然后再重新開始存?。蝗绻撟植辉谥鞔鎯ζ髦?，從磁盤中取到內(nèi)存需要12ms，接著復(fù)制到高速緩沖存儲器中還需要60ns，再重新開始存取。如果這個字在M2而不在M1中，那么數(shù)據(jù)塊需要從M2傳輸?shù)組1中，然后才能讀取。答案：定義： Ci = 存儲器層次i上每一位的存儲單元平均花銷 Si = 存儲器層次i的規(guī)模大小 Ti = 存儲器層次i上訪問一個字所需時間 Hi = 一個字在不高于層次i的存儲器上的概率 Bi = 把一個數(shù)據(jù)塊從層次i+1的存儲器上傳輸?shù)綄哟蝘的存儲器上所需時間 高速緩沖存儲器作為是存儲器層次1；主存為存儲器層次2；針對所有的N層存儲器層以此類推。 ， a[i]在循環(huán)內(nèi)部被訪問了十次。b. 請舉例說明代碼中的時間局部性。 ，可用的機器周期下的數(shù)量是10e6（5＋2）＝10e6 如果我們假設(shè)DMA模塊可以使用所有這些周期，并且忽略任何設(shè)置和狀態(tài)檢查時間，那么這個值就是最大的I/O傳輸速率。答案：％的時間給I/＝50000條指令/秒。請估計通過D的I/O數(shù)據(jù)傳送的最大可能速度。假設(shè)1個處理器周期等于1個總線周期，現(xiàn)在要在M和D之間傳送大塊數(shù)據(jù)。存儲器讀/寫操作使用1個機器周期。、一臺計算機包括一個CPU和一臺I/O設(shè)備D，通過一條共享總線連接到主存儲器M，數(shù)據(jù)總線的寬度為1個字。但是，DMA可能從或者向設(shè)備(例如磁盤或磁帶)以數(shù)據(jù)流的方式接收或者傳輸數(shù)據(jù)并且這是不能被打斷的。、實際上在所有包括DMA模塊的系統(tǒng)中，DMA訪問主存儲器的優(yōu)先級總是高于處理器訪問主存儲器的優(yōu)先級。如果中斷被使用，當打字機準備接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以向CPU發(fā)出一個中斷請求。 b.（A）描述的過程非常浪費。如果FGO＝1，CPU將把AC的內(nèi)容傳送至OUTER并把FGO置為0。 當CPU需要傳送數(shù)據(jù)到打字機時，它會檢查FGO。CPU定期檢查FGI。只有當FGI＝0時，INPR才會接收來自打字機的數(shù)據(jù)。a. 描述CPU如何使用這4個寄存器實現(xiàn)與打字機間的輸入/輸出。打字機可以把一個字母數(shù)字符號編碼成一個8位字，也可以把一個8位字解碼成一個字母數(shù)字符號。、考慮一個計算機系統(tǒng)，它包含一個I/O模塊，用以控制一臺簡單的鍵盤/打印機電傳打字設(shè)備。答案：時鐘周期＝1/（8MHZ）＝125ns總線周期＝4125ns＝500ns每500ns傳輸2比特；因此傳輸速度＝4MB/s加倍頻率可能意味著采用了新的芯片制造技術(shù)（假設(shè)每個指令都有相同的時鐘周期數(shù)）；加倍外部數(shù)據(jù)總線，在芯片數(shù)據(jù)總線驅(qū)動/鎖存、總線控制邏輯的修改等方面手段廣泛（或許更新）。假設(shè)這個微處理器有一個總線周期，其最大持續(xù)時間等于4個輸入時鐘周期。對于(d)情況，它支持28 = 256個輸入和28 = 256個輸出字節(jié)端口和相同數(shù)目的16位I/O端口；在任一情況, 一個輸入和一個輸出端口之間的區(qū)別是通過被執(zhí)行的輸入輸出指令所產(chǎn)生的不同信號來定義的。，處理器能夠直接訪問的最大存儲器地址空間為多少？，處理器能夠直接訪問的最大存儲器地址空間為多少？？，這個微處理器可以支持多少8位I/O端口？答案：對于(a)和(b)兩種情況，微處理器可以直接訪問的最大存儲器地址空間為216 = 64K bytes；唯一的區(qū)別是8位存儲器每次訪問傳輸1個字節(jié)，而16位存儲器每次訪問可以傳輸一個字節(jié)或者一個16位的字。 c. MBR中的值被存儲到地址為941的存儲單元之中。 6. a. 指令寄存器IR中的地址部分（941）被送入MAR中。 b. 地址為302的指令的內(nèi)容（值為十六進制數(shù)2941）被送入MBR，并且PC增1。 c. AC中以前的內(nèi)容和地址為941的存儲單元中的內(nèi)容相加，結(jié)果保存到AC中。 4. a. 指令寄存器IR中的地址部分（941）被送入MAR中。 b. 地址為301的指令的內(nèi)容（值為十六進制數(shù)5941）被送入MBR，并且PC增1。 c. MBR中的值被送入AC中。 2. a. 指令寄存器IR中的地址部分（940）被送入MAR中。這兩個步驟是并行完成的。答案：1. a. PC中包含第一條指令的地址300，該指令的內(nèi)容被送入MAR中。假設(shè)從設(shè)備5中取到的下一個值為3940單元中的值為2。2. 加上存儲器單元940的內(nèi)容。第1章 計算機系統(tǒng)概述、： 0011 = 從I/O中載入AC 0111 = 把AC保存到I/O中在這種情況下，12位地址標識一個特殊的外部設(shè)備。請給出以下程序的執(zhí)行過程（）：1. 從設(shè)備5中載入AC。3. 把AC保存到設(shè)備6中。答案：存儲器（16進制內(nèi)容）：300：3005；301：5940；302：7006 步驟1：3005－IR；步驟2：3－AC 步驟3：5940－IR；步驟4：3＋2＝5－AC 步驟5：7006－IR：步驟6：AC－設(shè)備 請使用MAR和MBR擴充這個描述。 b. 地址為300的指令的內(nèi)容（值為十六進制數(shù)1940）被送入MBR，并且PC增1。 c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。 b. 地址940中的值被送入MBR中。 3. a. PC中的值（301）被送入MAR中。 c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。 b. 地址941中的值被送入MBR中。 5. a. PC中的值（302）被送入MAR中。 c. MBR中的值被送入指令寄存器IR中。 b. AC中的值被送入MBR中。、假設(shè)有一個微處理器產(chǎn)生一個16位的地址（例如，假設(shè)程序計數(shù)器和地址寄存器都是16位）并且具有一個16位的數(shù)據(jù)總線。對于(c)情況，特殊的輸入和輸出指令是必要的，這些指令的執(zhí)行體會產(chǎn)生特殊的“I/O信號”（有別于“存儲器信號”，這些信號由存儲器類型指令的執(zhí)行體產(chǎn)生）；在最小狀態(tài)下，一個附加的輸出針腳將用來傳輸新的信號。、考慮一個32位微處理器，它有一個16位外部數(shù)據(jù)總線，并由一個8MHz的輸入時鐘驅(qū)動。請問該微處理器可以支持的最大數(shù)據(jù)傳送速度為多少？外部數(shù)據(jù)總線增加到21位，或者外部時鐘頻率加倍，哪種措施可以更好地提高處理器性能？請敘述你的設(shè)想并解釋原因。在第一種方案中，內(nèi)存芯片的速度要提高一倍（大約），而不能降低微處理器的速度；第二種方案中，內(nèi)存的字長必須加倍，以便能發(fā)送/接受32位數(shù)量。CPU中包含下列寄存器，這些寄存器直接連接到系統(tǒng)總線上：INPR：輸入寄存器，8位OUTR：輸出寄存器，8位FGI：輸入標記，1位FGO：輸出標記，1位IEN：中斷允許，1位I/O模塊控制從打字機中輸入擊鍵，并輸出到打印機中去。當8位字從打字機進入輸入寄存器時，輸入標記被置位；當打印一個字時，輸出標記被置位。b. 描述通過使用IEN，如何提高執(zhí)行效率？答案：。當數(shù)據(jù)接收后，被儲存在INPR里面，同時FGI置為1。如果FGI＝1，CPU將把INPR里面的內(nèi)容傳送至AC，并把FGI置為0。如果FGO＝0，CPU處于等待。當數(shù)字符號打印后，打字機將把FGI置為1。速度遠高于打字機的CPU必須反復(fù)不斷的檢查FGI和FGO。IEN計數(shù)器可以由CPU設(shè)置（在程序員的控制下）。這是為什么?答案：如果一個處理器在嘗試著讀或者寫存儲器時被掛起, 通常除了一點輕微的時間損耗之外沒有任何危害。否則，如果DMA設(shè)備被掛起（拒絕繼續(xù)訪問主存），數(shù)據(jù)可能會丟失。CPU每秒最多可執(zhí)行106條指令，平均每條指令需要5個機器周期，其中3個周期需要使用存儲器總線。假設(shè)CPU正在連續(xù)不斷地執(zhí)行后臺程序，并且需要保證95%的指令執(zhí)行速度，但沒有任何I/O指令。，I/O每傳送1個字需要CPU執(zhí)行兩條指令。，請估計傳送速度。因此I/O的傳送速率是25000字/秒。、考慮以下代碼： for ( i = 0；i 20；i++) for (j = 0；j 10；j++) a[i] = a[i]*ja. 請舉例說明代碼中的空間局部性。答案：。、請將附錄1A中的式（）和式（）推廣到n級存儲器層次中。有： Ts的引用更復(fù)雜，我們從概率論入手：所期望的值，由此我們可以寫出：我們需要清楚如果一個字在M1（緩存）中，那么對它的讀取非?？?。因此，T2 = B1+T1進一步，T3 = B2+T2 = B1+B2+T1以此類推：所以，但是，最后，、考慮一個存儲器系統(tǒng)，它具有以下參數(shù)： Tc = 100 ns Cc = 分/位 Tm = 1200 ns Cm = 分/位？，1MB的主存儲器價格為多少？% ，命中率H為多少？答案： = Cm8106 = 8103 ￠ = ＄80 = Cc8106 = 8104 ￠ = ＄800 ：T1 = T1+(1H)T2 ()(100) = (1H)(1200) H=1190/1200、一臺計算機包括包括高速緩沖存儲器、主存儲器和一個用做虛擬存儲器的磁盤。則該系統(tǒng)中存取一個字的平均存取時間是多少（單位為ns）？答案：有三種情況需要考慮：字所在的位置概率訪問所需時間（ns）在緩存中20不在緩存，在主存中（）（）= 60+20 = 80不在緩存也不在主存中（）（）= 12ms+60+20 = 12,000,080所以平均訪問時間是：Avg = ()(20) + ()(80) + ()(12000080) = 480026 ns、假設(shè)處理器使用一個棧來管理過程調(diào)用和返回?；蛘呷绻麠Ｒ灿糜趥鬟f參數(shù)，這種方案只有當棧作為傳遞參數(shù)的控制單元而非機器指令時才成立。在后者情況中，處理器同時需要一個參數(shù)和指向棧頂部的程序計數(shù)器。在一個計算周期T中，一個作業(yè)有一半時間花費在I/O上，另一半用于處理器的活動。假設(shè)使用簡單的循環(huán)法調(diào)度，并且I/O操作可以與處理器操作重疊。b. 前四分之一和后四分之一用于I/O，中間部分用于處理器。盡管處理器活動不能重疊，但I/O操作能。處理器限制的程序則相反。然而，受處理器限制的進程如果在足夠長的時間內(nèi)得不到處理器時間，同一算法將允許處理器去處理此進程，因為它最近沒有使用過處理器。批處理系統(tǒng)關(guān)心的是吞吐量，更少的上下文轉(zhuǎn)換和更多的進程處理時間。?如何實現(xiàn)與操作系統(tǒng)相關(guān)的的系統(tǒng)調(diào)用以及與雙重模式（內(nèi)核模式和用戶模式）操作相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用？系統(tǒng)調(diào)用被應(yīng)用程序用來調(diào)用一個由操作系統(tǒng)提供的函數(shù)。，內(nèi)核中的一個重要模塊是系統(tǒng)資源管理程序（System Resource Manager,SRM），他負責地址空間（進程）之間的資源分配。資源的概念包括處理器、實存和I/O通道，SRM累計處理器、I/O通道和各種重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的利用率，它的目標是基于性能監(jiān)視和分析提供最優(yōu)的性能，其安裝設(shè)置了以后的各種性能目標作為SRM的指南，這會基于系統(tǒng)的利用率動態(tài)的修改安裝和作業(yè)性能特點?，F(xiàn)在關(guān)注SRM活動的一個實例。每個幀可以保留一塊稱為頁的虛存。如果頁未被引用或被改變，計數(shù)器增1。這樣做的目的是什么？SRM將采取什么動作？操作系統(tǒng)可以查看這些數(shù)據(jù)已確定系統(tǒng)的負荷，通過減少加在系統(tǒng)上的活躍作業(yè)來保持較高的平均利用率。第3章 進程描述和控制. 給出操作系統(tǒng)進行進程管理時的五種主要活動，并簡單描述為什么需要它們。系統(tǒng)中的進程可以為信息共享、運算加速、模塊化和方便并發(fā)地執(zhí)行。當進程創(chuàng)建或者運行時分配給它需要的資源。進程的暫停和繼續(xù)執(zhí)行。當所需要的資源可用時，操作系統(tǒng)需要將它的狀態(tài)變?yōu)檫\行態(tài)以使其繼續(xù)執(zhí)行。合作的進程可能需要共享數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)必須提供進程的同步機制以使合作進程有序地執(zhí)行，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。操