Clase Práctica: Entrada Salida

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1 Clase Práctica: Entrada Salida Docente: Javier R. de Acha Campos Direct Memory Address Ejercicio 1 Sea una computadora capaz de ejecutar 1 millón de instrucciónes por segundo (MIPS). Se desea conectar a la computadora un periférico con una velocidad de transferencia de bytes por seg y sobre el que se realizan operaciones de lectura de bloques de bytes. Se pretende evaluar el comportamiento del sistema computadora-periférico ante las diferentes técnicas de entrada-salida (programada, mediante interrupciones y por DMA). Se sabe que: La rutina de transferencia de E/S programada consta de 10 instrucciones. La rutina de tratamiento de interrupción en la E/S mediante interrupciones consta de 20 instrucciones. La rutina de inicialización del DMA consta de 8 instrucciones y en cada operación de escritura de un dato en memoria, el controlador ocupa los buses durante 500 ns. El bus de datos que interconecta la CPU, Memoria y el periferico es de 16 bits. Suponga para simplificación que la transferencia por el bus de datos es instantanea. Indicar: a) El tiempo que emplea la CPU en transferir un bloque desde el periférico, para cada uno de los tres tipos de E/S descriptos. Solución. [jdeacha] Primero calculemos cuanto tarda una instrucción, si el procesador es capaz de ejectuar 1 MIPS, entonces 1 instrucción se ejecuta en: T. de 1 instr = (1instr) 1seg instr Calculemos cuanto tarda en transferirse 2 bytes: = (1instr) 106 microseg instrucciones = 1microsegundo T. de transf 2 bytes = (2bytes) 1seg 20000bytes = (2bytes) 103 msg 20000bytes = 0,1msg a) E programada (control y transferencia por CPU) consume de CPU 10 instrucción por cada 2 bytes osea: Consumo CPU = 10instr 512words = 1

2 = 10microseg 512words = 5120microseg = 5,1msg E por interrupciones (control interrupciones y transferencia CPU) consume de CPU 20 instrucciones por cada 2 bytes osea: Consumo CPU = 20instr 512words = = 20microseg 512words = 10240microseg = 10,2msg E por DMA (control interrupciones y transferencia DMA) tarda: Consumo CPU = 8instr + 20instr = = 8microseg + 20microseg = 28microseg b) El tiempo que puede dedicar la CPU a otras tareas mientras se transfiere un bloque, para cada uno de los tres sistemas descriptos. Solución. [jdeacha] b) E programada (control y transferencia por CPU) tarda: Tiempo = 0,1msg 512words + 10microseg = = 100microseg 512words + 10microseg = 51210microseg = 51,2msg E por interrupciones (control interrupciones y transferencia CPU) tarda: Tiempo = 0,1msg 512words + 20microseg = = 100microseg 512words + 20microseg = 51220microseg = 51,2msg E por DMA (control interrupciones y transferencia DMA) tarda: Tiempo = 8microseg + 0,1msg 512words + 20microseg = = microseg 512words + 20microseg = 51228microseg = 51,2msg Osea todos tardan los mismo pues el dispositivo proporciona datos muy lentamente. Ahora calculemos cuanto tiempo le sobra de CPU a cada sistema. E programada (control y transferencia por CPU) tiempo para otras tareas igual a: En este esquema no sobra tiempo de CPU por que cuando esta no esta transfiriendo, está haciendo polling al dispositivo para volver a transferir. 2

3 E por interrupciones (control interrupciones y transferencia CPU) tiempo para otras tareas igual a: Tiempo Libre CPU = 51,2msg 10,2msg = 41msg E por DMA (control interrupciones y transferencia DMA) : Tiempo Libre CPU = 51,2msg 0,028msg = 51,1msg(sinimportarelrobodeciclos, depreciable) Tiempo Libre CPU = 51,2msg 0,028msg 0,256msg = 50,9msg Discos Ejercicio 2 Suponga un disco rigido con las siguientes caracteristicas: 4 caras 1024 pistas por cara 128 sectors por pista 512 bytes/sector Tiempo de posicionamiento medio de 5 milisegundos Velocidad de rotación de 5000 RPM. a) Cual es la capacidad del disco? Solución. [jdeacha] bytesxsector cant.sectores cant.pistas cant.caras = = bytes = KB = 256MB b) Cual es el tiempo de accesso medio? T iempodeaccessom edio = T iempolatenciam edia + T iempopos.medio = T iempodeaccessom edio = 6msg + 5msg = 11msg c) Cual es el tiempo de transferencia media de un sector? T iempodeaccessom edio = T iempolatenciam edia+t iempopos.medio+t iempodelecturade1sector = Ejercicio 3 Para las siguientes especificaciones de discos del mercado conteste las preguntas del item anterior?, si no puede comente por que. Nota: Aqui van dos especificaciones de discos reales del mercado Ejercicio 4 Un disco tiene 16 sectores por pista y usa interleaving de 2:4. Cuál es el número más pequeño de revoluciones de disco requeridas para leer todos los sectores de una pista en secuencia? Suponer un buffer de 2 sectores y 10 ms para realizar la transferencia del buffer. 3

4 Solución. [jdeacha] En cada vuelta alcanzo a leer 3 bloques de 2 sectores (interleaving 2:4) por ende necesito como minimo 3 vueltas (mas exactos 2 vueltas y 2/3 de vuelta). Debido a que una pista es igual a 8 bloques de 2 sectores. Ejercicio 5 Dado un disco con las siguientes características: RPM: 7200 sectores x pista: 32 bytes x por sector: 256 KB caras: 6 cilindros: 190 buffer: 256 KB average seek time 20 ms track to track seek time 7 ms Mecanimos de control: Interrupciones Tiempo atenc. de int.: 130 ns Tiempo de bus 2 MB/s Tiempo de acceso a la memoria: despreciable a) Suponga que se encuentra almacenado en forma consecutiva en este disco un archivo de 40 MB. Indique donde termina el archivo (cilindro, cabeza, sector) dado que comienza en la posición (47,5,3). b) Cuánto tiempo tomará transmitir el archivo a memoria? (calcule todos los tiempos desde el momento en que se realiza el pedido hasta que llega a la memoria). Explique claramente el proceso realizado además del cáculo numérico. Solución. [jdeacha] a) Primero, supondremos para la resolución de este ejercicio que tanto cilindros, cabezas como sectores se identifican de 0 a n 1. Comenzamos calculando cuantos sectores ocupa todo el archivo: #sectores del archivo = 40MB 256KB = 40,1024KB 256KB = 160 a) Recorremos lo que resta de la pista actual: desde < 47, 5, 3 > hasta < 47, 5, 31 >. Es decir, 29 sectores b) Luego, nos movemos al siguiente cilindro (48). Todavía faltan recorrer = 131 sectores. La cantidad de pistas enteras que se pueden recorrer con 131 sectores es: = 4 c) Recorremos entonces desde < 48, 0, 0 > hasta < 48, 3, 31 >, eso significa recorrer 128 sectores. d) Ahora, queda parte de una última pista por recorrer, ya que = 3 sectores no son una pista entera. Por lo tanto, nos movemos desde < 48, 4, 0 > hasta < 48, 4, 2 >, siendo esta la posición final del archivo. 4

5 b) La operación anterior involucra El posicionamiento en el cilindro de inicio del archivo (el 47) El posicionamiento en el cilindro adyacente al de inicio (el 48) La transferencia de 160 bloques (cada bloque tiene el tamaño de 1 sector). Por cada bloque: Esperar que el inicio del bloque se posicione debajo del cabezal de lecto-escritura Copiar al buffer de la controladora el bloque Transferir por el bus del sistema el tamaño del buffer hacia el procesador Transferir por el bus del sistema el tamaño del procesador hacia la memoria Esperar el tiempo de ejecución de la rutina de atención de interrupción ya que la E/S es por interrupción Esto significa que el tiempo de transmisión del archivo es: donde t seek + t ady + #Bloques (t lat + t read + 2 t transf + t int ) (1) t seek (tiempo de posicionamiento medio) 20ms t ady (tiempo de posicionamiento al cilindro adyacente) 7ms t lat (tiempo de latencia media) t lat = 60sg , 167ms t read (tiempo de lectura de un bloque) t read = 60sg , 26042ms t transf (tiempo de transferencia de todo el bloque por el bus del sistema) t transf = 265KB 1sg 2MB 0, 125sg t int (tiempo de ejecución de la rutina de atención de la interrupción) 130ns Por lo tanto, instanciando el cálculo de??, el tiempo de toda la operación es: 20ms + 7ms (4, 167ms + 0, 26042ms + 2 0, 125sg + 130ns) = 20ms + 7ms (254, 42755ms) = 40, sg 5