计算机组成原理第五版（白中英）第七章外存与I/O设备 习题

[硬盘主要指标]——格式化容量、刷新存储器容量、显存带宽
[磁盘计算]——平均存取时间、寻道时间、数据传输率

3. [硬盘主要指标] 一光栅扫描图形显示器，每帧有1024X1024像索，可以显示 256种颜色，问刷新存储器容量至少需要多大?
   【答】256=2⁸，一个像素存储256色需8位，所以一帧的存储空间至少需要1024X1024X8bit=1MB

4. [硬盘主要指标] 一个双面 CD-ROM光盘，每面有100道，每道9个扇区，每个扇区存储512B，请求出光盘格式化容址。
   【答】格式化容量=盘面数X每面道数X每道扇区数×每扇区字节数=2X100X9X512B=900KB

5. [磁盘计算] 试推导磁盘存储器读写一块信息所需总时间的公式。
   【答】磁盘存储器读写一块信息所需总时间为Ta=平均找道时间+平均等待时间+一块数据的写入(或读出)时间
   设磁盘转速为r（转/s），每个磁道存储的信息量为N个字节，则平均等待时间为磁盘旋转半圈所用的时间，即 1/(2r)；
   设要传送的数据块大小为b个字节，则有：磁盘旋转一周读出一个磁道的信息，即，每秒钟读出rN个字节，所以传输b个字节多用的时间为 b/(rN)；
   由此，可得磁盘读写一块信息所需的时间公式为:
   

6. [磁盘计算] 某双面磁盘，每面有220道，已知磁盘转速—4000转/分，数据传输率为 185 000B/s，求磁盘总容量。
   【答】格式化容量为:
   因为转速r=4000转/分，所以400/6 转/s，数据传输率为185000B/s，所以磁道容量为185000/(400/6)=2775B/转
   双面，每面220道，所以总容量为2×220×2775=1221000B~1.16MB

7. [磁盘计算] 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录面，每道记录信息为12 288B，最小磁道直径为230mm。共有 275 道。问:
   (1)磁盘存储器的存储容量是多少？
   【答】12288B=12KB；存储容量=4×275×12KB=12.89MB
   (2)如果道密度=5道/mm，则最高位密度与最低位密度是多少？
   【答】当磁道直径最小时，有最高位密度=12KB/(3.14X230)=17B/mm。
   外直径=230+2275/5=340mm，有最低位密度=12KB/(3.14340)=11.5B/mm。
   (3)磁盘数据传输率是多少?
   【答】转速3000转/分=50转/s，数据传输率:12288Bx50=614400B/s
   (4)平均等待时间是多少?
   【答】平均等待时间=1/(2r)=1/(50*2)=0.01s=10ms
   (5)给出一个磁盘地址格式方案。
   【答】设每个扇区为512字区，则12288/512=24，所以地址为5位；
   因记录面为4，所地址为2位；道数为275，所以地址为9位；
   因此整个地址格式为16位，即
   此地址格式表示有4台磁盘，每台有4个记录面，每个记录面最多容纳512个磁道，每个磁道有16个扇区。

8. [磁盘计算] 已知某磁盘存储器转速为2400转/分，每个记录面道数为200道，平均找道时间为60ms，每道存储容量为96Kb，求磁盘的存取时间与数据传输率。
   【答】转速2400转/分=2400/60=40转/s
   数据传输率Dr=nN=4096/8K=60K/s。
   等待时间=1/(2r)=1/(240)=12.5ms，存取时间=平均找道时间+平均等待时间：T=60ms+12.5ms=72.5ms。

9. [磁盘计算] 磁带机有9道磁道，带长600m，带速2m/s.每个数据块1KB，块间间隔14mm，若数据传输率为128000B/s.试求:
   (1)记录位密度；
   【答】由于数据传输率C=DV，其中，D为记录位密度，V为线速度，
   所以记录位密度D=C/V=128000B/2=64000B/m=64B/mm。
   (2)若带的首尾各空 2m，求此带最大有效存储容量。
   【答】1秒钟传送2m，而位密度为64000B/m，所以每秒钟传送的数据为：64000x2=128000个字节；一个数据块为1KB，所以，传送一个数据块所需的时间为 t=1024B/128000(B/s)=1/125秒。
   一个数据块占用长度为l=vt=(2m/s)X(1/125s)=0.016m=16mm
   每块间隙为14mm，数据块总数为:
   (600-22)m/(16-14)mm=5961000/30=19866块
   故磁带存储器有效存储容量为19866块 X 1KB/块=19866KB。

10. [磁盘计算] 一台活动头磁盘机的盘片组共有20个可用的盘面，每个盘面直径18英寸，可供记录部分宽5英寸，已知道密度为100道/英寸，位密度为1000位/英寸(最内道)，并假定各磁道记录的信息位数相同。试问:
    (1)盘片组总容最是多少兆(10⁶）位?
    【答】因为道密度为100道/英寸，而可供记录的部分宽5英寸，所以磁道数为：5100=500道；
    最内道的半径=18/2-5=4英寸，所以其周长为283.14=25.12英寸；所以道容量为 83.141000=25120位/道；所以面容量为 251200500=12560000位/面；所以总容量为1256000020=251.2 兆位
    (2)若要求数据传输率为1MB/s，磁盘机转速每分钟应是多少转?
    【答】若要求数据传输率为1MB/s，而数据传输率=每道字节数每秒钟转速，所以每分钟转速=数据传输率60/每道字节数=1024102460/(25120/8)或=10241024860/25120=20036转/分。

11. [磁盘计算] 有一台磁盘机，其平均找道时间为 30ms，平均旋转等待时间为10ms，数据传输率为500B/ms，磁盘机上存放着1000件每件 3000B的数据。现欲把一件件数据取走，更新后再放回原地，假设一次取出或写入所需时间为T=平均找道时间+平均等待时间+数据传送时间。另外，使用CPU 更新信息所需的时间为4ms，并且更新时间同输入输出操作不相重叠。试问:
    (1)更新磁盘上全部数据需多少时间?
    【答】更新一件数据的时间=次取出或写入所需时间2（把一件件数据取走，更新后再放回原地）+CPU 更新信息所需的时间，则有(30+10+3000/500)×2+4=96ms；全部数据更新所需时间:96msx1000=96秒。
    (2)若磁盘机旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需多少时间？
    【答】若磁盘机旋转速度和数据传输率都提高一倍，则平均等待时间和传输时间都缩短为原来的一半，故更新一件时间为(30+10/2+3000/500/2)x2+4=80ms全部数据更新所需时间:801000=80秒。

12. [硬盘主要指标] CRT的显示适配器中有一个刷新存储器，说明其功能。刷存的容量与什么因素有关？若CRT的分辨率为1024 X1024像素点，颜色深度为24位，问刷新存储器的存储容量是多少?
    【答】功能为存储显示信息。分辨率越高，刷存容量越大。储存容量=1024×1024×24=3MB。

13. [硬盘主要指标] 刷新存储器的重要性能指标是它的带宽。若显示工作方式采用分辨率为 1024X768颜色深度为24位，帧频(刷新速率)为72Hz，求:
    (1)刷新存储器的存储容量是多少?
    【答】存储容量=1024×768×24=2.25MB。
    (2)刷新存储器的带宽是多少?
    【答】刷新存储器的带宽是:2.2572=162MBs，若考刷新存储器不光是供显示控制器刷新读出，还要供 CPU更新，所以若两者各占半时间，则刷新存储器的带宽为2162MB=324MB秒