单、双缓冲区和CPU中断频率、中断响应时间题

1.单、双缓冲区和中断频率、中断响应时间题

我们知道，减少对CPU的中断频率，放款CPU中断响应时间的限制是引入缓冲区的作用之一。

我们经常会遇到求引入缓冲区，求中断频率的问题。所以在此对的做法进行总结。

1.1. 例题

以下是a)、b)、c)分别是引入不同缓冲区求解CPU中断频率和中断的响应时间题。

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解题过程：

要求中断频率——就要求每隔多少秒中断一次

所以解题顺序：每隔着多少秒中断一次——>求单位时间中断次数（即中断频率）

• ①每次隔几秒中断一次（缓冲区满所用的时间即中断一次所需的时间）：

  1bit ÷ 9.6k/s ≈ 100us

• ②单位时间中断次数（中断频率）：

  1s ÷ 100us = 9.6(k/s)

  每秒中断9.6k次 (9.6x1024次)

b)和c)的中断频率解析，可以参照a）。

下面只说一下对于中断的响应时间求解：

• （b）的中断响应时间：

  CPU必须在下一数据写入对缓冲区之前，对当前缓冲区中数据进行响应处理，否则缓冲区中的数据将会被覆盖掉。

  所以（b）中，要在下1bit数据输入缓冲区前，处理完数据、让出缓冲区。所以响应时间为100us以内（因为每1bit数据到达时间需要100us）。

• ©的中断响应时间：

  因为(c)中为双缓冲区，所以只要在另一个缓冲区装满时，处理并让出当前缓冲区即可。

  所以中断响应时间为100*8 = 800us

由上可知，增加缓冲区的大小只能降低CPU的中断频率， 不能放宽CPU的中断响应时间。

1.2. 现实生活例子

为了便于理解，下面举个现实生活中的例子。

就拿学生上课迟到，老师处理学生来举例子。其中会有以下几个角色：

• 老师——对应着CPU
• 学生——对应着1bit数据
• 教室外的椅子——对应着缓冲区

情景①：

题目：老师正在讲课，并且在外面放置了一把椅子，供迟到的学生坐着等待，当椅子坐满学生后老师再叫进迟到的学生进行处理。老师很贴心必须让每一个迟到的人都能坐上椅子，并且每20s就会有一个迟到的学生到来。

题解：

• 中断频率：

  $60÷20=3（s）$

  老师1分钟要停下3次来处理学生，中断频率为3（次/分）。

• 中断响应时间：

  为20。

  因为老师必须在下一个学生到达之前，处理完该学生，让出椅子。所以老师的中断响应时间为20s以内。

情景②：

题目：接下来，老师把椅子增加到了8把。

题解：

• 中断频率

  $8\ast 20=160（s）$ ——160s坐满椅子

  1分÷160秒 = 60 ÷160 = 0.375

  所以老师每分钟中断0.375次。

• 中断响应时间：

  然而下一学生还是20s到达，所以中断响应时间还是20s.

情景③：

题目：接下来，老师讲椅子数改为2排， 每排有8把椅子。每当坐满一排之后，老师再处理学生。

题解：

• 中断频率

  8*20 = 160 (s) ——还是每160秒坐满椅子

  1分÷160秒 = 60÷160 = 0.375

  所以老师每分钟中断0.375次。

• 中断响应时间：

  因为椅子变成两排，所以老师只需要在另一排做满之前处理完就可以。

  20*8 = 160(s)

  所以中断响应时间放宽到了160s。

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我们再通过表格来表示以下例子中情景②和操作系统图片2的对应关系：

情景②	操作系统图片2中的 b）
每20s来1人	每100us来1bit
8个座位	缓冲区大小为8bit
椅子坐满人一处理	缓冲区放满一处理
老师处理学生的频率	中断频率