计算机组成原理课后答案(高教版)5.ppt

1、2020/9/22,1,I/O有哪些编址方式？各有何特点？ 解：有两种： I/O与内存统一编址和I/O独立编址； 统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O设备和主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。 独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。 讨论：I/O编址方式的意义：I/O编址方式的选择主要影响到指令系统设计时I/O指令的安排，因此描述其特点时一定要说明此种I/O编址方式对应的I/O指令设

2、置情况。I/O与内存统一编址方式将I/O地址看成是存储地址的一部分，占用主存空间；问题：确切地讲， I/O与内存统一编址的空间为总线空间，I/O所占用的是内存的扩展空间。I/O独立编址方式有明显的I/O地址标识，而I/O与内存统一的编址方式没有；问题：无论哪种编址方式，I/O地址都是由相应的指令提供的，而地址本身并没有特殊的标识。,2020/9/22,2,2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？ 答： CPU与I/O之间传递信息常采用三种联络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为： 直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/O设备，

3、CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。 同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。 讨论：注意I/O交换方式、I/O传送分类方式与I/O联络方式的区别：串行、并行I/O传送方式常用于描述I/O传送宽度的类型；I/O交换方式主要讨论传送过程的控制方法；I/O联络方式主要解决传送时CPU与I/O之间如何取得通信联系以建立起操作上的同步配合关系。同步方式适用于CPU与I/O工作速度完全同步的场合。问题： I/O 要达到与CPU工作速度完全同步一般是不可能的。同步方式的实质

4、是“就慢不就快”，如采用同步方式一般CPU达不到满负荷工作。,2020/9/22,3,3. I/O与主机交换信息时，共有哪几种控制方式？简述它们的特点。,(1) 程序查询方式。特点是主机与I/O串行工作，CPU启动I/O后，时刻查询I/O是否准备好，若设备准备就绪，CPU便转入处理I/O与主机间传送信息的程序；若设备没有准备就绪，则CPU反复查询，踏步等待，直到I/O准备就绪为止，这种方式CPU效率很低。 (2) 程序中断方式。特点为主机与I/O并行工作。CPU启动I/O后，不必时刻查询I/O是否准备好，而是继续执行程序，当I/O准备就绪时，向CPU发出中断信号，CPU在适当的时候相应I/O的

5、中断请求，暂停现行的程序为I/O服务，此方式消除了踏步现象，提高了CPU的效率。 (3) DMA方式。其特点是主机与I/O并行工作，主存和I/O之间有一条直接数据通路，CPU启动I/O后，不必查询I/O是否准备好，当I/O准备就绪后，发出DMA请求，此时CPU不直接参与I/O和主存间的信息交换，只是把外部总线的使用权暂时交付DMA，仍然可以完成自身内部的操作，所以不必中断现行程序，只需暂停一个存取周期访存，CPU效率更高。 (4) 通道方式。通道是一个具有特殊功能的处理器，CPU把部分权力下放给通道，由它实现对外围设备的同意管理和外围设备与内存之间的数据交换，大大提高了CPU的效率，但是它是以

6、花费更多的硬件为代价的。 (5) I/O处理机方式。他是通道方式的进一步发展，CPU将I/O的操作以及外围设备的管理全部给I/O处理机，其实质是多机系统，因而效率有很大的提高。,2020/9/22,4,4. 试比较程序查询方式、程序中断方式和 DMA方式对CPU工作效率的影响。,程序查询方式要求CPU时刻查询I/O，直到I/O准备好为止，这种方式CPU工作效率很低。 程序中断方式比程序查询方式提高了CPU的工作效率，消除了“踏步”现象。 DMA方式中CPU的工作效率是这三种之中最高的一个。CPU启动I/O后，不必查询I/O是否准备好，当I/O准备就绪后，发出DMA请求，此时CPU不直接参与I/

7、O和主存间的信息交换，只是把外部总线的使用权暂时交付DMA，仍然可以完成自身内部的操作，所以不必中断现行程序，只需暂停一个存取周期访存，CPU效率更高。,2020/9/22,5,5.图形显示和图像显示有何区别？,图形显示器是用点、线、面组合而成的平面或立体图形。并可以做平移、比例变化、旋转、坐标变换、投影变换、透视变换、透视投影、轴侧投影、单点透视、两点或三点透视以及隐线处理等操作。主要用于CAD和CAM等。图形显示器所显示的图形是由计算机用一定的算法形成的点、线、面、阴影等，它来自主观世界，因此又称主观图像或叫做计算机图像。 图像显示器所显示的图像通常来自客观世界，故又称客观图像。图像显示器

8、是把由计算机处理后的图像，以点阵列的形式显示出来。,2020/9/22,6,6. 字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器，各有何作用？ 解： (1) 缓冲存储器做为显示存储器，存放欲显示的字符的ASII码，其容量与显示屏能显示的字符个数有关，每个字符所在存储单元的地址与字符所在荧光屏上的位置一一对应。 (2) 只读存储器做为字符发生器，将ASCII码转变为一组光点矩阵信息ROM的个数与显示器所能显示的字符种类有关。,2020/9/22,7,7. 试比较针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。,针式打印机、激光打印机和喷墨打印机都配有一个字符发生器，它们的共同特点是都能将字符编码信息变为点

9、阵信息，不同的是这些点阵信息的控制对象不同。点阵针式打印机的字符点阵用于控制打印机的驱动电路；激光打印机的字符点阵脉冲信号用于控制激光束；喷墨打印机的字符点阵信息控制墨滴的运动轨迹。 此外，点阵针式打印机是属于击打式打印机，可以逐字打印也可以逐行打印，喷墨打印机只能逐字打印，激光打印机数据页式输出设备，后两种都属于非击打式打印机。 不同种类的打印机其性能和价格差别很大，用户可以根据不同的需要合理选用。要求印字质量高的场合可以选用激光打印机；要求价格便宜的或是只需要具有文字处理功能的个人用计算机，可配置串行点阵针式打印机；要求处理的信息量很大，速度要求快，应该配置行式打印机或是高速激光打印机。,

10、2020/9/22,8,8. 某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。字符信息的格式为1位起始位、7位数据位、1位校验位和1位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？ 解：48010=4800位/秒=4800波特；波特是数据传送速率波特率的单位。 比特率=48007 / 10=3360位/秒,2020/9/22,9,9.什么是多媒体技术？简要说明研制多媒体计算机的关键技术。,多媒体技术是指强调计算机与声音、活动图像和文字相结合的技术。 多媒体技术的关键技术主要有：视频和音频数据的压缩和解压缩技术、多媒体专用芯片、大容量存储器、适用于多媒体技术的软件。

11、,2020/9/22,10,10. 什么是I/O接口，它与端口有何区别?为什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？ 解： I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件； 端口是指I/O接口内CPU能够访问的寄存器，端口加上相应的控制逻辑即构成I/O接口。 接口的设置主要是为了解决主机和外设直接的差异问题，实现相互通信。 I/O接口分类方法很多，主要有： （1）按数据传送方式分有并行接口和串行接口两种； （2）按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。,2020/9/22,11,接口（interface）和端口（port）的区别。 接口位于CPU 和外设之间，是一个

12、连接部件。它一边通过地址线、数据线和控制线与CPU 连接，另一边通过数据信息，控制信息和状态信息与外设连接。 数据信息、状态信息和控制信息分别放在外设接口（interface）的不同寄存器中。这些寄存器被称作端口（port），数据口、状态口和控制口，分别存放数据信息、状态信息和控制信息。CPU 可对这些端口（寄存器）进行“读”或“写”操作，因此每个端口都有一个“地址”对应。CPU 对这些端口是可编程的。,2020/9/22,12,11.简述 I/O接口的功能和基本组成,功能,组成,选址功能,传送命令的功能,传送数据的功能,反映设备状态的功能,设备选择电路,命令寄存器、命令译码器,数据缓冲寄存器

13、,设备状态标记,2020/9/22,13,12. 结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。 解：程序查询接口工作过程如下（以输入为例）： 1）CPU发I/O地址地址总线接口设备选择器译码选中，发SEL信号开命令接收门； 2）CPU发启动命令 D置0，B置1 接口向设备发启动命令设备开始工作； 3）CPU等待，输入设备读出数据 DBR； 4）外设工作完成，完成信号接口 B置0，D置1； 5）准备就绪信号控制总线 CPU； 6）输入：CPU通过输入指令（IN）将DBR中的数据取走；,2020/9/22,14,若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作与输入类似。工作过程如下： 1）CPU发I/

14、O地址地址总线接口设备选择器译码选中，发SEL信号开命令接收门； 2）输出： CPU通过输出指令（OUT）将数据放入接口DBR中； 3）CPU发启动命令 D置0，B置1 接口向设备发启动命令设备开始工作； 4）CPU等待，输出设备将数据从 DBR取走； 5）外设工作完成，完成信号接口 B置0，D置1； 6）准备就绪信号控制总线 CPU，CPU可通过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。,2020/9/22,15,13. 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。 解：区别：向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存地址编号，中断入口地址是中断服务程序首址。联系：中断向量地址可理解

15、为中断服务程序入口地址指示器（入口地址的地址），通过它访存可获得中断服务程序入口地址。,2020/9/22,16,14. 在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？解：条件是：I/O接口中的设备工作完成状态为1（D=1），中断屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU查询中断时，中断请求触发器状态为1（INTR=1）。 15. 什么是中断允许触发器？它有何作用？解：中断允许触发器是CPU中断系统中的一个部件，他起着开关中断的作用（即中断总开关，则中断屏蔽触发器可视为中断的分开关）。 16. 在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？解：CPU响应I/O中断请求的条件和时间是：当

16、中断允许状态为1（EINT=1），且至少有一个中断请求被查到，则在一条指令执行完时，响应中断。,2020/9/22,17,17. 某系统对输入数据进行取样处理，每抽取一个输入数据，CPU就要中断处理一次，将取样的数据存至存储器的缓冲区中，该中断处理需P秒。此外，缓冲区内每存储N个数据，主程序就要将其取出进行处理，这个处理需Q秒。试问该系统可以跟踪到每秒多少次中断请求？ 解： N个数据所需的处理时间=PN+Q秒平均每个数据所需处理时间=（PN+Q）/N秒；求倒数得：该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/（PN+Q）次。,2020/9/22,18,19. 在程序中断方式中，磁盘申请中断的优先权高于打印

17、机。当打印机正在进行打印时，磁盘申请中断请求。试问是否要将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行？为什么？ 解：由于磁盘中断的优先权高于打印机，因此应将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行。因为打印机的速度比磁盘输入输出的速度慢，并且暂停打印不会造成数据丢失。,2020/9/22,19,20. 单重中断和多重中断的服务程序流程,中断隐指令,中断隐指令,单重,多重,2020/9/22,20,21.中断向量通过什么总线送至什么地方？为什么？ 答：因为中断向量即为中断服务子程序的入口地址，程序要利用中断向量转到中断服务子程序去执行，所以要通过数据总线送至程序

18、计数器PC。,2020/9/22,21,22. 程序查询方式和程序中断方式都是通过“程序”传送数据，两者的区别是什么？ 答：程序查询方式通过“程序”传送数据时，程序对I/O的控制包括了I/O准备和I/O传送两段时间。由于I/O的工作速度比CPU低得多，因此程序中要反复询问I/O的状态，造成“踏步等待”，严重浪费了CPU的工作时间。 而程序中断方式虽然也是通过“程序”传送数据，但程序仅对I/O传送阶段进行控制，I/O准备阶段不需要CPU查询。故CPU此时照样可以运行现行程序，与I/O并行工作，大大提高了CPU的工作效率。,2020/9/22,22,23. 说明调用中断服务程序和调用子程序的区别。

19、 解： （1）中断服务程序与中断时CPU 正在运行的程序是相互独立的，它们之间没有确定的关系。子程序调用时转入的子程序与CPU 正在执行的程序段是同一程序的两部分。 （2）除了软中断，通常中断产生都是随机的，而子程序调用是由CALL 指令（子程序调用指令）引起的。 （3）中断服务程序的入口地址可以通过硬件向量法产生向量地址，再由向量地址找到入口地址。子程序调用的子程序入口地址是由CALL 指令中的地址码给出的。 （4）调用中断服务程序和子程序都需保护程序断点，前者由中断隐指令完成，后者由CALL 指令本身完成。 （5）处理中断服务程序时，对多个同时发生的中断需进行裁决，而调用子程序时一般没有这

20、种操作。 （6）在中断服务程序和所调用的子程序中都有保护寄存器内容的操作。,2020/9/22,23,24.答： 设备查询优先级固定，某些优先级较低的设备可能被饿死。 设置循环优先级可以使得设备公平获得数据传送。,2020/9/22,24,25. 根据以下要求设计一个产生3个设备向量地址的电路。 （1）3个设备的优先级按ABC降序排列。 （2）A、B、C的向量地址分别为110 100、010 100、000 110。 （3）排队器采用链式排队电路。 （4）当CPU发来中断响应信号INTA时，可将向量地址取至CPU。 解：此题与教材例5.2类似，可参考设计。该设备向量地址的电路如下：,2020/

21、9/22,25,INTRA,1,1,&,&,/INTRA,来自高一级 的排队器,INTRB,&,INTRC,&,1,&,/INTRB,&,/INTRB,至低一级 的排队器,设备编码器,INTPA,INTPB,INTPC,数据总线,110100,010100,000110,INTA,2020/9/22,26,26. 什么是多重中断？实现多重中断的必要条件是什么？ 解：多重中断是指：当CPU执行某个中断服务程序的过程中，发生了更高级、更紧迫的事件，CPU暂停现行中断服务程序的执行，转去处理该事件的中断，处理完返回现行中断服务程序继续执行的过程。实现多重中断的必要条件是：在现行中断服务期间，中断允许

22、触发器为1，即开中断。,2020/9/22,27,27.DMA方式有何特点？什么样的I/O设备与主机交换信息时采用DMA方式，举例说明。,答： DMA方式即直接存储器访问方式，也就是在外设和主存之间直接通过总线传送信息，而不需经过CPU，提高了传送效率也减少了CPU的负担。 一般都是高速外设和内存的信息传送采用DMA方式。比如硬盘。,2020/9/22,28,28. CPU对DMA请求和中断请求的响应时间是否一样？为什么？ 解：CPU对DMA请求和中断请求的响应时间不一样，因为两种方式的交换速度相差很大，因此CPU必须以更短的时间间隔查询并响应DMA请求（一个存取周期末）。对中断的查询安排在一条指令周期末。,2020/9/22,29,30. DMA的工作方式中，CPU暂停方式和周期挪用方式的数据传送流程有何不同？画图说明。 解：主要区别在于传送阶段，现行程序是否完全停止访存。,2020/9/22,30,2020/9/22,31,31. 假设某设备向CPU传送信息的最高频