計(jì)算機(jī)組成原理第五章部分課后題答案(唐朔飛版)精編版.doc

1、5.1 I/O設(shè)備有哪些編址方式，各有何特點(diǎn)？常用的 I/O 編址方式有兩種： I/O 與內(nèi)存統(tǒng)一編址和I/O 獨(dú)立編址 I/O 與內(nèi)存統(tǒng)一編址方式的 I/O 地址采用與主存單元地址完全一樣的格式， I/O 設(shè)備與主存占用同一個(gè)地址空間， CPU可像訪(fǎng)問(wèn)主存一樣訪(fǎng)問(wèn) I/O 設(shè)備，不需要安排專(zhuān)門(mén)的 I/O 指令。 I/O 獨(dú)立編址方式時(shí)機(jī)器為 I/O 設(shè)備專(zhuān)門(mén)安排一套完全不同于主存地址格式的地址編碼，此時(shí) I/O 地址與主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的空間， CPU需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的 I/O 指令來(lái)訪(fǎng)問(wèn) I/O 地址空間。5.3 I/O設(shè)備與主機(jī)交換信息時(shí)，共有哪幾種控制方式？簡(jiǎn)述它們的特點(diǎn)。 程序直接控制方

2、式：也稱(chēng)查詢(xún)方式，采用該方式，數(shù)據(jù)在CPU和外設(shè)間的傳送完全靠計(jì)算機(jī)程序控制，CPU 的操作和外圍設(shè)備操作同步，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于外部設(shè)備動(dòng)作慢，浪費(fèi)CPU時(shí)間多，系統(tǒng)效率低。 程序中斷方式：外設(shè)備準(zhǔn)備就緒后中斷方式豬肚通知CPU，在 CPU相應(yīng)I/O 設(shè)備的中斷請(qǐng)求后，在暫?，F(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)為I/O 設(shè)備服務(wù)可明顯提高 CPU的利用率，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和I/O 設(shè)備的并行工作，但硬件結(jié)構(gòu)負(fù)載，服務(wù)開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間大 DMA方式與中斷方式一樣， 實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和 I/O 設(shè)備的并行工作， 由于 DMA 方式直接依靠硬件實(shí)現(xiàn)貯存與 I/O 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送，傳送期間不需要 CPU程序干預(yù)， CP

3、U可繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序，因此 CPU利用率和系統(tǒng)效率比中斷方式更高，但 DMA方式的硬件結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。5.4比較程序查詢(xún)方式、程序中斷方式和 DMA方式對(duì) CPU工作效率的影響。 程序查詢(xún)方式：主要用于 CPU不太忙且傳送速度不高的情況下。無(wú)條件傳送方式作為查詢(xún)方式的一個(gè)特例，主要用于對(duì)簡(jiǎn)單 I/O 設(shè)備的控制或CPU明確知道外設(shè)所處狀態(tài)的情況下。中斷方式：主要用于 CPU的任務(wù)比較忙的情況下，尤其適合實(shí)時(shí)控制和緊急事件的處理 DMA 方式（直接存儲(chǔ)器存取方式） ：主要用于高速外設(shè)進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)1傳送的場(chǎng)合。5.8某計(jì)算機(jī)的 I/O 設(shè)備采用異步串行傳送方式傳送字符信息。字符信息的格式為 1

4、位起始位、 7 位數(shù)據(jù)位、 1 位檢驗(yàn)位和 1 位停止位。若要求每秒鐘傳送480 個(gè)字符，那么該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率為多少？解：480*(1+7+1+1)=4800位/秒=4800 波特5.11簡(jiǎn)述 I/O 接口的功能和基本組成。 I/O 接口功能(1) 選址功能(2) 傳送指令功能(3) 傳送數(shù)據(jù)功能(4) 反映 I/O 設(shè)備工作狀態(tài)的功能 I/O 接口基本組成設(shè)備選擇電路、 命令寄存器和命令譯碼器、 數(shù)據(jù)緩沖寄存器、 設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記觸發(fā)器5.13說(shuō)明中斷向量地址和入口地址的區(qū)別和聯(lián)系。 中斷向量地址和入口地址的區(qū)別向量地址是硬件電路 （向量編碼器） 產(chǎn)生的中斷源的內(nèi)存地址編號(hào)， 中 斷入口地址

5、是中斷服務(wù)程序的首地址。 中斷向量地址和入口地址的聯(lián)系中斷向量地址可理解為中斷服務(wù)程序入口地址指示器（入口地址的地址），通過(guò)它訪(fǎng)存可獲得中斷服務(wù)程序入口地址。 ( 兩種方法：在向量地址所指單元內(nèi)放一條 JUM指令；主存中設(shè)向量地址表。5.20比較単重中斷和多重中斷服務(wù)程序的處理流程，說(shuō)明它們不同的原因。單重中斷：開(kāi)中斷指令設(shè)置在最后“中斷返回”之前，意味著在整個(gè)中斷服務(wù)處理過(guò)程中，不能再響應(yīng)其他中斷源的請(qǐng)求。2多重中斷：開(kāi)中斷指令設(shè)置在“保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)”之后，意味著保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)之后，若有更高級(jí)別的中斷請(qǐng)求， CPU也可以響應(yīng)，即再次中斷現(xiàn)行的服務(wù)程序，轉(zhuǎn)至新的中斷服務(wù)程序，這是單重中斷和多重中斷的主要區(qū)

6、別。5.25 根據(jù)以下要求設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)生3 個(gè)設(shè)備向量地址的電路。(1) 3 個(gè)設(shè)備的優(yōu)先級(jí) A B C降序排列。(2) A 、B、C的向量地址分別為 110100、010100、000110。(3) 排隊(duì)器采用鏈?zhǔn)脚抨?duì)電路。(4) 當(dāng) CPU發(fā)來(lái)中斷響應(yīng)信號(hào) INTA 時(shí)，可將向量地址取至 CPU。5.27 DMA 方式有何特點(diǎn)？什么樣的I/O 設(shè)備與主機(jī)交換信息時(shí)采用DMA方式，舉例說(shuō)明。由于主存和 DMA接口之間有一條數(shù)據(jù)通路，因此主存和設(shè)備交換信息是，不通過(guò) CPU，也不需要 CPU暫停現(xiàn)行程序?yàn)樵O(shè)備服務(wù)，省去了保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，因此工作速度比程序中斷方式的高。通常 DMA與主存交換數(shù)據(jù)是

7、采用如下三種方法：（ 1）停止 CPU訪(fǎng)問(wèn)主存（ 2）周期挪用（周期竊?。?3） DMA與 CPU交替訪(fǎng)問(wèn)5.30在 DMA的工作方式中， CPU暫停方式和周期挪用方式的數(shù)據(jù)傳送流程有何3不同，畫(huà)圖說(shuō)明。由于主存和 DMA接口之間有一條數(shù)據(jù)通路，因此主存和設(shè)備交換信息是，不通過(guò) CPU，也不需要 CPU暫?，F(xiàn)行程序?yàn)樵O(shè)備服務(wù)，省去了保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，因此工作速度比程序中斷方式的高。通常 DMA與主存交換數(shù)據(jù)是采用如下三種方法：（1）停止 CPU訪(fǎng)問(wèn)主存（2）周期挪用（周期竊?。?）DMA與 CPU交替訪(fǎng)問(wèn)解：兩種 DMA方式的工作流程見(jiàn)下頁(yè)，其主要區(qū)別在于傳送階段，現(xiàn)行程序是否完全停止訪(fǎng)存。

8、停止 CPU訪(fǎng)存方式的 DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序CPUDMACI/OCPUDMACI/OBCD周期竊取方式的 DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序CPUDMACI/OCPUDMACI/OBCD5.31假設(shè)某設(shè)備向 CPU傳送信息的最高頻率是40000 次/ 秒，而相應(yīng)的中斷處理4程序執(zhí)行時(shí)間為 40s，試問(wèn)該設(shè)備是否可用程序中斷方式與主機(jī)交換信息，為什么 ?解：根據(jù)題意，該設(shè)備每隔 1/40K = 25 s 向 CPU傳送一次信息，如果采用程序中斷執(zhí)行方式，需 40s(25 s) 才能處理一次數(shù)據(jù)，從而造成數(shù)據(jù)丟失，所以不能用程序中斷方式與主機(jī)交換信息。5.32設(shè)磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為 3000 轉(zhuǎn)/

9、分，分 8 個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)存儲(chǔ) 1KB，主存與磁盤(pán)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳送的寬度為 16 位（即每次傳送 16 位）。假設(shè)一條指令最長(zhǎng)執(zhí)行時(shí)間是 25 s，是否可采用一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng) DMA請(qǐng)求的方案，為什么？若不行，應(yīng)采取什么方案？解：磁盤(pán)傳送速度道容量 =1KB*8/16=1K*8*8/16=1K*4=4K數(shù)傳率 =1KB*3000轉(zhuǎn)/分 =4KB*50轉(zhuǎn)/秒一個(gè)字符傳送時(shí)間= 1/2000K 字/ 秒 = 5 s5s 25s，所以不能采用一條指令執(zhí)行結(jié)束響應(yīng) DMA請(qǐng)求方案，應(yīng)采用每個(gè) CPU機(jī)器周期末查詢(xún)及響應(yīng) DMA請(qǐng)求方案（通常安排 CPU機(jī)器周期 = MM 存取周期）5.35從 5 個(gè)方面比較程序中斷方式和DMA方式的區(qū)別。（1） 程序中斷方式的數(shù)據(jù)傳送主要依賴(lài)軟件，DMA主要依賴(lài)硬件。（2） 程序中斷傳送數(shù)據(jù)的基本單位為字或字節(jié)，DMA為數(shù)據(jù)塊。（3） 程序中斷方式時(shí)， CPU與 I/O 設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O 傳送串行進(jìn)行； D