计算机组成原理第5章作业答案

输入输出系统第五章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，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。3.I/O设备与主机交换信息时，共有哪几种控制方式？简述它们的特点。答：5种控制方式：P162（1）程序查询方式（2）程序中断方式（3）直接存储器存取方式（DMA）（4）I/O通道方式（5）I/O处理机方式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；I/O端口一般指I/O接口中的各种寄存器。为了便于程序对这些寄存器进行访问，通常给每个寄存器分配一个地址编号，这种编号被称为I/O端口地址，相应的寄存器也叫作I/O端口。I/O接口和I/O端口是两个不同的概念。一个接口中往往包含若干个端口，因此接口地址往往包含有若干个端口地址。由于I/O设备的物理结构和工作速率一般与主机差异很大，无法直接相连，因此通常通过I/O接口进行连接。I/O接口分类方法很多，主要有：按数据传送方式分，有并行接口和串行接口两种；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。11.简述I/O接口的功能和基本组成。答：P188（1）选址功能（2）传送命令的功能（3）传送数据的功能（4）反映I/O设置工作状态的功能13.说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。解：中断向量地址和入口地址的区别：向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存中断向量表表项地址编号，中断入口地址是中断服务程序首址。中断向量地址和入口地址的联系：中断向量地址可理解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。(两种方法：在向量地址所指单元内放一条JMP指令；主存中设向量地址表。参考8.4.3）14.在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？解：I/O设备向CPU提出中断请求的条件是：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。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：这是一道求中断饱和度的题，要注意主程序对数据的处理不是中断处理，因此Q秒不能算在中断次数内。N个数据所需的处理时间=P×N+Q秒平均每个数据所需处理时间=（P×N+Q）/N秒；求倒数得：该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/（P×N+Q）次。19.在程序中断方式中，磁盘申请中断的优先权高于打印机。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：这是一道多重中断的题，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。20.试比较单重中断和多重中断服务程序的处理流程，说明它们不同的原因。答：P200比较单重中断和多重中断服务程序的处理流程，可以发现其区别在于“开中断”的设置时间不同。对于单重中断，开中断指令设置在最后“中断返回”之前，意味着在整个中断服务处理过程中，不能再响应其他中断源的请求。对于多重中断，开中断指令提前至“保护现场”之后，意味着在保护现场后，若有级别更改的中断源提出请求（这是实现多重中断的必要条件），CPU也可以响应，即再次中断现行的服务程序，转至新的中断服务程序，这是单重中断与多重中断的主要区别。21.中断向量通过什么总线送至什么地方？为什么？答：中断向量通过数据总线送至CPU（P197），更具体的说是CPU中的PC(P198)。因为要通过中断向量来寻找设备的中断服务程序入口地址（P196），中断响应阶段将形成的向量地址即中断向量送至PC,作为下一条指令的地址，即设备的中断服务程序入口地址，转至执行中断服务程序。（P198）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。31.假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40000次/秒，而相应的中断处理程序其执行时间为40s，试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么？解：该设备向CPU传送信息的时间间隔=1/40K=0.025×103=25s40s则：该外设不能用程序中断方式与主机交换信息，因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。举例说明：（输入）假设初始CPU空闲，则当I/O将第一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中后，向CPU发第一个中断请求，CPU立即响应；I/O设备匀速运行，25s后，第二个中断请求到来，CPU正在执行中断程序接收第一个数据，40s时响应；50s后，第三个中断请求到来，CPU正在执行中断程序接收第二个数据，要到80s时响应；75s后，第四个中断请求到来，但此时第三个中断请求还没有响应，则放在数据缓冲寄存器中的第三个数据来不及接收，被第四个数据冲掉；35.试从5个方面比较程序中断方式和DMA方式的区别。答:P210(1)从数据传送看，程序中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送。(2)从CPU响应时间看，程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而DMA方式可在指令周期内的任一存取周期结束时响应。(3)程序中断方式有处理异常事件的能力，DMA方式没有这种能力，主要用于大批数据的传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集系统等，可提高数据吞吐量。(4)程序中断方式需要中断现行程序，故需保护现场；DMA方式不中断现行程序，无须保护现场。(5)DMA的优先级比程序中断的优先级高。