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计算机组成原理第5章作业答案分析 3.I/O设备与主机交换信息时，共有哪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。几种控制方式？简述它们的特点。答：答：5种控制方式：种控制方式：P162（1）程序查询方式）程序查询方式（2）程序中断方式）程序中断方式（3）直接存储器存取方式（）直接存储器存取方式（DMA）（4）I/O 通道方式通道方式（5）I/O处理机方式处理机方式 10.10.什么是什么是什么是什么是I/OI/O接口接口接口接口?它与它与它与它与端口端口端口端口有何有何有何有何区别？区别？区别？区别？为什么为什么为什么为什么要设置要设置要设置要设置I/OI/O接口？接口？接口？接口？I/OI/O接接接接口如何口如何口如何口如何分类分类分类分类？解：解：解：解：I/O I/O接口一般指接口一般指接口一般指接口一般指CPUCPU和和和和I/OI/O设设设设备间的备间的备间的备间的连接部件连接部件连接部件连接部件；I/O I/O端口一般指端口一般指端口一般指端口一般指I/OI/O接口中的各种接口中的各种接口中的各种接口中的各种寄存器寄存器寄存器寄存器。为了便于程序对这些寄存器。为了便于程序对这些寄存器。为了便于程序对这些寄存器。为了便于程序对这些寄存器进行访问，通常给每个寄存器进行访问，通常给每个寄存器进行访问，通常给每个寄存器进行访问，通常给每个寄存器分配分配分配分配一一一一个个个个地址地址地址地址编号，这种编号被称为编号，这种编号被称为编号，这种编号被称为编号，这种编号被称为I/OI/O端口端口端口端口地址，相应的寄存器也叫作地址，相应的寄存器也叫作地址，相应的寄存器也叫作地址，相应的寄存器也叫作I/OI/O端口端口端口端口。I/O I/O接口和接口和接口和接口和I/OI/O端口是两个不同的端口是两个不同的端口是两个不同的端口是两个不同的概念。一个接口中往往包含概念。一个接口中往往包含概念。一个接口中往往包含概念。一个接口中往往包含若干个若干个若干个若干个端端端端口，因此口，因此口，因此口，因此接口地址接口地址接口地址接口地址往往包含有若干个往往包含有若干个往往包含有若干个往往包含有若干个端口地址端口地址端口地址端口地址。由于由于由于由于I/OI/O设备的物理结构和工作设备的物理结构和工作设备的物理结构和工作设备的物理结构和工作速率一般与主机速率一般与主机速率一般与主机速率一般与主机差异差异差异差异很大，无法很大，无法很大，无法很大，无法直直直直接接接接相连，因此通常通过相连，因此通常通过相连，因此通常通过相连，因此通常通过I/OI/O接口接口接口接口进行进行进行进行连接。连接。连接。连接。I/O I/O接口分类方法接口分类方法接口分类方法接口分类方法很多很多很多很多，主要有：，主要有：，主要有：，主要有：按数据传送方式按数据传送方式按数据传送方式按数据传送方式分，有分，有分，有分，有并行并行并行并行接接接接口和口和口和口和串行串行串行串行接口两种；接口两种；接口两种；接口两种；按数据传送的按数据传送的按数据传送的按数据传送的控制方式控制方式控制方式控制方式分，有分，有分，有分，有程序控制程序控制程序控制程序控制接口、接口、接口、接口、程序中断程序中断程序中断程序中断接口、接口、接口、接口、DMADMA接口三种。接口三种。接口三种。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 13.13.说明说明说明说明中断向量地址中断向量地址中断向量地址中断向量地址和和和和入口地址入口地址入口地址入口地址的的的的区别和联系。区别和联系。区别和联系。区别和联系。解：解：解：解：中断向量地址和入口地址的中断向量地址和入口地址的中断向量地址和入口地址的中断向量地址和入口地址的区别区别区别区别：向量地址向量地址向量地址向量地址是硬件电路（向量编码器）是硬件电路（向量编码器）是硬件电路（向量编码器）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产生的中断源的内存中断向量表表项地产生的中断源的内存中断向量表表项地产生的中断源的内存中断向量表表项地址编号，址编号，址编号，址编号，中断入口地址中断入口地址中断入口地址中断入口地址是中断服务程序是中断服务程序是中断服务程序是中断服务程序首址。首址。首址。首址。中断向量地址和入口地址的中断向量地址和入口地址的中断向量地址和入口地址的中断向量地址和入口地址的联系联系联系联系：中断向量地址可理解为中断服务程中断向量地址可理解为中断服务程中断向量地址可理解为中断服务程中断向量地址可理解为中断服务程序序序序入口地址指示器入口地址指示器入口地址指示器入口地址指示器（入口地址的地址），（入口地址的地址），（入口地址的地址），（入口地址的地址），通过它访存可获得中断服务程序入口地通过它访存可获得中断服务程序入口地通过它访存可获得中断服务程序入口地通过它访存可获得中断服务程序入口地址。址。址。址。(两种方法：在向量地址所指单元内两种方法：在向量地址所指单元内两种方法：在向量地址所指单元内两种方法：在向量地址所指单元内放一条放一条放一条放一条JMPJMPJMPJMP指令；主存中设向量地址表。指令；主存中设向量地址表。指令；主存中设向量地址表。指令；主存中设向量地址表。参考参考参考参考8.4.38.4.38.4.38.4.3）14.在什么条件下，在什么条件下，I/O设备可设备可以向以向CPU提出提出中断请求中断请求？解：解：I/O设备向设备向CPU提出中断提出中断请求的请求的条件条件是：是：I/O接口中的设备接口中的设备工作完成状态为工作完成状态为1（D=1），中断屏），中断屏蔽码为蔽码为0（MASK=0），且），且CPU查查询中断时，中断请求触发器状态为询中断时，中断请求触发器状态为1（INTR=1）。）。15.什么是什么是中断允许触发器中断允许触发器？它？它有何作用？有何作用？解：中断允许触发器是解：中断允许触发器是CPU中中断系统中的一个部件，他起着断系统中的一个部件，他起着开关中断的作用（即中断开关中断的作用（即中断总开总开关关，则中断屏蔽触发器可视为，则中断屏蔽触发器可视为中断的中断的分开关分开关）。）。16.在什么在什么条件条件和什么和什么时间时间，CPU可以可以响应响应I/O的中断请求？的中断请求？解：解：CPU响应响应I/O中断请求的中断请求的条件和时间条件和时间是：当中断允许状态为是：当中断允许状态为1（EINT=1），且），且至少有一个中断至少有一个中断请求请求被查到，则在被查到，则在一条指令执行完一条指令执行完时，响应中断。时，响应中断。17.某系统对输入数据进行取样处理，某系统对输入数据进行取样处理，每抽取一个输入数据，每抽取一个输入数据，CPU就要就要中断处理一次，将取样的数据存至中断处理一次，将取样的数据存至存储器的缓冲区中，该中断处理需存储器的缓冲区中，该中断处理需P秒秒。此外，缓冲区内每存储。此外，缓冲区内每存储N个个数据，主程序就要将其取出进行处数据，主程序就要将其取出进行处理，这个处理需理，这个处理需Q秒秒。试问该系统。试问该系统可以可以跟踪到每秒多少次中断请求？跟踪到每秒多少次中断请求？解：这是一道求解：这是一道求解：这是一道求解：这是一道求中断饱和度中断饱和度中断饱和度中断饱和度的题，的题，的题，的题，要要要要注意注意注意注意主程序对数据的处理不是中断处主程序对数据的处理不是中断处主程序对数据的处理不是中断处主程序对数据的处理不是中断处理，因此理，因此理，因此理，因此QQ秒不能算在中断次数内。秒不能算在中断次数内。秒不能算在中断次数内。秒不能算在中断次数内。N N个数据所需的处理时间个数据所需的处理时间个数据所需的处理时间个数据所需的处理时间=P=P N+QN+Q秒秒秒秒 平均每个数据所需处理时间平均每个数据所需处理时间平均每个数据所需处理时间平均每个数据所需处理时间=（P P N+QN+Q）/N /N 秒；秒；秒；秒；求倒数得：求倒数得：求倒数得：求倒数得：该系统该系统该系统该系统跟踪到的每秒中断请求数跟踪到的每秒中断请求数跟踪到的每秒中断请求数跟踪到的每秒中断请求数=N/=N/（P P N+QN+Q）次。）次。）次。）次。19.19.在程序中断方式中，磁盘申请中在程序中断方式中，磁盘申请中在程序中断方式中，磁盘申请中在程序中断方式中，磁盘申请中断的优先权高于打印机。当打印机正在断的优先权高于打印机。当打印机正在断的优先权高于打印机。当打印机正在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。试问进行打印时，磁盘申请中断请求。试问进行打印时，磁盘申请中断请求。试问进行打印时，磁盘申请中断请求。试问是否要将打印机输出停下来是否要将打印机输出停下来是否要将打印机输出停下来是否要将打印机输出停下来，等磁盘操，等磁盘操，等磁盘操，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行？作结束后，打印机输出才能继续进行？作结束后，打印机输出才能继续进行？作结束后，打印机输出才能继续进行？为什么？为什么？为什么？为什么？解：这是一道解：这是一道解：这是一道解：这是一道多重中断多重中断多重中断多重中断的题，由于的题，由于的题，由于的题，由于磁盘中断的优先权高于打印机，因此磁盘中断的优先权高于打印机，因此磁盘中断的优先权高于打印机，因此磁盘中断的优先权高于打印机，因此应应应应将打印机输出停下来将打印机输出停下来将打印机输出停下来将打印机输出停下来，等磁盘操作结束，等磁盘操作结束，等磁盘操作结束，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行。因为打后，打印机输出才能继续进行。因为打后，打印机输出才能继续进行。因为打后，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，印机的速度比磁盘输入输出的速度慢，印机的速度比磁盘输入输出的速度慢，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。并且暂停打印不会造成数据丢失。并且暂停打印不会造成数据丢失。并且暂停打印不会造成数据丢失。20.20.试比较单重中断和多重中断服务程序的试比较单重中断和多重中断服务程序的试比较单重中断和多重中断服务程序的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。处理流程，说明它们不同的原因。处理流程，说明它们不同的原因。处理流程，说明它们不同的原因。答：答：答：答：P200P200比较单重中断和多重中断服务程序比较单重中断和多重中断服务程序比较单重中断和多重中断服务程序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的处理流程，可以发现其区别在于的处理流程，可以发现其区别在于的处理流程，可以发现其区别在于“开开开开中断中断中断中断”的设置时间不同。的设置时间不同。的设置时间不同。的设置时间不同。对于单重中断，开中断指令设置在对于单重中断，开中断指令设置在对于单重中断，开中断指令设置在对于单重中断，开中断指令设置在最后最后最后最后“中断返回中断返回中断返回中断返回”之前，意味着在整个之前，意味着在整个之前，意味着在整个之前，意味着在整个中断服务处理过程中，不能再响应其他中断服务处理过程中，不能再响应其他中断服务处理过程中，不能再响应其他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，开中断中断源的请求。对于多重中断，开中断中断源的请求。对于多重中断，开中断中断源的请求。对于多重中断，开中断指令提前至指令提前至指令提前至指令提前至“保护现场保护现场保护现场保护现场”之后，意味着之后，意味着之后，意味着之后，意味着在保护现场后，若有级别更改的中断源在保护现场后，若有级别更改的中断源在保护现场后，若有级别更改的中断源在保护现场后，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提出请求（这是实现多重中断的必要条提出请求（这是实现多重中断的必要条提出请求（这是实现多重中断的必要条件），件），件），件），CPUCPU也可以响应，即再次中断现也可以响应，即再次中断现也可以响应，即再次中断现也可以响应，即再次中断现行的服务程序，转至新的中断服务程序，行的服务程序，转至新的中断服务程序，行的服务程序，转至新的中断服务程序，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。这是单重中断与多重中断的主要区别。这是单重中断与多重中断的主要区别。这是单重中断与多重中断的主要区别。21.21.中断向量通过什么总线送至什么中断向量通过什么总线送至什么中断向量通过什么总线送至什么中断向量通过什么总线送至什么地方？为什么？地方？为什么？地方？为什么？地方？为什么？答：中断向量通过数据总线送答：中断向量通过数据总线送答：中断向量通过数据总线送答：中断向量通过数据总线送至至至至CPUCPU（P197P197），），），），更具体的说是更具体的说是更具体的说是更具体的说是CPUCPU中的中的中的中的PCPC(P198)(P198)。因为要通过中断向量来寻找因为要通过中断向量来寻找因为要通过中断向量来寻找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设备的中断服务程序入口地址设备的中断服务程序入口地址设备的中断服务程序入口地址（P196P196），），），），中断响应阶段将形成中断响应阶段将形成中断响应阶段将形成中断响应阶段将形成的向量地址即中断向量送至的向量地址即中断向量送至的向量地址即中断向量送至的向量地址即中断向量送至PC,PC,作作作作为下一条指令的地址，即设备的中为下一条指令的地址，即设备的中为下一条指令的地址，即设备的中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入口地址，转至执行中断服务程序入口地址，转至执行中断服务程序入口地址，转至执行中断服务程序。断服务程序。断服务程序。断服务程序。（P198P198）22.22.程序查询程序查询程序查询程序查询方式和方式和方式和方式和程序中断程序中断程序中断程序中断方式方式方式方式都是通过都是通过都是通过都是通过“程序程序程序程序”传送数据，两者的传送数据，两者的传送数据，两者的传送数据，两者的区区区区别别别别是什么？是什么？是什么？是什么？答：程序查询方式通过答：程序查询方式通过答：程序查询方式通过答：程序查询方式通过“程序程序程序程序”传传传传送数据时，程序对送数据时，程序对送数据时，程序对送数据时，程序对I/OI/O的控制包括了的控制包括了的控制包括了的控制包括了I/OI/O准备准备准备准备和和和和I/OI/O传送传送传送传送两段时间。由于两段时间。由于两段时间。由于两段时间。由于I/OI/O的工的工的工的工作速度比作速度比作速度比作速度比CPUCPU低得多，因此程序中要反低得多，因此程序中要反低得多，因此程序中要反低得多，因此程序中要反复询问复询问复询问复询问I/OI/O的状态，造成的状态，造成的状态，造成的状态，造成“踏步等待踏步等待踏步等待踏步等待”，严重浪费严重浪费严重浪费严重浪费了了了了CPUCPU的工作时间。的工作时间。的工作时间。的工作时间。而程序中断方式虽然也是通过而程序中断方式虽然也是通过而程序中断方式虽然也是通过而程序中断方式虽然也是通过“程程程程序序序序”传送数据，但程序仅对传送数据，但程序仅对传送数据，但程序仅对传送数据，但程序仅对I/OI/O传送阶传送阶传送阶传送阶段段段段进行控制，进行控制，进行控制，进行控制，I/OI/O准备阶段不需要准备阶段不需要准备阶段不需要准备阶段不需要CPUCPU查询。故查询。故查询。故查询。故CPUCPU此时照样可以运行现行程此时照样可以运行现行程此时照样可以运行现行程此时照样可以运行现行程序，与序，与序，与序，与I/OI/O并行工作并行工作并行工作并行工作，大大提高了，大大提高了，大大提高了，大大提高了CPUCPU的工作效率。的工作效率。的工作效率。的工作效率。31.31.假设某设备向假设某设备向假设某设备向假设某设备向CPUCPU传送信息的传送信息的传送信息的传送信息的最高频率是最高频率是最高频率是最高频率是40 00040 000次次次次/秒秒秒秒，而相应的中断，而相应的中断，而相应的中断，而相应的中断处理程序其执行时间为处理程序其执行时间为处理程序其执行时间为处理程序其执行时间为4040 s s，试问该，试问该，试问该，试问该外设外设外设外设是否可用程序中断是否可用程序中断是否可用程序中断是否可用程序中断方式与主机交换方式与主机交换方式与主机交换方式与主机交换信息，为什么？信息，为什么？信息，为什么？信息，为什么？解：该设备向解：该设备向解：该设备向解：该设备向CPUCPU传送信息的时间传送信息的时间传送信息的时间传送信息的时间间隔间隔间隔间隔=1/40K=0.025=1/40K=0.02510103 3=2525 s 40s 40 s s 则：该外设则：该外设则：该外设则：该外设不能用程序中断方式不能用程序中断方式不能用程序中断方式不能用程序中断方式与与与与主机交换信息，因为其中断处理程序的主机交换信息，因为其中断处理程序的主机交换信息，因为其中断处理程序的主机交换信息，因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。执行速度比该外设的交换速度慢。执行速度比该外设的交换速度慢。执行速度比该外设的交换速度慢。举例说明举例说明举例说明举例说明：（输入输入输入输入）假设假设假设假设初始初始初始初始CPUCPU空闲，则当空闲，则当空闲，则当空闲，则当I/OI/O将第将第将第将第一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中后，向后，向后，向后，向CPUCPU发发发发第一个中断请求第一个中断请求第一个中断请求第一个中断请求，CPUCPU立立立立即响应；即响应；即响应；即响应；I/O I/O设备匀速运行，设备匀速运行，设备匀速运行，设备匀速运行，2525 s s后，后，后，后，第二第二第二第二个中断请求个中断请求个中断请求个中断请求到来，到来，到来，到来，CPUCPU正在执行中断程正在执行中断程正在执行中断程正在执行中断程序接收第一个数据，序接收第一个数据，序接收第一个数据，序接收第一个数据，4040 s s时响应；时响应；时响应；时响应；5050 s s后，后，后，后，第三个中断请求第三个中断请求第三个中断请求第三个中断请求到来，到来，到来，到来，CPUCPU正在执行中断程序接收第二个数据，正在执行中断程序接收第二个数据，正在执行中断程序接收第二个数据，正在执行中断程序接收第二个数据，要到要到要到要到8080 s s时响应；时响应；时响应；时响应；7575 s s后，后，后，后，第四个中断请求第四个中断请求第四个中断请求第四个中断请求到来，但到来，但到来，但到来，但此时第三个中断请求还没有响应，则放此时第三个中断请求还没有响应，则放此时第三个中断请求还没有响应，则放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在数据缓冲寄存器中的第三个数据来不在数据缓冲寄存器中的第三个数据来不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；及接收，被第四个数据冲掉；及接收，被第四个数据冲掉；及接收，被第四个数据冲掉；35.35.试从试从试从试从5 5个方面比较程序中断方式个方面比较程序中断方式个方面比较程序中断方式个方面比较程序中断方式和和和和DMADMA方式的方式的方式的方式的区别区别区别区别。答答答答:P210P210 (1)(1)从数据传送看，程序中断方式靠程序传从数据传送看，程序中断方式靠程序传从数据传送看，程序中断方式靠程序传从数据传送看，程序中断方式靠程序传送，送，送，送，DMADMA方式靠硬件传送。方式靠硬件传送。方式靠硬件传送。方式靠硬件传送。(2)(2)从从从从CPUCPU响应时间看，程序中断方式是在一响应时间看，程序中断方式是在一响应时间看，程序中断方式是在一响应时间看，程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而条指令执行结束时响应，而条指令执行结束时响应，而条指令执行结束时响应，而DMADMA方式可在指令方式可在指令方式可在指令方式可在指令周期内的任一存取周期结束时响应。周期内的任一存取周期结束时响应。周期内的任一存取周期结束时响应。周期内的任一存取周期结束时响应。(3)(3)程序中断方式有处理异常事件的能力，程序中断方式有处理异常事件的能力，程序中断方式有处理异常事件的能力，程序中断方式有处理异常事件的能力，DMADMA方式没有这种能力，主要用于大批数据的方式没有这种能力，主要用于大批数据的方式没有这种能力，主要用于大批数据的方式没有这种能力，主要用于大批数据的传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集传送，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。系统等，可提高数据吞吐量。系统等，可提高数据吞吐量。系统等，可提高数据吞吐量。(4)(4)程序中断方式需要中断现行程序，故需保程序中断方式需要中断现行程序，故需保程序中断方式需要中断现行程序，故需保程序中断方式需要中断现行程序，故需保护现场；护现场；护现场；护现场；DMADMA方式不中断现行程序，无须保护方式不中断现行程序，无须保护方式不中断现行程序，无须保护方式不中断现行程序，无须保护现场。现场。现场。现场。(5)DMA (5)DMA的优先级比程序中断的优先级高。的优先级比程序中断的优先级高。的优先级比程序中断的优先级高。的优先级比程序中断的优先级高。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢