计算机组成原理第5章作业答案.ppt

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1、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)

2、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

3、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。

4、(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

5、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=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。,19.在程序中断

6、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

7、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。(P19

8、8),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40 000次/秒,而相应的中断处理程序其执行时间为40s,试问该外设

9、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=0.025103=25s 40s 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,25s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,40s时响应;50s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80s时响应;75s后,第四个中断请求到来,但此时第三个中断请求还没有

10、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。,

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