計算機組成原理第5章作業(yè)答案

計算機組成原理第5章作業(yè)答案第一頁，共19頁。2.簡要說明CPU與I/O之間傳遞信息可采用哪幾種聯(lián)絡(luò)方式？它們分別用于什么場合？

答：CPU與I/O之間傳遞信息常采用三種聯(lián)絡(luò)方式：直接控制（立即響應(yīng)）、同步、異步。適用場合分別為：

直接控制適用于結(jié)構(gòu)極簡單、速度極慢的I/O設(shè)備，CPU直接控制外設(shè)處于某種狀態(tài)而無須聯(lián)絡(luò)信號。

同步方式采用統(tǒng)一的時標進行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差不大，近距離傳送的場合。

異步方式采用應(yīng)答機制進行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差較大、遠距離傳送的場合。第二頁，共19頁。

3.I/O設(shè)備與主機交換信息時，共有哪幾種控制方式？簡述它們的特點。

答：5種控制方式：P162

（1）程序查詢方式

（2）程序中斷方式

（3）直接存儲器存取方式（DMA）

（4）I/O通道方式

（5）I/O處理機方式第三頁，共19頁。10.什么是I/O接口?它與端口有何區(qū)別？為什么要設(shè)置I/O接口？I/O接口如何分類？

解：I/O接口一般指CPU和I/O設(shè)備間的連接部件；

I/O端口一般指I/O接口中的各種寄存器。為了便于程序?qū)@些寄存器進行訪問，通常給每個寄存器分配一個地址編號，這種編號被稱為I/O端口地址，相應(yīng)的寄存器也叫作I/O端口。

I/O接口和I/O端口是兩個不同的概念。一個接口中往往包含若干個端口，因此接口地址往往包含有若干個端口地址。第四頁，共19頁。由于I/O設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)和工作速率一般與主機差異很大，無法直接相連，因此通常通過I/O接口進行連接。

I/O接口分類方法很多，主要有：

按數(shù)據(jù)傳送方式分，有并行接口和串行接口兩種；

按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分，有程序控制接口、程序中斷接口、DMA接口三種。第五頁，共19頁。11.簡述I/O接口的功能和基本組成。答：P188（1）選址功能（2）傳送命令的功能（3）傳送數(shù)據(jù)的功能（4）反映I/O設(shè)置工作狀態(tài)的功能第六頁，共19頁。

13.說明中斷向量地址和入口地址的區(qū)別和聯(lián)系。

解：

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)存中斷向量表表項地址編號，中斷入口地址是中斷服務(wù)程序首址。

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），通過它訪存可獲得中斷服務(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JMP指令；主存中設(shè)向量地址表。參考）第七頁，共19頁。14.在什么條件下，I/O設(shè)備可以向CPU提出中斷請求？

解：I/O設(shè)備向CPU提出中斷請求的條件是：I/O接口中的設(shè)備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽碼為0（MASK=0），且CPU查詢中斷時，中斷請求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=1）。

第八頁，共19頁。15.什么是中斷允許觸發(fā)器？它有何作用？

解：中斷允許觸發(fā)器是CPU中斷系統(tǒng)中的一個部件，他起著開關(guān)中斷的作用（即中斷總開關(guān)，則中斷屏蔽觸發(fā)器可視為中斷的分開關(guān)）。第九頁，共19頁。

16.在什么條件和什么時間，CPU可以響應(yīng)I/O的中斷請求？

解：CPU響應(yīng)I/O中斷請求的條件和時間是：當中斷允許狀態(tài)為1（EINT=1），且至少有一個中斷請求被查到，則在一條指令執(zhí)行完時，響應(yīng)中斷。第十頁，共19頁。17.某系統(tǒng)對輸入數(shù)據(jù)進行取樣處理，每抽取一個輸入數(shù)據(jù)，CPU就要中斷處理一次，將取樣的數(shù)據(jù)存至存儲器的緩沖區(qū)中，該中斷處理需P秒。此外，緩沖區(qū)內(nèi)每存儲N個數(shù)據(jù)，主程序就要將其取出進行處理，這個處理需Q秒。試問該系統(tǒng)可以跟蹤到每秒多少次中斷請求？第十一頁，共19頁。解：這是一道求中斷飽和度的題，要注意主程序?qū)?shù)據(jù)的處理不是中斷處理，因此Q秒不能算在中斷次數(shù)內(nèi)。

N個數(shù)據(jù)所需的處理時間=P×N+Q秒

平均每個數(shù)據(jù)所需處理時間=（P×N+Q）/N秒；

求倒數(shù)得：

該系統(tǒng)跟蹤到的每秒中斷請求數(shù)=N/（P×N+Q）次。第十二頁，共19頁。

19.在程序中斷方式中，磁盤申請中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機。當打印機正在進行打印時，磁盤申請中斷請求。試問是否要將打印機輸出停下來，等磁盤操作結(jié)束后，打印機輸出才能繼續(xù)進行？為什么？

解：這是一道多重中斷的題，由于磁盤中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機，因此應(yīng)將打印機輸出停下來，等磁盤操作結(jié)束后，打印機輸出才能繼續(xù)進行。因為打印機的速度比磁盤輸入輸出的速度慢，并且暫停打印不會造成數(shù)據(jù)丟失。

第十三頁，共19頁。20.試比較單重中斷和多重中斷服務(wù)程序的處理流程，說明它們不同的原因。

答：P200 比較單重中斷和多重中斷服務(wù)程序的處理流程，可以發(fā)現(xiàn)其區(qū)別在于“開中斷”的設(shè)置時間不同。對于單重中斷，開中斷指令設(shè)置在最后“中斷返回”之前，意味著在整個中斷服務(wù)處理過程中，不能再響應(yīng)其他中斷源的請求。對于多重中斷，開中斷指令提前至“保護現(xiàn)場”之后，意味著在保護現(xiàn)場后，若有級別更改的中斷源提出請求（這是實現(xiàn)多重中斷的必要條件），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，這是單重中斷與多重中斷的主要區(qū)別。

第十四頁，共19頁。21.中斷向量通過什么總線送至什么地方？為什么？

答：中斷向量通過數(shù)據(jù)總線送至CPU（P197），更具體的說是CPU中的PC(P198)。因為要通過中斷向量來尋找設(shè)備的中斷服務(wù)程序入口地址（P196），中斷響應(yīng)階段將形成的向量地址即中斷向量送至PC,作為下一條指令的地址，即設(shè)備的中斷服務(wù)程序入口地址，轉(zhuǎn)至執(zhí)行中斷服務(wù)程序。（P198）

第十五頁，共19頁。22.程序查詢方式和程序中斷方式都是通過“程序”傳送數(shù)據(jù)，兩者的區(qū)別是什么？

答：程序查詢方式通過“程序”傳送數(shù)據(jù)時，程序?qū)/O的控制包括了I/O準備和I/O傳送兩段時間。由于I/O的工作速度比CPU低得多，因此程序中要反復詢問I/O的狀態(tài)，造成“踏步等待”，嚴重浪費了CPU的工作時間。

而程序中斷方式雖然也是通過“程序”傳送數(shù)據(jù)，但程序僅對I/O傳送階段進行控制，I/O準備階段不需要CPU查詢。故CPU此時照樣可以運行現(xiàn)行程序，與I/O并行工作，大大提高了CPU的工作效率。第十六頁，共19頁。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)的中斷處理程序其執(zhí)行時間為40s，試問該外設(shè)是否可用程序中斷方式與主機交換信息，為什么？

解：該設(shè)備向CPU傳送信息的時間間隔=1/40K=0.025×103=25s<40s

則：該外設(shè)不能用程序中斷方式與主機交換信息，因為其中斷處理程序的執(zhí)行速度比該外設(shè)的交換速度慢。

第十七頁，共19頁。舉例說明：（輸入）

假設(shè)初始CPU空閑，則當I/O將第一個數(shù)據(jù)放在接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器中后，向CPU發(fā)第一個中斷請求，CPU立即響應(yīng)；

I/O設(shè)備勻速運行，25s后，第二個中斷請求到來，CPU正在執(zhí)行中斷程序接收第一個數(shù)據(jù)