计算机组成原理第七章

第7章习题与解答
7-1 什么是输入输出系统？它有哪些特点？
答：输入输出操作的设备称为输入输出设备，简称外设。

外部设备通过接口部件与主机相连，在主机的控制下执行输入输出操作。

因此，把外部设备、接口部件以及相应的管理软件定义为计算机的输入输出系统。

特点:有异步性，实时性和设备无关性。

7-3 输入输出系统的数据传输方式有几种？各有什么特点？
答：有5种方式（1）程序直接控制：信息交换的控制完全由主机执行程序实现。

特点是，接口设计简单，设备量少，但是，要花费很多时间用于查询和等待，效率大大降低。

（2）程序中断控制：外设在完成了数据传送的准备工作后，主动向CPU提出传送请求，CPU暂停原程序的执行，转向信息交换服务。

在这种方式下，特点是：CPU与外设并行。

（3）直接内存访问方式(DMA)：直接内存访问(DMA)方式是一种完全由硬件执行I/O 交换的工作方式。

DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行。

主要优点是数据传送速度很高。

适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。

（4）通道方式：利用了DMA技术，再加上软件，形成一种新的控制方式。

通道是一种简单的处理机，它有指令系统，能执行程序。

它的独立工作能力比DMA强，能对多台不同类型的设备统一管理，对多个设备同时传送信息。

（5） I/O处理机方式：I/O处理机方式又称为外围处理机方式，它既可以完成I/O通道所要完成的I/O控制，又可以完成码制变换、格式处理、数据块的检错、纠错等操作。

它基本独立于主机工作。

7-4 什么是中断？它有何作用？
答：中断是指CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某个随机事态服务的中断处理程序。

处理完毕后自动恢复原程序的执行。

作用:（1）提高机器的可靠性；（2）进行实时控制；（3）实现主机和外设的并行工作；（4）便于实现人机联系；（5）实现分时操作
7-5外设采用程序中断方式传送数据时分哪些步骤？采用程序中断方式传送的接口应由哪些部件构成？请画出其框图。

答：步骤为：中断申请、中断判优、中断响应、中断处理和中断返回。

接口中有“准备就绪”标志（RD）、“允许中断”标志（EI）、“中断请求”标志（IR）、“中断屏蔽”标志（IM）和和“工作触发器”(BS)五个触发器。

如下图所示。

准备就绪的标志（RD）：一旦设备准备好要进行一次数据的接收或发送，便发出一个设备动作完毕信号，使RD标志为“1”。

允许中断触发器（EI）：可以用程序指令来置位,控制是否允许某设备发出中断请求。

EI 为“1”时，某设备可以向CPU发出中断请求；
中断请求触发器（IR）：它暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。

当IR标志位“1”时，表示设备发出了中断请求。

中断屏蔽触发器（IM）： IM标志为“0”时，CPU可以受理外界的中断请求，反之，IM 标志为“1”时，CPU不受理外界的中断。

工作触发器”(BS):完成触发。

7-6 向量中断与中断向量有什么区别？
答：当CPU响应中断时，由硬件直接产生一个固定的地址（即向量地址），由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口，这种方法通常称为向量中断。

中断向量即中断源的识别标志，可用来存放中断服务程序的入口地址或跳转到中断服务程序的入口地址。

7-8 什么是通道？通道有哪三种类型？
答：通道是一个特殊功能的处理器，它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制，而CPU将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能。

这样，通道与CPU分时使用内存，实现了CPU内部运算与I／O设备的平行工作。

通道有选择通道、数组多路通道、字节多路通道三种类型。