计组第八章答案

第四单元作业参考答案

8.1 说明计算机总线的功能和分类。

答：计算机总线是计算机的各部件之间传输信息的公共通路，包括传输数据（信息）信号的逻辑电路、管理信息传输协议的逻辑线路和物理连线。

由于总线上往往要连接许多部件或设备，传输的距离较长，负载比较重，故要求总线线路有更强的驱动能力。总线的硬件组成，通常选用集电极开路输出的电路，或输出端有高阻态输出支持的电路。这样的线路的输出端可以直接连接在一起并通过为其中某个门给出低电平（0V）的控制信号，为其他门给出高电平（4V）的控制信号，实现把多路输入中的某一路信息送到总工线上。

从总线各自承担的不同功能，分成数据总线、地址总线、控制总线3部分。

数据总线在计算机部件之间传输数据信息，它的时钟频率和宽度的乘积正比于它支持的最大的数据输入输出能力。

地址总线在计算机部件之间传输地址（内存地址、I/O地址）信息，它的宽度决定了系统可以寻址的最大内存空间。

控制总线给出总线周期类型、I/O操作完成的时刻、DMA周期、中断等有关的控制信号。

8.4 总线仲裁的作用是什么？通常采用什么机制完成总线的仲裁？

总线仲裁主要作用是解决多个主设备争用总线的问题，对总线的使用进行合理的分配和管理。总线控制方式有

集中式：总线控制逻辑基本集中于一个设备(如 CPU)时，称为集中式控制；

分散式：总线控制逻辑分散在连接总线的各个部件或设备中时，称为分布式总线控制。

集中式总线控制方式是计算机系统中主要采用的方式。总线的仲裁可通过链式查询方式

和独立请求方式实现。

8.15 计算机中有哪几种常用的输入输出控制方式？各自的优缺点是什么？

答：计算机中常用的输入输出控制方式有：1程序直接控制方式（查询方式〕2 中断控制方式 3 DMA 方式 4 I / O 通道控制方式 5 外围处理机方式

程序直接控制方式的特点是CPU的操作和外围设备的操作能够同步，硬件结构简单。但若外设动作慢，主程序进入查询环节时耗费CPU很多时间。（通用性好,但CPU有等待过程,效率较低）

中断控制方式特点是：节省了CPU查询外设状态的时间，和等待时间，效率高，通用性好，是最常用的方式。

DMA 方式用于高速I/O设备与主存之间的成组数据传送，效率高但需要有专用的DMA 控制器来支持。

I / O 通道方式和外围处理机方式都是大、中型计算机系统所配备专门用于I / O 设备的控制和管理的专用计算机。

8.17 简述一次中断处理的完整过程。

答：一个完整的中断过程由中断请求、中断响应和中断处理3个阶段组成。

一次中断处理过程通常要经过如下几个步骤完成：

1. 中断请求：由中断源发出并送给CPU的控制信号。

2. 关中断：保证在此之后的一小段时间内CPU不能响应新的中断请求。

3. 保存断点，保护现场：用中断隐指令实现。断点和现场信息一般保存在堆栈中，保存信息一定要完整完成，以保证被停下来的程序得以继续正常运行。

4. 判别中断源，转中断服务：找出中断服务程序的入口地址。多个中断源时找出中断优先级最高的中断源。

5. 开中断，以便尽快地进入可以响应更高级别中断请求的运行状态。

6. 若有更高级别中断请求到来，则进行新的中断响应过程。

7. 执行中断服务程序，完成后准备返回主程序，为此，执行关中断。

8. 恢复现场，恢复断点。

9. 开中断。关中断和开中断是为了保证能完整的恢复现场的操作。开中断之后，若有更高级别中断请求来到，则进入新的中断响应过程。

10. 返回断点。

8.18 假定外设向CPU传送信息，最高频率为40KB/ S，而相应的中断处理程序的执行时间为40us，问外设是否可采用中断方式工作？为什么？

解：

外设向CPU传送信息的最高频率为40KB/ S,即其传送的最短时间间隔为

Tm＝1/(4×104)＝24.4×10－6（秒）＝24.4 us .

而相应的中断处理程序的执行时间为40us。所以该外设不可以采用中断方式工作。因为采用这种方式最快也要40us接收一个字节的数据，而工作在最高频率的外设每24.4us就送来一个字节的数据。

8.19 DMA传输方式的优点是什么？DMA接口中通常应包括哪些逻辑部件？各自的功能是什么？

答：DMA传输方式的优点是：实现高速I/O设备与主存储器之间成批交换数据的输入/输出。

DMA接口中通过包括一般通用可编程接口卡的全部组成部分。主要由以下几部分组成：

1、主存地址计数器，用于存放读写主存用到的主存地址。

2、数据数量计数器，用于存放传送数据的数量。

3、DMA的控制/状态逻辑，由控制和状态等逻辑电路组成，用于修改主存地址计数器和数据数量计数器，指定传送功能，协调CPU和DMA信号的配合与同步。

4、DMA请求触发器，接收并记忆设备送来的请求数据传送的信号。

5、数据缓冲寄存器，用于存放高速设备与主存之间交换的数据。

6、中断机构，中断请求发生在数据数量计数器计数到0值时，用于向CPU报告本组数据传达完成，并等待新的传送命令。

8.21 简述一次DMA处理的完整过程。

答：一次DMA传送过程由传送前的预处理、数据传送、传送结束3个阶段组成。

传输前的预处理是由CPU完成的。当CPU执行到读写I/O设备调用语句时，启动DMA 传送过程，向DAM卡送入设备识别信号、启动设备，测试设备运行状态，送入内存地址初值，传送数据个数，DMA的功能控制信号等，之后，CPU继续执行原来程序。

数据传送在DMA卡控制下自动完成。DMA卡向CPU发出请求总线使用权的信号，若总线空闲，总线控制器将送响应回答信号给DMA卡，DMA卡取得总线使用权，清“0”DMA 请求触发器以撤消请求总线的信号，并启动数据传送过程。DMA在传送过程中还要完成对内存地址计数器和数据数量计数器的计数操作，并通过检查数据数量计数器是否为0，决定要启动下一次传送，还是结束本批全部数据的传送过程。

传送结束处理，是由数据数量计数器的值为0引发出来的。当数据数量计数器的值为0时，DMA将向CPU发出中断请求信号，CPU响应这一请求后，转入中断服务程序；检查是否结束数据传送。