第8章输入输出设备
教学内容安排?第一章绪论
?第二章数码系统
?第三章运算方法和运算器
?第四章存储系统
?第五章指令系统
?第六章中央处理器
?第七章输入输出设备
?第八章输入输出系统
第八章输入输出系统
?8.1输入输出设备的编址方式
?8.2总线结构
?8.3输入输出控制方式
?教学重点和难点
?输入输出控制方式
计算机组成原理习题 第八章输入输出系统
第八章输入输出系统 一、填空题； 1.直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和之间进行。 2.通道是一个特殊功能的，它有自己的专门负责数据输入输出的传输控制。 3.并行I/O接口和串行I/O接口是目前两个最具有权威性的标准接口技术。 4.在计算机系统中，CPU对外围设备的管理，除了程序查询方式、程序中断方式外，还有方式、方式和方式。 5.程序中断方式控制输入输出的主要特点是，可以使A 和B 并行工作。 6.DMA控制器按其A 结构，分为B 型和C 型两种。 7.通道是一个特殊功能的A ，它有自己的B 专门负责数据输入输出的传输控制，CPU只负责C 功能。 8.通道有三种类型：A 通道、B 通道、C 通道。 9. 二、选择题： 1.下面有关“中断”的叙述，______是不正确的。 A.一旦有中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转而去受理中断请求 B.CPU响应中断时暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序 C.中断方式一般适用于随机出现的服务 D.为了保证中断服务程序执行完毕以后，能正确返回到被中断的断点继续执行程 序，必须进行现场保存操作 2.中断向量地址是______。 A. 子程序入口地址 B. 中断服务例行程序入口地址 C. 中断服务例行程序入口地址的地址 D. 主程序返回地址 3.在数据传送过程中，数据由串行变并行或由并行变串行，其转换是通过______。 A. 移位寄存器 B. 数据寄存器 C. 锁存器 D. 指令寄存器 4.下述I/O控制方式中，主要由程序实现的是______。 A. PPU(外围处理机)方式 B. 中断方式 C. DMA方式 D. 通道方式 5.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用______的时间。 A. 一个指令周期 B. 一个机器周期 C. 一个时钟周期 D. 一个存储周期 6.发生中断请求的条件是______。 A. 一条指令执行结束 B. 一次I/O操作开始 C. 机器内部发生故障 D. 一次DMA操作开始 7.中断向量地址是______。 A．子程序入口地址B．中断服务例行程序入口地址 C．中断服务例行程序入口地址的指示器D．中断返回地址 8.下述I/O控制方式，哪种主要由程序实现______。 A. PPU（外围处理机） B. 中断方式 C. DMA 方式 D. 通道方式 9.为了便于实现多级中断，保存现场最有效的方法是采用______。
计算机组成原理第8章-输入输出系统
第八章输入输出系统 8.1输入输出设备的编址方式 8.2 总线结构 8.2.1 概述 总线是传送信息的通路，在计算机系统中使用的总线可分成3类： (1)计算机系统中各部件内部传送信息的通路。例如：运算器内部寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑运算单元(ALU)之间的传送通路，通常称之为内部总线。 (2)计算机系统中各部件之间传送信息的通路。例如CPU与主存储器之间，CPU与外设端口之间传送信息的通路，通常称之为“系统总线”。 (3)计算机多机系统内部各计算机之间传送信息的通路，通常称之为“机间总线”或“多机总线”。 本节中讨论的主要是CPU与外设接口之间的系统总线，又可称作输入输出总线，简称I／O总线。 提到总线，人们马上会想到它由许多条传输线构成，这些传输线的总条数称作总线的宽度，连接在一条总线上常常有多个设备或部件，因此常被称作共享总线或分时总线。因为不管一条总线上连接了多少个设备，任何时候只能有两个设备利用总线进行通信，一是信息发送者，一是信息接收者。于是就应该有一个部件来确定当前总线由哪两个设备来使用。如果有多个部件申请使用总线时，还应该由它根据申请者的优先级别来确定使用总线的优先次序，所有这些功能要由总线控制逻辑来完成。因此总线应该是由一定数量的传输线和总线控制器两部分构成。总线控制器可以是集中式的，集中在某个部件内部，也可以是分散式的，分散在共享总线的多个部件中。 8.2.2总线的控制方式 以集中式总线控制方式为例来说明常用的3种总线控制与仲裁方式。 1．串行链式查询方式 采用串行链式查询方式来实现判优功能的连接图如图8－3所示。
从图8-3中可以看出，该总线上连接着多个部件，对各个部件来说，除了共享数据总线和地址总线外，还有3条控制线(构成控制总线)：总线请求信号线(BR)、总线忙信号线(BS)和总线认可信号线(BG)。由于总线认可信号线对共享总线的多个部件来说形成了一条串行的链，故串行链式查询方式因此而得名。平时，BR、BS和BG线均无效，当某个或多个部件要求使用总线时，各部件通过BR线向总线控制器发出总线请求信号，总线控制器得到请求后置BG线有效，并首先进入“部件0”，若“部件0”有请求，则BG线将终止向后传送，由“部件0”发出总线忙(BR＝1)信号，表示当前总线由“部件0”占用；若“部件0”无请求，则BG 线继续往后传送，一直传送到某个有总线请求的部件为止，这时总线控制器将总线使用权交给该部件。从上述查询过程中可以看出，离总线控制器最近的部件具有最高的优先权，最远的部件只有在它前面所有部件均不请求使用总线时，才有可能得到总线的使用权，这种不公平的待遇将保持不变。这种查询方式控制简单，控制线数量少，总线上要增、删部件很容易，但是对串行查询链上的电路故障非常敏感，如果某个部件的查询链出了故障，那么该部件之后的所有部件都将无法得到总线的使用权。 2.计数定时查询方式 计数定时查询方式连接图如图8-4所示
计算机原理第八章
第八章输入输出系统 一、选择题 1．主机、外设不能并行工作的方式。 A．程序查询方式B．中断方式C．通道方式 2．在单独（独立）编址下，下面的说法是是对的。 A．一个具体地址只能对应输入输出设备 B．一个具体地址只能对应内存单元 C．一个具体地址既可对应输入输出设备，也可对应内存单元 D．只对应内存单元或只对应I/O设备 3．在关中断状态，不可响应的中断是。 A．硬件中断B．软件中断 C．可屏蔽中断D．不可屏蔽中断 4．禁止中断的功能可由来完成。 A．中断触发器B．中断允许触发器 C．中断屏蔽触发器D．中断禁止触发器 5．在微机系统中，主机与高速硬盘进行数据交换一般用方式。A．程序中断控制B．DMA C．程序直接控制D．通道方式 6．常用于大型计算机的控制方式是。 A．程序中断控制B．DMA C．程序直接控制D．通道方式 7．有关中断的论述不正确的是。 A．CPU和I/O设备可并行工作，但设备间不可并行工作 B．可实现多道程序、分时操作、实时操作 C．对硬盘采用中断可能引起数据丢失 D．计算机的中断源可来自主机，也可来自外设 8．中断系统是由实现的 A．仅用硬件B．仅用软件 C．软、硬件结合D．以上都不对 9．DMA数据的传送是以为单位进行的。 A．字节B．字 C．数据块D．位 10．DMA是在之间建立的直接数据通路。 A．CPU与外设B．主存与外设 C．外设与外设D．CPU与主存 11．数组多路通道数据的传送是以为单位进行的。 A．字节B．字 C．数据块D．位 12．通道是特殊的处理器，它有自己的，故并行工作能力较强。A．运算器B．存储器
C．指令和程序D．以上均有 13．下列I/O控制方式中，主要由程序实现的是。 A．PPU（外围处理机）B．中断方式 C．DMA方式D．通道方式 14．产生中断的条件是。 A．一条指令执行结束B．机器内部发生故障 C．一次I/O操作开始D．一次DMA操作开始 15．在微机系统中，外设通过与主板的系统总线相连接。 A．适配器B．设备控制器 C．计数器D．寄存器 16．对于低速输入输出设备，应当选用的通道是。 A．数组多路通道B．字节多路通道 C．选择通道D．DMA专用通道 二、填空题 1．实现输入输出数据传送方式分成三种：、和程序控制方式。 2．输入输出设备寻址方式有和。 3．CPU响应中断时最先完成的两个步骤是和。 4．内部中断是由引起的，如运算溢出等。 5．外部中断是由引起的，如输入输出设备产生的中断。 6．DMA的含义是，用于解决。 7．DMA数据传送过程可分为、数据块传送和三个阶段。8．基本DMA控制器主要由、、数据寄存器、控制逻辑、标志寄存器及地址译码与同步电路组成。 9．在中断服务中，开中断的目的是允许。 10．一个中断向量对应一个。 11．接口收到中断响应信号INTA后，将传送给CPU。 12．中断屏蔽的作用有两个，即和。 13．串行接口之所以需要串、并数据的转换电路，是因为。14．CPU响应中断时，必须先保护当前程序的断点状态，然后才能执行中断服务程序，这里的断点状态是指。 15．通道是一个特殊功能的，它有自己的专门负责数据输入输出的传送控制，CPU只负责的功能。 16．CPU对外设的控制方式按CPU的介入程度，从小到大为、、。 三、判断题 1．所有的数据传送方式都必须由CPU控制实现。 2．屏蔽所有的中断源，即为关中断。 3．一旦中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转去受理中断请求。4．CPU响应中断时，暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序。 5．中断方式一般适合于随机出现的服务。
计算机组成原理 白中英 第三版(完整版)第八章输入输出系统
1．如果认为CPU等待设备的状态信号是处于非工作状态（即踏步等待），那么在下面几种主机与设备之间的数据传送中：（）主机与设备是串行工作的；（）主机与设备是并行工作的；（）主程序与设备是并行运行的。 A．程序查询方式 B. 程序中断方式 C. DMA方式 A C B解：2．中断向量地址是_____。 A．子程序入口地址 B. 中断服务程序入口地址 C．中断服务程序入口地址指示器 C. 例行程序入口地址 C解：3．利用微型机制作了对输入数据进行采样处理的系统。在该系统中，每抽取一个输入数据就要中断CPU一次，中断处理程序接受采样的数据，将其放到主存的缓冲区内。该中断处理需时x秒，另一方面缓冲区内每存储n个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需时y秒。因此该系统可以跟踪到每秒_____次的中断请求。 A．N/(n×x+y) B. N/(x+y)×n C. Min(1/x, n/y) A解：4．采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个____的时间。 A．指令周期 B. 机器周期 C. 存储周期 D. 总线周期 C解：5．通道的功能是：（1）________，（2）______。按通道的工作方式分，通道有______通道、_______通道和______通道三种类型。 解：（1）执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输； （2）执行CPU的I/O指令，以及向CPU报告中断。 选择通道、字节多路通道、数组多路通道 6．在教科书图8.7中，当CPU对设备B的中断请求进行服务时，如设备A提出请求，CPU能够响应中断吗？为什么？如果设备B一提出请求总能立即得到服务，问怎样调整才能满足此要求？ 解：（1）CPU不能响应中断 （2）因为同级中断不能嵌套，而A、B设备属于同级中断 （3）如果想要设备B一提出请求即能得到服务，则应该使设备B为最高优先级，这里可将，处于最高优先级。级IR单独接至 B3 设备 8．设某机有5级中断：L0，L1，L2，L3，L4，其中断响应优先次序为：L0最高，L1次 之，L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1→L3→L0→L4→L2，试问： 1 / 3 （1）下表中各级中断处理程序的各中断级屏蔽值如何设置（每级对应一位，该位 为ぜ表示允许中断，该位为?表示中断屏蔽）？ （2）若这5级中断同时都发出中断请求，按更改后的次序画出进入各级中断处理程序的过程示意图。 解：（1） ）（2
8第八章输入输出系统讲解
《第八章输入输出系统》 8.1外围设备的定时方式和信息交换方式 8.2程序查询方式 8.3程序中断方式 8.4DMA方式 8.5通道方式 8.6通用I/O标准接口 8.1外围设备的定时方式和信息交换方式 一、外围设备的速度分级 外设种类繁多，存在以下几种情况： 不同种类的外设数据传输速率差别很大 同一种设备在不同时刻传输速率也可能不同 高速的CPU与速度参差不齐的外设怎样在时间上同步呢？ ——解决办法是在CPU和外设之间发生数据传送时加以定时。 速度极慢或简单的外设----CPU只需要接受或者发送数据即可慢速或者中速的设备——可以采用异步定时的方式高速外设----- 采用同步定时方式 二、信息交换方式 程序查询方式程序中 断方式 DMA方式 通道方式
8.2程序查询方式 1、 设备编址 统一编址 独立编址 2、 必须插入 输入输出指令 3、 程序查询接口 设备选择电路 数据 缓冲寄存器 设备状态寄存器 (1) 先向I/O 说 (2) 从I/O 接口读入状态字； (3) 检查状态字中的标志，看看数据交换是 否可以进行； (4) 假如这个设备没有准备就绪，则第 (2)、第(3)步重复进行，一直到这个设备准备好交换数 据，发出准备就绪信号“ Ready" (5) CPU 从I/O 接口的数据缓冲寄存器输入数据，或者将数据从 寄存器。与此同时， CPU 将接口中的状态标志复位。 (6 )数据传送 8.3 程序中断方式 8.3.1中断的概念、功能 8.3.2程序中断方式的基本接口 8.3.3单级中断 8.3.4多级中断 8.3.5Pentium 中断机制 8.3.1中断的概念、功能 中断(Interrupt )是指CPU 暂时中止现行程序，转去处理随机发生的紧急事件，处理完 后自动返回原程序的功能和技术。 中断系统是计算机实现中断功能的软硬件总称。 一般在CPU 中设置中断机构，在外设接口中设置中断控制器，在软件上设置相应的中 断服务程序。 中断源：能够向CPU 发出中断请求的事件。 常见中断源有： 输入、输出设备中断。如键盘、打印机等工作过程中已做好接收或发送准备。 数据通道中断。如磁盘、磁带等要同主机进行数据交换等。 实时时钟中断。 故障中断。例如电源掉电、设备故障等要求 CPU 进行紧急处理等。 系统中断。如运算过程出现溢出、数据格式非法，数据传送过程出现校验错, 控制器遇到非法指令等等。为了调试程序而设置的中断。 情求进行数据传送: CPU 输出至接口的数据缓冲 外设 Ci v I
计算机组成原理白中英第三版(完整版)第八章输入输出系统
1?如果认为CPU等待设备的状态信号是处于非工作状态（即踏步等待），那么在下面几种主机与设备之间的数据传送中：（）主机与设备是串行工作的；（）主机与设备是并行工作的；（）主程序与设备是并行运行的。 A.程序查询方式 B.程序中断方式 C. DMA方式 解： A C B 2.中断向量地址是_______ 。 A.子程序入口地址 B.中断服务程序入口地址 C.中断服务程序入口地址指示器 C.例行程序入口地址 解： C 3.利用微型机制作了对输入数据进行采样处理的系统。在该系统中，每抽取一个输入数据就要中断CPU—次，中断处理程序接受采样的数据，将其放到主存的缓冲区内。该中断处理需时 x 秒，另一方面缓冲区内每存储 n 个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需时 y 秒因此该系统可以跟踪到每秒 ___________________ 次的中断请求。 A. N/（n x x+y） B. N/（x+y）x n C. Min（1/x, n/y） 解： A 4?采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个____________ 的时间。 A. 指令周期 B. 机器周期 C. 存储周期 D. 总线周期 解： C 5.通道的功能是：（ 1） _________ ，（ 2） _____ 。按通道的工作方式分，通道有 _________ 通 道、______ 通道和____ 通道三种类型。 解：（ 1）执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输；（2）执行CPU的I/O指令，以及向 CPU B告中断。 选择通道、字节多路通道、数组多路通道 6 ?在教科书图8.7中，当CPU对设备B的中断请求进行服务时，如设备A提岀请求，CPU能够 响应中断吗？为什么？如果设备B一提岀请求总能立即得到服务，问怎样调整才能满足此要 求？解：（1） CPU不能响应中断 （2）因为同级中断不能嵌套，而A、B设备属于同级中断 （ 3）如果想要设备 B 一提岀请求即能得到服务，则应该使设备设 B 为最高优先级，这里可将 备B单独接至3级IR，处于最高优先级。 8.设某机有 5级中断： L0， L1， L2， L3， L4，其中断响应优先次序为： L0 最高， L1 次之，L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1-L3-L0-L4-L2,试问： （1）下表中各级中断处理程序的各中断级屏蔽值如何设置（每级对应一位，该位 为"0"表示允许中断，该位为"1"表示中断屏蔽）？