发布时间 : 星期四 文章计算机组成原理第五章部分课后题答案（唐朔飞版）更新完毕开始阅读
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5.1 I/O 设备有哪些编址方式，各有何特点？
常用的 I/O 编址方式有两种： I/O 与内存统一编址和 I/O 独立编址 · I/O 与内存统一编址方式的 I/O 地址采用与主存单元地址完全一样的格式， I/O 设备与主存占用同一个地址空间， CPU可像访问主存一样访问 I/O 设备，不需要安排专门的 I/O 指令。
· I/O 独立编址方式时机器为 I/O 设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时 I/O 地址与主存地址是两个独立的空间， CPU需要通过专门的 I/O 指令来访问 I/O 地址空间。
5.3 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。
· 程序直接控制方式：也称查询方式，采用该方式，数据在 CPU和外设间 的传送完全靠计算机程序控制， CPU的操作和外围设备操作同步，硬件 结构简单，但由于外部设备动作慢，浪费 CPU时间多，系统效率低。 · 程序中断方式：外设备准备就绪后中断方式猪肚通知 CPU，在 CPU相应 I/O 设备的中断请求后，在暂停现行程序的执行，转为 I/O 设备服务可 明显提高 CPU的利用率，在一定程度上实现了主机和 I/O 设备的并行工 作，但硬件结构负载，服务开销时间大
· DMA方式与中断方式一样， 实现了主机和 I/O 设备的并行工作， 由于 DMA 方式直接依靠硬件实现贮存与 I/O 设备之间的数据传送，传送期间不需要 CPU程序干预， CPU可继续执行原来的程序，因此 CPU利用率和系统效率比中断方式更高，但 DMA方式的硬件结构更为复杂。
5.4 比较程序查询方式、程序中断方式和 DMA方式对 CPU工作效率的影
响。 · 程序查询方式：主要用于 CPU不太忙且传送速度不高的情况
下。无条件
传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单 I/O 设备的控
制或CPU明确知道外设所处状态的情况下。
· 中断方式：主要用于 CPU的任务比较忙的情况下，尤其适合实时
控制和紧急事件的处理
· DMA 方式（直接存储器存取方式） ：主要用于高速外设进行大批量数据
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传送的场合。
5.8 某计算机的 I/O 设备采用异步串行传送方式传送字符信息。 字符信息的格式
为 1 位起始位、 7 位数据位、 1 位检验位和 1 位停止位。若要求每秒钟传送
480 个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？
解： 480 * (1 + 7 + 1 + 1) = 4800 位/ 秒 = 4800 波特
5.11 简述 I/O 接口的功能和基本组成。
· I/O 接口功能 (1) 选址功能 (2) 传送指令功能 (3) 传送数据功能
(4) 反映 I/O 设备工作状态的功能 · I/O 接口基本组成
设备选择电路、 命令寄存器和命令译码器、 数据缓冲寄存器、 设备状态标记触发器
5.13 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。
· 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地址编号，中断入口地址是中断服务程序的首地址。 · 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。 ( 两种方法：
在向量地址所指单元内放一条 JUM指令；主存中设向量地址表。
5.20 比较単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。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处理过程中，不能再响应其他中断源的请求。
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多重中断：开中断指令设置在“保护现场”之后，意味着保护现场之后，若有更高级别的中断请求， 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，这是单重中断和多重中断的主
要区别。
5.25 根据以下要求设计一个产生 3 个设备向量地址的电路。
(1) (2)
3 个设备的优先级 A→ B→ C降序排列。
A 、B、C的向量地址分别为 110100、010100、000110。
(3) 排队器采用链式排队电路。
(4) 当 CPU发来中断响应信号 INTA 时，可将向量地址取至 CPU。
5.27 DMA 方式有何特点？什么样的 I/O 设备与主机交换信息时采用 DMA方式，
举例说明。
由于主存和 DMA接口之间有一条数据通路，因此主存和设备交换信息是，不通过 CPU，也不需要 CPU暂停现行程序为设备服务，省去了保护和恢复现场，因此工作速度比程序中断方式的高。 通常 DMA与主存交换数据是采用如下三种方法： （1）停止 CPU访问主存 （2）周期挪用（周期窃取） （3） DMA与 CPU交替访问
5.30 在 DMA的工作方式中， CPU暂停方式和周期挪用方式的数据传送流程有何
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不同，画图说明。
由于主存和 DMA接口之间有一条数据通路，因此主存和设备交换信息是，不通过 CPU，也不需要 CPU暂停现行程序为设备服务，省去了保护和恢复现场，因此工作速度比程序中断方式的高。 通常 DMA与主存交换数据是采用如下三种方法： （1）停止 CPU访问主存 5.31 2）周期挪用（周期窃取） 3）DMA与 CPU交替访问
解：两种 DMA方式的工作流程见下页，其主要区别在于传送阶段，
现行程序是否完全停止访存。
停止 CPU访存方式的 DMA工作流程如下：
现行程序 CPU DMAC I/O
CPU DMAC I/O
B C
D
周期窃取方式的 DMA工作流程如下： 现行程序 CPU
DMAC
I/O CPU DMAC
I/O
B C
D
假设某设备向 CPU传送信息的最高频率是 40000 次/ 秒，而相应的中断处理程序执行时间为 40μs，试问该设备是否可用程序中断方式与主机交换信 息，为什么 ?
解：根据题意，该设备每隔 1/40K = 25 μ s 向 CPU传送一次信息，如果
采
用程序中断执行方式，需 40μs(>25 μs) 才能处理一次数据，从而造成数 据丢失，所以不能用程序中断方式与主机交换信息。
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（（
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5.32 设磁盘存储器转速为 个扇区，每扇区存储 1KB，主存与
3000 转/ 分，分 8
磁盘存储器数据传送的宽度为 16 位（即每次传送 16 位）。假设一条指令
最
长执行时间是 25μ s，是否可采用一条指令执行结束时响应 DMA请求的方 案，为什么？若不行，应采取什么方案？ 解：磁盘传送速度
道容量 = 1KB * 8/16 = 1K * 8 * 8/16 = 1K * 4 = 4K 数传率 = 1KB * 3000 转 / 分 = 4KB * 50 转 / 秒一个字符传送时间
= 1/2000K 字/ 秒 = 5 μs
5μs <<25μs，所以不能采用一条指令执行结束响应 DMA请求方案，应采用每个 CPU机器周期末查询及响应 DMA请求方案（通常安排
CPU机器周期 = MM 存取周期）
5.35 从 5 个方面比较程序中断方式和 DMA方式的区别。
（1） 程序中断方式的数据传送主要依赖软件， DMA主要依赖硬件。 （2） 程序中断传送数据的基本单位为字或字节， DMA为数据块。 （3） 程序中断方式时， CPU与 I/O 设备并行工作，现行程序与 I/O
传送串行进行； DMA方式时， CPU与 I/O 设备并行工作，现行
程序与 I/O 传送并行进行。
（4） 程序中断方式由于软件额外开销时间比较大， 因此传输速度最慢；方式基本由硬件实现传送，因此速度最快；
（5） 程序中断方式适用于中、低速设备的 I/O 交换； DMA方式适用
于高速设备的 I/O 交换；
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DMA