计算机组成原理(复习) (7)

(3)DMA方式。其特点是主机与I/O并行工作,主存和I/O之间有一条直接数据通路。CPU启动I/O后,不必查询I/O是否准备好,当I/O准备就绪后,发出DMA请求,此时CPU不参与I/O和主存间的信息交换,只是把外部总线(地址线、数据线以及有关的控制线)的使用权暂时赋予DMA,仍然可以完成自身内部的操作(如加法、位移等),故不必中断现行程序,只需暂停一个存取周期访存(即周期挪用),CPU的效率高,(特点为:CPU与设备并行工作,传送与主程序并行工作)

(4)通道方式。通道是一个具有特殊功能的处理器,CPU把部分权力下放给通道,由它实现对外围设备的统一管理和外围设备与主存之间的数据交换,大大提高了CPU的效率,但它是以花费更多的硬件为代价。

(5)I/O处理机方式。它是通道方式的进一步发展,CPU将I/O操作及外围设备的管理权全部交给I/O处理机,其实质是多机系统,因而效率有更大提高

\10. 什么是I/O接口,与端口有何区别?为什么要设置I/O接口?I/O接口如何分类?

解:I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件,而端口是指I/O接口内CPU能够访问的寄存器,端口加上相应的控制逻辑即构成I/O接口。

I/O接口分类方法很多,主要有:

(1)按数据传送方式分有并行接口和串行接口两种;

(2)按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。

\12. 结合程序查询方式的接口电路,说明其工作过程。

解:程序查询接口工作过程如下(以输入为例):

1)CPU发I/O地址设备开始工作;地址总线®接口®设备选择器译码®选中®发SEL信号; 2)CPU发启动命令 DBR®开命令接收门; ® D置0,B置1 ® 接口向设备发启动命令;3)CPU等待,输入设备读出数据;4)外设工作完成,B置0,D置1;5)准备就绪信号®接口®完成信号®控制总线® CPU;6)输入:CPU通过输入指令(IN)将DBR中的数据取走。

若为输出,除数据传送方向相反以外,其他操作与输入类似。工作过程如下:

开命令接收门;®选中,发SEL信号®设备选择器译码®接口®地址总线®1)CPU发I/O地址 2)输出: CPU通过输出指令(OUT)将数据放入接口DBR中;设备开始工作;®接口向设备发启动命令® D置0,B置1 ® 3)CPU发启动命令 4)CPU等待,输出设备将数据从 DBR取走; B置0,D置1;®接口® 5)外设工作完成,完成信号 CPU,CPU可通过指令再次向接口DBR输出数据,进行第二次传送。®控制总线®6)准备就绪信号。

\13. 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。

解: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首址。

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JMP指令;主存中设向量地址表。参考8.4.3)

\16. 在什么条件和什么时间,CPU可以响应I/O的中断请求?

解:CPU响应I/O中断请求的条件和时间是:当中断允许状态为1(EINT=1),且至少有一个中断请求被查到,则在一条指令执行完时,响应中断。

\28. CPU对DMA请求和中断请求的响应时间是否一样?为什么?

解: CPU对DMA请求和中断请求的响应时间不一样,因为两种方式的交换速度相差很大,因此CPU必须以更短的时间间隔查询并响应DMA请求。响应中断请求是在每条指令执行周期结束的时刻,而响应DMA请求是在存取周期结束的时刻。

中断方式是程序切换,而程序又是由指令组成,所以必须在一条指令执行完毕才能响应中断请求,而且CPU只有在每条指令执行周期结束的时刻才发出查询信号,以获取中断请求信号,若此时条件满足,便能响应中断请求。

DMA请求是由DMA接口根据设备的工作状态向CPU申请占用总线,此时只要总线未被CPU占用,即可立即响应DMA请求;若总线正被CPU占用,则必须等待该存取周期结束时,CPU才交出总线的使用权。

\31. 假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40 000次/秒,而相应的中断处理程序其执行时间为40ms,试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息,为什么?

解:该设备向CPU传送信息的时间间隔 =1/40000=0.025×10-3=25 m s < 40ms

则:该外设不能用程序中断方式与主机交换信息,因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。

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