计算机组成与系统结构第九章答案.pdf

• 240 •第九章 输入/输出系统 2. 简单回答下列问题 （参考答案略）（参考答案略） （1）什么是接口？其基本功能有哪些？按数据传送方式分有哪两种接口类型？ （2）串行接口和并行接口的特点各是什么？ （3）CPU 如何进行设备的寻址？I/O 端口的编址方式有哪两种？各有何特点？ （4）什么是程序查询 I/O 方式？说明其工作原理 （5）什么是中断 I/O 方式？说明其工作原理 （6）什么叫向量中断？说明在向量中断方式下形成中断向量的基本方法 （7）对于向量中断，为什么 I/O 模块把中断向量放在总线数据线上而不是放在地址线上？ （8）在多周期处理器中并不是每个时钟周期后都允许响应中断为什么？如果在一条指令执行过程中，CPU 为了响应中断而停止操作，会产生什么问题？ （9）什么是可屏蔽中断？什么是非屏蔽中断？ （10）为什么在保护现场和恢复现场的过程中，CPU 必须关中断？ （11）DMA 方式能够提高成批数据交换效率的主要原因何在？ （12）CPU 响应 DMA 请求和响应中断请求有什么区别？为什么通常使 DMA 请求具有高于中断请求的优先权？ （13）在 DMA 接口中，什么时候给出“DMA 请求” （或“总线请求” ）信号？什么时候给出“中断请求”信号？CPU 在什么时候响应 DMA 请求？在什么时候响应中断请求？ 3. 假设某计算机带有 20 个终端同时工作，在运行用户程序的同时，能接受来自任意一个终端输入的字符信息，并将字符回送显示（或打印） 。

每一个终端的键盘输入部分有一个数码缓冲寄存器 RDBRi(i=1～20)，当在键盘上按下某一个键时，相应的字符代码即进入 RDBRi，并使它的“完成”状态标志 Donei (i=1～20)置 1，要等处理器把该字符代码取走后， Donei标志才置 0每个终端显示（或打印）输出部分也有一个数码缓冲寄存器 TDBRi(i=1～20)，并有一个 Readyi (i=1～20)状态标志，该状态标志为 1 时，表示相应的 TDBRi 是空着的，准备接收新的输出字符代码，当 TDBRi 接收了一个字符代码后， Readyi 标志才置 0，并送到终端显示（或打印） ，为了接收终端的输入信息，处理器为每个终端设计了一个指针 PTRi (i=1～20)指向为该终端保留的主存输入缓冲区 处理器采用下列两种方案输入键盘代码，同时回送显示（或打印） ① 每隔一固定时间 T 转入一个状态检查程序 DEVCHC，顺序地检查全部终端是否有任何键盘信息要输入，如果有，则顺序完成之 ② 允许任何有键盘信息输入的终端向处理器发出中断请求全部终端采用共同的向量地址，利用它使处理器在响应中断后，转入一个中断服务程序 DEVINT，由后者询问各终端状态标志，并为最先遇到的请求中断的终端服务，然后转向用户程序。

要求画出 DEVCHC 和 DEVINT 两个程序的流程图 参考答案（参见课程网站中第八章的例题 10） 参考答案（参见课程网站中第八章的例题 10） • 241 •4. 若某计算机有 5 级中断，中断响应优先级为 1>2>3>4>5，而中断处理优先级为 1>4>5>2>3要求： ① 设计各级中断处理程序的中断屏蔽位(令 1 为屏蔽，0 为开放)； ② 若在运行主程序时，同时出现第 4、2 级中断请求，而在处理第 2 级中断过程中，又同时出现 1、5、3 级中断请求，试画出此程序运行过程示意图 参考答案：参考答案： 上述第上述第 5 级中断的屏蔽字是错误的级中断的屏蔽字是错误的 5. 设有一磁盘面共有磁道 200 道， 盘面总存储容量为 1.6 兆字节， 磁盘旋转一周时间 25ms, 每道有 4 个区，每两个区之间有一个间隙，磁头通过每个间隙需 1.25ms问：该磁盘通道所需最大数据传输率是多少（字节/秒）？假如有人为上述磁盘机设计了一个与计算机之间的接口，如下图所示，磁盘读出串行送入一个移位寄存器，每当移满 16 位后向处理器发出一个请求交换数据的信号处理器响应请求交换的信号。

并取走寄存器的内容后，磁盘机读出再串行送入下一个 16 位的字，如此继续工作，如果现在已知处理器在接到请求交换的信• 242 •号以后，最长响应时间是 3 微妙，这样的接口设计能否正确工作？应如何改进？ 区 1区 2区 3 区 4 磁盘读入 16 位移位寄存器 参考答案：参考答案： 每个磁道的存储容量：每个磁道的存储容量：1.6 x 106/200=8000B 区容量：区容量：1.6x106/(4 x 200)=2000B 区时间：区时间： (25-1.25 x 4)/4 ms=5ms 最大数据传输率：最大数据传输率：2000B/5ms= 4 x 105字节字节/秒秒 因此，传送因此，传送 1 位的时间为：位的时间为：106 /8 x 4 x 105 =0.31 微妙微妙3 微妙微妙 所以可以增加一个所以可以增加一个 16 位数据缓冲器当位数据缓冲器当 16 位移位寄存器装满后，送入数据缓冲寄存器，在读出下一个位移位寄存器装满后，送入数据缓冲寄存器，在读出下一个 16 位数据期间（位数据期间（5 微秒） ，上次读出的微秒） ，上次读出的 16 位数据从数缓器中被取走（位数据从数缓器中被取走（3 微秒） 。

微秒） 6. 假定某计算机字长 16 位，主存周期为 500 毫微秒，运算器一次定点加法时间等于 250 毫微秒，配置的磁盘旋转速度为每分钟 3000 转，盘组数据面的每一磁道存两个数据块，每一块8000 字符，同一磁道两个数据块之间相隔间隙的越过时间为 2 毫秒问: (1)磁盘机在一个磁道上读出的最大字符率是多少？(2) 当磁盘机按最大字符率与主机交换数据时，主存频带空闲百分比是多少？（3）设有一条直接寻址的“存储器-存储器”SS 型加法指令，在无 I/O操作打扰时的执行时间等于多少？当磁盘 I/O 操作与一连串这种 SS 型加法指令同时进行时，问加法指令执行时间平均是多少？（假定采用多周期处理器方式，CPU 时钟周期等于主存存储周期） 参考答案：参考答案： (1) 转一圈的时间为：转一圈的时间为：60x1000/3000=20ms 区间隙时间为：区间隙时间为：(20-2x2)/2=8ms 最大字符传输率为：最大字符传输率为：8000/8=1000 字符字符/毫秒毫秒 (2) 当一个字符为当一个字符为 16 位时，则每个字符产生一次位时，则每个字符产生一次 DMA 请求，故每隔请求，故每隔 106/1000=1000ns 产生一次产生一次 DMA 请求； 即每请求； 即每 2 个存储周期中被个存储周期中被 DMA 挪用挪用 1 次， 故主存频带空闲比是次， 故主存频带空闲比是 50%。

当一个字符为当一个字符为 8 位时， 则每位时， 则每 2 个字符产生一个个字符产生一个 DMA 请求， 故每隔请求， 故每隔 2000ns 产生一个产生一个 DMA请求，即每请求，即每 4 个存储周期中有一次被个存储周期中有一次被 DMA 挪用，故主存频带空闲比是挪用，故主存频带空闲比是 75% 50% 主存周期主存周期 • 243 •(3) 无无 I/O 打扰时，执行一条直接寻址的打扰时，执行一条直接寻址的 SS 型加法指令的时间为：型加法指令的时间为： 取指取指 500ns+取源取源 500ns+取目取目 500ns+执行执行 500ns+存结果存结果 500 =2.5 µs 当磁盘当磁盘 I/O 操作与一连串这种操作与一连串这种 SS 型加法指令同时进行时， 则可能因为型加法指令同时进行时， 则可能因为 DMA 访存冲突而使指令的执行时间被延长访存冲突而使指令的执行时间被延长 假定一个字符为假定一个字符为 16 位， 则每隔位， 则每隔 1000ns 产生一个产生一个 DMA 请求， 要求访问主存， 同时请求， 要求访问主存， 同时 CPU执行指令也要求访问主存，此时，存储周期的占用情况如下：执行指令也要求访问主存，此时，存储周期的占用情况如下： 由此可见，每个由此可见，每个 SS 型加法指令周期一共需要型加法指令周期一共需要 8 个存储周期的时间个存储周期的时间 500nsx8=4µs 假定一个字符为假定一个字符为 8 位，则每隔位，则每隔 2000ns 产生一个产生一个 DMA 请求，要求访问主存，同时请求，要求访问主存，同时 CPU执行指令也要求访问主存，此时，存储周期的占用情况如下：执行指令也要求访问主存，此时，存储周期的占用情况如下： 由此可见，最好的情况是在由此可见，最好的情况是在 SS 型加法指令执行过程中没有访存冲突，此时最快，需型加法指令执行过程中没有访存冲突，此时最快，需 5个存储周期的时间：个存储周期的时间：500nsx5=2.5µs;最坏的情况是有一次访存冲突，此时最慢，需最坏的情况是有一次访存冲突，此时最慢，需 6个存储周期的时间：个存储周期的时间：500nsx6=3µs。

8. 某终端通过 RS-232 串行通信接口与主机相连， 采用起止式异步通信方式， 若传输速率为 1200波特，采用两相调制技术传输数据为 8 位代码、无校验位、停止位为 1 位则传送一个字节所需时间约为多少？若传输速度为 2400 波特，停止位为 2 位，其他不变，则传输一个字节的时间为多少？ 参考答案参考答案: 采用两相调制技术，所以，波特率采用两相调制技术，所以，波特率=比特率比特率 (a) 1200 波特时，一个字符共占：波特时，一个字符共占：1+8+1=10 位位 所以一个字符所需时间约为：所以一个字符所需时间约为：10x(1/1200)=8.3 毫秒毫秒 (b) 2400 波特时，一个字符共占：波特时，一个字符共占：1+8+2=11 位位 所以一个字符所需时间约为：所以一个字符所需时间约为：11x(1/2400)=4.6 毫秒毫秒 75% 主存周期 主存周期 。