计算机组成原理第五章部分课后题答案(唐朔飞版)

5.1I/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。5.3I/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。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)3个设备的优先级A→B→C降序排列。(2)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。5.27DMA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（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CPUDMACI/OCPUDMACI/OBCD周期窃取方式的DMA工作流程如下：现行程序CPUDMACI/OCPUDMACI/OBCD5.31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=25μs向CPU传送一次信息，如果采用程序中断执行方式，需40μs(25μs)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。5.32设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1KB，主存与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25μs，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=5μs5μs25μs，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；DMA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；