计算机组成原理5 第五章 输入输出系统(2)
《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记
《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1，计算机系统的软硬件概念1）硬件：计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
2）软件：由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应⽤软件。
①系统软件⼜称为系统程序，主要⽤来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理的调度，⾼效运⾏。
它包括：标准程序库、语⾔处理程序（编译程序）、操作系统、、服务程序（如诊断、调试、连接程序）、数据库管理系统、⽹络软件等。
②应⽤软件⼜称应⽤程序，它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。
2、计算机系统的层次结构：1）硬联逻辑级：第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。
2）微程序级：第⼀级是微程序级。
这级的机器语⾔是微指令集，程序员⽤微指令编写的微程序，⼀般是直接由硬件执⾏的。
3）传统机器级：第⼆级是传统机器级，这级的机器语⾔是该机的指令集，程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。
操作4）系统级：第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。
5）汇编语⾔级：第四级是汇编语⾔级，这级的机器语⾔是汇编语⾔，完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。
6）⾼级语⾔级：第五级是⾼级语⾔级，这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔，通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。
7）应⽤语⾔级：第六级是应⽤语⾔级，这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的，因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。
把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作⽤。
3、计算机组成和计算机体系结构1）计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。
教案-计算机组成原理(DOC)
计算机组成原理教案（数字媒体专业）第一章计算机系统概论内容简介：计算机系统的层次结构，冯·诺伊曼计算机的硬件结构和主要功能，计算机的工作步骤以及计算机的主要技术指标。
教学目标：了解计算机系统的层次结构；了解冯·诺伊曼计算机的特点及硬件构成；理解计算机的工作步骤，了解计算机的主要技术指标的含义及其对计算机的影响。
教学重点和难点：虚拟机的概念；计算机的硬件构成；计算机的工作步骤。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机系统简介1．计算机的软硬件概念（1）硬件（2）软件（3）软硬件的关系2．计算机系统的层次结构（1）虚拟机的概念（2）各层虚拟机及与真实机器的层次关系3．计算机的基本组成（1）冯·诺伊曼计算机的特点（2）计算机硬件结构，总线的构成。
讨论、分析直连结构的问题，提出总线思想，并简单介绍总线结构。
（3）计算机的工作步骤提出计算机解决问题的基本步骤计算机基本构成部件的介绍（运算器、存储器、控制器）以计算ax2+bx+c为例分析计算机工作的过程4．计算机的主要技术指标（1）机器字长计算机同时处理的二进制位机器字长与数据总线宽度、存储字长的关系（2）存储容量存储容量的单位主存容量辅存容量（3）运算速度几种计算运算速度的方法并对它们进行比较运算速度的表示单位第二章计算机的发展及应用内容简介：计算机的发展史；计算机的应用领域；计算机的发展展望。
教学目标：了解计算机的产生和发展以及发展思路；了解计算机的应用领域；了解计算机的发展趋势。
教学重点和难点：计算机的应用领域。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机的发展史1．计算机的产生和发展现代计算机的研究工作第一台电子计算机的产生计算机的发展阶段计算机的发展规律计算机的发展趋势2．微型计算机的出现和发展微型计算机的发展阶段微型计算机的发展带来的工作、学习、生活方式的变化3．软件技术的兴起和发展软硬件的融合，简介嵌入式发展方向二、计算机的应用1．科学计算和数据处理通过ENIAC进行计算的一个案例，直观体会计算机的计算能力2．工业控制和实时控制3．网络技术应用4．虚拟现实介绍虚拟现实技术的一些应用5．办公自动化和管理信息系统6．多媒体技术7．人工智能三、计算机发展的展望第三章系统总线内容简介：总线的概念；总线的分类；总线的特性和性能指标；总线结构；总线控制。
计算机组成原理选择题1
【章节】第一章计算机系统概述1．运算器的核心部件是。
A．数据总线 B．数据选择器 C．累加寄存器 D．算术逻辑运算部件答案：D2．存储器主要用来。
A．存放程序 B．存放数据 C．存放微程序 D．存放程序和数据答案：D3．对计算机软、硬件资源进行管理，是的功能。
A．操作系统 B．数据库管理系统 C．语言处理程序 D．用户程序答案：C4．电子计算机的算术/逻辑单元、控制单元及主存储器合称为______。
A．CPU B．ALU C．主机 D．UP 答案：C5．输入、输出装置以及外接的辅助存储器称为______。
A．操作系统 B．存储器C．主机 D．外围设备答案：D6．下列______属于应用软件。
A．操作系统 B．编译程序C．连接程序 D．文本处理答案：D7．冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是______。
A．多指令流单数据流；B．按地址访问并顺序执行指令；C．堆栈操作；D．存储器按内容选择地址。
答案：B8．计算机硬件能直接执行的只能是。
A．符号语言 B．机器语言 C．汇编语言 D．机器语言和汇编语言答案：B 9．由0、1代码组成的语言称为______。
A．汇编语言 B．人工语言 C．机器语言 D．高级语言答案：C10．计算机的算术逻辑单元和控制单元称为______。
A．ALU B．UP C．CPU D．CAD 答案：C11．计算机操作的最小单位时间是______。
A．时钟周期；B．指令周期；C．CPU周期；D．中断周期。
答案：A12．存储字长是指______。
A．存放在一个存储单元中的二进制代码组合；B．存放在一个存储单元中的二进制代码位数；C．存储单元的个数；D．机器指令的位数。
答案：B13．存储单元是指______ 。
A．存放一个字节的所有存储元集合；B．存放一个存储字的所有存储元集合；C．存放一个二进制信息位的存储元集合；D．存放一条指令的存储元集合。
答案：B 14．32位的个人计算机，一个字节由______位组成。
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器（CPU）2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器（CPU）CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问（DMA）总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析，让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训，培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作，提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《计算机组成原理》2. 课件：PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备：计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源：相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法（30%）3. 期末考试：综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用（40%）六、教学安排1. 课时：共计48课时，每课时45分钟。
第一章：8课时第二章：6课时第三章：10课时第四章：10课时第五章：4课时第六章：6课时第七章：6课时第八章：4课时第九章：4课时第十章：4课时2. 教学方式：讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点：存储器的工作原理中央处理器（CPU）的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周：计算机硬件系统概述2. 第二周：数据的表示和运算3. 第三周：存储器层次结构4. 第四周：中央处理器（CPU）5. 第五周：输入输出系统6. 第六周：综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验：实验一：计算机硬件组成认识实验二：数据表示与运算实验三：存储器测试实验四：CPU性能测试实验五：输入输出系统实验2. 课堂讨论：讨论话题：计算机硬件技术的未来发展讨论形式：小组合作、课堂分享1. 课程结束后，对教学效果进行自我评估和反思。
计算机组成原理考试大纲
《计算机组成原理》考试大纲第一章概论一、知识要点冯.诺依曼体制;信息的数字化表示方法；存储程序工作方式；计算机系统的层次结构；计算机的主要特点；计算机的主要性能指标。
二、要求1、理解和掌握计算机的基本组成及各部分功能。
2、理解和掌握冯.诺依曼体制的要点和核心。
3、理解信息的数字化表示方法。
4、理解和掌握存储程序工作方式的过程。
5、理解计算机的主要特点。
6、理解和掌握计算机的主要性能指标。
7、理解计算机系统的层次结构。
第二章计算机中的信息表示一、知识要点进位计数制概念，二进制、八进制、十进制、十六进制之间的转换；机器数概念，原码、补码、真值之间的转换；定点数与浮点数的表示范围；字符编码与汉字编码；指令的基本形态、操作码表示与扩展、地址结构的简化；常见寻址方式的含义、特点与应用；各类指令的特点和设置方法。
二、要求1、理解进位计数制的基数r和权值ir的概念，能实现各进位制间的相互转换。
2、理解机器数的概念，知道原码、补码表示方法及表示范围；掌握原码、补码、真值之间的转换方法。
3、知道定点数和浮点数的表示方法、典型值和表示范围。
4、理解指令中应给出哪些基本信息，知道指令按地址结划分有哪些类指令格式，知道简化地址结构的途径，知道计算机指令中操作码怎么表示。
5、理解常见寻址方式的含义（包括立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、间接寻址、寄存器间址及其变型、变址寻址、相对寻址），给出地址或数据信息能寻址找出操作数。
6、掌握堆栈的定义、用途、基本组成及各部分的作用。
7、理解RISC和C ISC指令的基本特点。
8、理解指令分类方法，按功能划分有哪几类指令及其设置方法，掌握I/O设备的编址方式。
第三章CP U子系统一、知识要点CP U各组成部分的基本功能；同步控制方式和异步控制方式的基本概念；补码加减运算方法；溢出判断方法；原码一位乘法和补码一位乘法的运算规则；浮点加减运算流程；模型机指令类型和寻址方式；模型机数据通路结构；组合逻辑控制的基本思想；模型机组合逻辑控制器的三级时序系统和各类指令流程与操作时间表，微程序控制的基本思想；微指令的编码方法和微地址形成方式。
1-3-4-5计算机组成原理课后习题答案
第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令，高级语言是面向用户的语言，它是一种接近于数学的语言，直观，通用，与具体机器无关。
4、答：计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等等，大都属于抽象的属性。
5、答：特点是：(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置(5) 指令在存储器内按顺序存放。
通常，指令是顺序执行的，在特定情况下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序(6) 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器。
计算机组成原理第5章部分习题参考答案
第五章部分习题参考答案【5-10】一个1K * 8的存储芯片需要多少根地址线，数据输入输出线？解：n = log1024 = 10 根。
由于一次可读写8位数据，所以需要8根数据输入输出线。
2【5-11】某计算机字长32位，存储容量64KB，按字编址的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况？解：因为字长32位，所以64KB = 16KW，要表示16K个存储单元，需要14根地址线。
所以按字编址的寻址范围是0000H ～ 3FFFH 。
若按字节编址，假设采用PC机常用的小端方案，则主存示意图如下：【5-13】现有1024×1的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。
试求：(1)实现该存储器所需芯片数量(2)若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量是4K×8，该存储器所需的地址线的总位数是多少？其中几位用于选板？几位用于选片？几位用作片内地址？解：(1)需要16组来构成16K，共需芯片16×8 = 128片(2)需要的地址线总位数是14位。
因为共需4块板，所以2位用来选板，板内地址12位，片内地址10位。
1每块板的结构如下图24块板共同组成16K×8存储器的结构图【5-15】某半导体存储器容量16K×8，可选SRAM芯片的容量为4K ×4；地址总线A15～A0(A0为最低位)，双向数据总线D7～D0，由R/W线控制读写。
设计并画出该存储器的逻辑图，并注明地址分配、片选逻辑和片选信号的极性。
解：注：采用全译码方式方案片内地片A0A1A3A2A8A9A7A6A5A4A12A15A14A13A11A1000000000000000004K111111100001111100001000000000004K10001111111111114K00000000100000001 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 4K11111111111111时分别选定，11，为A1200，0110，，恒为，由以上真值表可知，采用全译码方式，A15A140A13 RAM芯片。
计算机组成原理习题库完整
计算机组成原理习题库第一章计算机系统概论1.选择题1、电子计算机问世至今，新型机器不断推出新，不管怎么更新，依然具有“存储程序”的特点，最早提出这种概念的是B。
A.巴贝奇（Charles Babage）B.·诺依曼（von Neumann）C.帕斯卡（Blaise Pascal）D.贝尔（Bell）2、下了描述中B是正确的。
A.控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果B.一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算术逻辑运算五个部分C.所有的数据计算都在CPU的控制器完成D.以上答案都正确3、电子计算机的运算/逻辑单元、控制、单元及主要存储器合称为C。
A.CPUB.ALUC.主机D.UP4、计算机系统中的存储系统是指D。
A.RAM存储器B.ROM存储器C.主存D.主存和辅存5、·诺依曼机工作方式的基本特点是B。
A.多指令流单数据流B.按地址访问并顺序执行指令C.堆栈操作D.存储前容选择地址6、由0、1代码组成的语言，称为C。
A.汇编语言B.人工语言C.机器语言D.高级语言7、下列语句中C是正确的。
A.1KB=1 024×1 024 BB. 1KB=1 024 BC.1MB=1 024×1 024 BD. 1MB=1 024 B8、一片1MB的磁盘能存储D的数据。
A.106字节B. 10-6字节C. 109字节D. 220字节二、填空题1、计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
其中运算器、控制器和存储器组成主机，运算器和控制器可统称为CPU。
简答：1.简述．诺依曼计算机的特点2.按照．诺依曼原理，现代计算机应具备哪些功能？答：按照．诺依曼原理，现代计算机应具备以下5个功能：⑴输入输出功能：能把原始数据和解题步骤及中间结果接收下来（输入），把计算结果与计算过程中出现的情况告诉（输出）给用户。
⑵记忆功能：应能“记住”原始数据、解题步骤及中间结果。
计算机组成原理目录
计算机组成原理目录目录如下：第1篇概论第1章计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度1.4 本书结构思考题与习题第2章计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望思考题与习题第2篇计算机系统的硬件结构第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制思考题与习题第4章存储器4.1 概述4.1.2 存储器的层次结构4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器思考题与习题附录4A 相联存储器第5章输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/O设备与主机的联系方式5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/O设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/O设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/O接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/O中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/O中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型思考题与习题附录5A ASCⅡ码附录5B BCD码附录5C 奇偶校检码第3篇中央处理器第6章计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE754标准6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU电路6.5.2 快速进位链思考题与习题附录6A 各种进位制6A.1 各种进位制的对应关系6A.2 各种进位制的转换附录6B 阵列乘法器和阵列除法器附录6C 74181逻辑电路第7章指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC技术7.5.1 RISC的产生和发展7.5.2 RISC的主要特征7.5.3 RISC和CISC的比较思考题与习题第8章 CPU的结构和功能8.1 CPU的结构8.1.1 CPU的功能8.1.2 CPU结构框图8.1.3 CPU的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术思考题与习题第4篇控制单元第9章控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析思考题与习题第10章控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例思考题与习题附录10A PC整机介绍10A.1 主板10A.1.1 主板的主要组成部件10A.1.2 CPU芯片及插座(插槽)10A.1.3 内存条插槽10A.1.4 扩展插10A.1.5 配套芯片和器件10A.1.6 主板结构的改进10A.2 芯片组10A.2.1 芯片组的功能10A.2.2 芯片组的组成《计算机组成原理》是2008年1月1日高等教育出版社出版的图书，作者是唐朔飞。
计算机组成原理之习题课2.
22．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：一位起始位、七位数据位、一位检验位、 一位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该I/O设备 的数据传送速率应为____bps(位／秒)。 A．1200 B．4800 C．9600 答案：B 23．以串行接口对ASCII码进行传送，带一位奇校验位和两位停 止位，当波特率为9600波特时，字符传送率为____字符/秒 A．960 B． 1371 C. 480 答案：A 25．I/O与主机交换信息的方式中，中断方式的特点是____。 A．CPU与设备串行工作，传送与主程序串行工作 B．CPU与设备并行工作，传送与主程序串行工作 C．CPU与设备并行工作，传送与主程序并行工作 答案：B
可以按每个存取周期结束响应DM A请求的方案（本来就 是如此）
10. 一个DMA接口可采用周期窃取方式把字符传送到存储器，它支 持的最大批量为400个字节。若存取周期为0.2s，每处理一次中断需 5s ，现有的字符设备的传输率为9600 bps。假设字符之间的传输是 无间隙的，试问DMA方式每秒因数据传输占用处理器多少时间，如 果完全采用中断方式，又需占处理器多少时间? (忽略预处理所需的 时间)。
若采用中断方式，每秒因数据传输占用处理器的时间是 5 s ×1200 ＝ 6000 s
Hale Waihona Puke 2. 设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1KB， 主存与磁盘存储器传送的宽度为16b。假设一条指令最长执行时 间是25s，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： 磁盘的转速为 3000／60＝50 r／s 则磁盘每秒可传送 1KB× 8 × 50＝400KB 信息 若采用DMA方式，每秒需有： (400 KB／2B) = 200K 次DMA请求，即： ( 1／200K ) = 5 s 有一次DMA请求。 故，不能采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案。
计算机组成原理复习
WE
A1
A0
•••
A9
1
CS1
第4章 存储器
*
字扩展（增加存储字的数量）
存储器与 CPU 的连接
MDR
MAR
CPU
主 存
读
数据总线
地址总线
写
第4章 存储器
*
主存和 CPU 的联系
存储器与 CPU 的连接
地址线的连接 数据线的连接 读/写线的连接 片选线的连接 合理选用芯片 其他 时序、负载
总线控制
主要包括两部件：判优控制
01
主设备(模块)：对总线有 控制权
02
从设备(模块)：响应从主设备发来的总线命令
03
总线判优控制 分布式 集中式 计数器定时查询 独立请求方式 链式查询 第3章 系统总线
*
总线控制
通信控制
目的解决通信双方协调配合问题 总线通信的四种方式
同步、异步结合
通信双方由 统一时标 控制数据传送 采用 应答方式 ，没有公共时钟标准
周期挪用
*
真值与机器数
第6章 计算机的运算方法
*
真值 X=-0.11111 机器数 原码 X=1.11111 补码 X=1.00001 反码 X=1.00000 移码 X=0.00001 转换
第4章 存储器
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…
…
…
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计算机组成原理--教学大纲
计算机组成原理教学大纲是计算机专业系统能力培养核心课程。
采用系统观、构造观和工程观的教学设计，研究冯诺依曼计算机各功能部件的工作原理与设计方法，指导大家进行系列组成原理实验，提升智能硬件设计及软/硬协同计算机系统编程能力！提升研究生入学组成原理备考能力。
课程概述“计算机组成原理”是一门理论性、工程性、技术性和实践性都很强的核心专业基础课程，在计算机学科系列课程中处于承上启下的作用。
课程教学目标是通过相关的教学活动，帮助学生理解计算机基本组成部件(包括运算器、控制器、存储器、输入/输出)的结构、工作原理、内部运行机制和设计方法。
加深学生对计算机软、硬件系统的整体化理解，建立硬件/软件协同的整机概念，并有效增强学生的计算机系统设计能力。
课程学习为研究生考试、后续课程（如系统结构，并行编程、嵌入式系统、接口技术）的学习，参加IT企业招聘等都奠定了坚实的基础。
本MOOC 课程具有如下特点：1.面向系统能力培养的教学设计结合课程特点与教学目标，创造性提出基于构造观、系统观、工程观的教学设计。
其中，构造观重在培养软/硬功能部件设计方法，提升部件级的设计能力；系统观强调硬件结构对软件执行正确性及性能的影响，提升学生软硬协同的系统分析与解决问题的能力；工程观训练考虑工程制约因素,选择恰当技术、优化工程的意识，提升系统实现能力。
2.精心设计实验内容结合教学团队多年系统能力培养实践教学经验，参考国际一流计算机专业相关课程的先进经验，引入了易学易用的免费开源虚拟仿真实验平台，本着理论实践一体化、实验目标系统化、课内课外协同化等原则，建立了逐层递进、立足计算机系统、设计型实验为主导的实践教学体系开发了系列原创的课程实验，引导学生从逻辑门电路开始逐步设计运算部件、存储器、数据通路和控制器、流水线冲突冒险机制直至完整的MIPS 流水CPU来深入理解计算机软硬件系统。
授课目标通过该课程的学习，使学生全面、系统地掌握冯·诺依曼结构计算机各组成部件的基本结构、工作原理、内部运行机制和基本设计方法；加深学生对计算机软、硬件系统的整体化理解，建立硬件/软件协同的整机概念，并有效增强学生的计算机硬件素养和软件协同的系统观，有效增强学生的计算机系统设计能力。
《计算机组成原理》第五章知识点
知识点1、输入输出系统的组成：I/O软件（I/O指令、通道指令）、I/O硬件2、I/O设备与主机的联系方式：I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式、I/O 设备与主机的连接方式(1)I/O设备编址方式：①统一编址：将I/O地址看做是存储器地址的一部分，用取数、存数指令②不统一编址：I/O地址和存储器地址是分开的，所有I/O设备的访问必须有专门的I/O指令(2)设备寻址可由I/O指令的设备码字段直接指出该设备的设备号。
通过接口电路中的设备选择电路，便可选中要交换信息的设备。
(3)传送方式：并行、串行(4)联络方式：①立即响应方式：用于一些工作速度十分缓慢的I/O设备②异步工作采用应答信号联络：用于I/O设备与主机工作速度不匹配时。
③同步工作采用同步时标联络：要求I/O设备与CPU工作的速度完全同步。
3、I/O设备与主机的连接方式(1)辐射式连接方式：要求每台I/O设备都有一套控制线路和一组信号线，因此所用器件和连线较多，对I/O设备的增删比较困难(2)总线连接方式：便于增删设备，被大多数现代计算机所采用4、I/O设备与主机信息传送的控制方式(1)程序查询方式：是由CPU通过程序不断查询I/O设为被是否已经做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。
要求I/O接口内设置一个能反映I/O设备是否准备就绪的状态标记，CPU通过对此标记的检测，可得知I/O设备的准备情况，从而终止了原程序的执行。
CPU反复查询的过程犹如就地“踏步”。
（串行）CPU工作效率不高。
(2)程序中断方式：CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已经准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU提出中断请求后才予以响应，大大提高了淳朴的工作效率。
CPU执行程序与I/O设备做好准备是同时进行的，CPU资源得到了充分的利用。
(3)DMA方式（直接存储器存取方式：主存与I/O设备之间有一条数据通路，交换信息是，无须调用中断服务程序。
计算机组成原理 唐朔飞 按知识点教材目录整理(含页码)
P7计算机的多级层次P8冯诺依曼计算机的特点、五大部件P10计算机的工作步骤P13主存储器、运算器、控制器、I/OP17计算机的硬件技术指标（机器字长、存储容量、运算速度）第二章计算机的发展及应用——见课本目录第三章系统总线P43总线的分类（片内总线、系统总线（三总线结构——数据地址控制）、通信总线）P45总线特性（机械特性、电气特性、功能特性、时间特性）P46总线性能指标（总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等其他指标）P47总线标准（ISA、EISA、VESA(VL-BUS)、PCI、AGP、RS-232C、USB）P52总线结构（单总线结构、多总线结构---示意图，如单总线、双总线、三总线结构）P57总线判优控制（集中式（链式查询、计数器定时查询、独立请求方式）+ 分布式）P59总线通信控制（总线周期四个阶段；四种方式：同步、异步、半同步、分离式通信）第四章存储器P68存储器分类（按存储介质、存取方式、在计算机中的作用分类，以及RAM、ROM）P70存储器的层次结构（缓存-主存层次、主存-辅存层次，以及P71虚拟存储系统）P72主存储器P73主存中存储单元地址的分配P73主存的技术指标（存储容量、存储速度、存储器带宽）P74半导体存储芯片（基本结构、译码驱动方式（线选法和重合法））P76随机存取存储器P76静态RAM（基本单元电路、芯片举例、读写时序）P80动态RAM（基本单元电路、芯片举例、读写时序）P86动态RAM的刷新（集中刷新、分散刷新、异步刷新）P87动态RAM和静态RAM的比较P88 只读存储器（MOS、TTL——掩模ROM、PROM、EPROM）P91 存储器与CPU的连接P91存储容量的扩展（位、字扩展）P93存储器与CPU的连接（P95例4.2、P97例4.3）P100汉明码（偶校验、奇校验）P103提高访存速度的措施（单体多字系统、多体并行系统）P107高性能存储芯片（SDRAM、RDRAM、带Cache的DRAM(CDRAM)）P109高速缓冲存储器（问题的提出、Cache工作原理）P111 Cache命中率、效率、平均访问时间计算（例4.7）P112 Cache的基本结构（Cache存储体、地址映射变换机构、Cache替换机构）P114 Cache的改进（单一缓存和二级缓存、统一缓存和分立缓存）P117 Cache——主存地址映射（直接映射、全相联映射、组相联映射+ 例题）P123替换策略（先进先出（FIFO）算法、近期最少使用（LRU）算法、随机法）P123辅助存储器（硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘存储器——见课本目录）P124硬盘容量计算（格式化、非格式化）P144循环冗余校验码（CRC码）P156概述（发展概况、组成、I/O设备与主机联系方式、与主机信息传送的控制方式）组成（I/O软件（I/O指令、通道指令）、I/O硬件）I/O设备与主机联系方式（I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式）与主机信息传送的控制方式（程序查询方式、程序中断方式、DMA方式）P166 I/O设备（输入设备、输出设备）输入设备（P168-171键盘、鼠标、触摸屏、光笔、画笔与图形板、图像输入设备）输出设备（P171显示设备、P177打印设备）P182其他I/O设备（终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备）P184多媒体技术P190程序查询方式、P194程序中断方式、P202 DMA方式——见课本目录第六章计算机的运算方法P220原码表示法、P221补码表示法、P224反码表示法、P225移码表示法P228数的定点表示（格式、范围）、P229浮点表示（形式、范围、规格化）、比较P234定点运算（移位、加、减、乘、除）P234移位运算、P237加减法、P243乘法（Booth）、P258除法（加减交替法）P269浮点四则运算（P269浮点加减运算、P274浮点乘除法运算、P280硬件配置）P280算术逻辑单元（ALU电路、快速进位链）第七章指令系统P300机器指令（指令格式、指令字长）、P304操作数类型及操作类型（数据存放方式）P310寻址方式P320指令格式举例、P326 RISC技术（P330主要特点、P333与CISC比较）第八章CPU的结构和功能P337 CPU的功能（取指令、分析指令、执行指令等）、CPU结构框图、CPU的寄存器P342指令周期（取指周期、间址周期、执行周期、中断周期；P344数据流）P345指令流水(概念、原理、P348影响流水线性能的因素)P353流水线性能(计算吞吐率、加速比、效率)P355多发技术(超标量、超流水线、超长指令字)、流水线结构P358中断系统(概述、P360中断请求标(INTR)记和中断判优逻辑(硬件排队、软件排队)P361中断服务程序入口地址的寻找(硬件向量法、软件查询法)P362中断响应(响应中断的条件、时间,中断隐指令)P364保护现场和恢复现场、P365中断屏蔽技术)第九章控制单元的功能P375微操作命令的分析(取指周期、间址周期、执行周期(非访存、访存、转移类指令)、中断周期)P379控制单元的功能P379控制单元的外特性(输入信号、输出信号)P380控制信号举例(不采用、采用CPU内部总线的方式)P386多级时序系统(机器周期、时钟周期(节拍、状态) 、多级时序系统)P387控制方式(同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式、人工控制方式)第十章控制单元的设计P396微操作的节拍安排、P407微指令的编码方式、P409微指令序列地址的形成、P411微指令格式(水平型、垂直型)、P413静态微程序设计和动态微程序设计、毫微程序设计。
计算机组成原理第五章(白中英版)PPT课件
CPU周期 : 又称机器周期（总线周期），CPU访问 内存所花的时间较长，因此用CPU从内存读取一条指 令字的所需的最短时间来定义
时钟周期 : 通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU 周期包含若干个时钟周期T
相互关系： 1个指令周期 = 若干个CPU周期 1个CPU周期 = 若20干21 T周期
2021
时序产生器 (3/4)
三、3级时序信号的关系 1、一台计算机机内的控制信号一般均由若干个周期
状态，若干个节拍电位及若干个时标脉冲这样3级 控制时序信号定时完成。 2、3级控制时序信号的宽度均成正整数倍同步关系。 周期状态之间，节拍电位之间，时标脉冲之间既 不容许有重叠交叉，又不容许有空白间隙，应该 是能一个接一个地准确连接，一个降落另一个升 起而准确切换的同步信号。
(2) 对指令进行译码，并产生相应的操作控制信号， 送往相应的部件，启动规定的动作；
(3) 指挥并控制CPU、内存与输入/输出（I/O）设 备之间数据流动的方向
• 运算器是数据加工处理部件，所进行的全部操作由 控制器发出的控制信号指挥
(1) (2)执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试
2021
CPU的基本模型
2021
5.1.1 CPU的功能
★ 指令控制
★ 操作控制 CPU产生每条指令所对应的操作信号，并把各种
操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令 的要求进行动作
★ 时间控制 对各种操作的实施时间进行定时
★ 数据加工 对数据进行算术运算和逻辑运算处理
2021
5.1.2 CPU的基本组成
• 控制器完成对整个计算机系统操作的协调与指挥。 (1) 控制机器从内存中取出一条指令，并指出下一条 指令在内存中的位置；
计算机组成原理第五章答案
10. 什么是I/O接口?它与端口有何区别？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； I/O端口一般指I/O接口中的各种寄存器。 I/O接口和I/O端口是两个不同的概念。一 个接口中往往包含若干个端口，因此接口地址 往往包含有若干个端口地址。
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： 1）CPU发I/O地址地址总线接口设备选择 器译码选中，发SEL信号开命令接收门； 2）输出： CPU通过输出指令（OUT）将数据放 入接口DBR中； 3）CPU发启动命令 D置0，B置1 接口向设 备发启动命令设备开始工作； 4）CPU等待，输出设备将数据从 DBR取走； 5）外设工作完成，完成信号接口 B置0，D 置 1； 6）准备就绪信号控制总线 CPU，CPU可通 过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。
2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用 哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？ 答： CPU与I/O之间传递信息常采用三种联 络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为： 直接控制适用于结构极简单、速度极慢的 I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须 联络信号。 同步方式采用统一的时标进行联络，适用于 CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适用于 CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
启动
I/O准备 就绪
DMA请求
数据传送： 响应， 让出一个 MM周期
现行程序
准备下 个数据
现行程序 A
DMA请求 总线请求
就绪
D
B
CPU
DMAC
C
I/O
第五章 计算机组成原理输入输出分析PPT课件
二、接口的功能和组成
1. 总线连接方式的 I/O 接口电路
数
(1) 设备选择线
据 线
(2) 数据线
(3) 命令线
(4) 状态线
I/O 接口 设备
I/O 接口 设备
I/O总线 状 命设 态 令备 线 线选
择 线
数据线
地址线 CPU
命令线
状态线
I/O接口
数据缓冲 寄存器DBR
设备状态 标记
2. DMA 与主存交换数据的三种方式
(1) 停止 CPU 访问主存
外设要求传送一批数据时，由DMA接口向CPU发一个停止 信号，要求CPU放弃总线使用权，DMA接口获得总线控制权 后，开始数据传输。数据传送结束，将总线控制权交回给 CPU.
主存工作时间
t
CPU控制 并使用主存
CPU不执行程序
DMA控制 并使用主存
MASK = 1 被屏蔽
D 完成触发器
2. 排队器 排队 硬件 在 CPU 内或在接口电路中（链式排队器）
软件 通过软件查询顺序来实现
设备 1#、2#、3#、4# 优先级按 降序排列
1
0
0
INTP1 1
INTP2 1
INTP3 1
0
INTP4 1
& INTP1´ 1
1
&
INTR1
INTP2´ 0
所有指令执行过程中的一个基准时间
主存工作时间
t
DMA控制 并使用主存
设备工作 结束
输入数据
四、I/O 中断处理过程
1. CPU 响应中断的条件和时间
(1) 条件 CPU 允许中断触发器 EINT = 1
计算机组成原理 第5章 输入输出系统
比如：图5.15
15
键开关与键盘类型（续）
非编码键盘是用较为简单的硬件和 专门的键盘扫描程序来识别按键的位置， 即当按某键以后并不给出相应的ASCII码， 而提供与按下键相对应的中间代码，然后 再把中间代码转换成对应的ASCII码。非 编码键盘的响应速度不如编码键盘，但是 它通过软件编程可为键盘中某些键的重新 定义提供更大的灵活性，因此得到广泛地 使用。
2013-6-3 14
键开关与键盘类型（续）
按照键码的识别方法，键盘可分为 两大类型：编码键盘和非编码键盘。 编码键盘是用硬件电路来识别按键 代码的键盘，当某一键按下后，相应电路 即给出一组编码信息（如ASCII码）送主 机去进行识别及处理。编码键盘的响应速 度快；但它以复杂的硬件结构为代价，并 且其硬件的复杂程度随着键数的增加而增 加。
2013-6-3 28
5. 光盘存储器
采用光存储技术 第一代光存储技术 第二代光存储技术 利用激光写入和读出 采用非磁性介质 采用磁性介质
5.2
不可擦写 可擦写
光盘的存储原理
只读型和只写一次型 热作用（物理或化学变化）
可擦写光盘
2013-6-3
热磁效应
29
五、其他
1. A/D、D/A
5.2
模拟/数字（数字/模拟）转换器
地址线
CPU 命令线
状态线
设备状态 标记
命令寄存器 和命令译码器
状态
2013-6-3
35
三、接口类型
1. 按数据 传送方式 分类
并行接口 串行接口 可编程接口 Intel 8255 Intel 8251
5.3
2. 按功能 选择的灵活性 分类
Intel 8255、 Intel 8251 不可编程接口 Intel 8212
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没有踏步等待现象 中断现行程序
…
K K+1
……
程序中断方式流程
CPU 向 I/O 发读指令 CPU 做其他事情 CPU 读 I/O 状态 检查状态 未错 从 I/O 接口中读一个字到CPU 中断请求 I/O 出错 CPU CPU I/O
5.1
I/O 设备工作
准备就绪
I/O
CPU
CPU
主存
从 CPU 向主存写入一个字
INTR1
INTR2
INTR3
INTR4
3. 中断向量地址形成部件
入口地址 硬件向量法
由 硬件 产生 向量地址
5.5
再由 向量地址 找到 入口地址
向量地址 00010010 1
主存
…
…
中断向量地址 形成部件
12H 设备 编码器 向量地址
JMP 13H JMP 14H JMP
200 300 400
…
…
设备n
二、输入输出系统的组成
1. I/O 软件
(1) I/O 指令
5.1
CPU 指令的一部分
操作码 命令码 设备码
(2) 通道指令 通道自身的指令 指出数组的首地址、传送字数、操作命令 如 IBM/370 通道指令为 64 位
2. I/O 硬件 设备 设备 I/O 接口 设备控制器 通道
三、I/O 与主机的联系方式
传送前
5.6
(1) 向 CPU 申请 DMA 传送 (2) 处理总线 控制权的转交
传送中
(3) 管理 系统总线、控制 数据传送 (4) 确定 数据传送的 首地址和长度
修正 传送过程中的数据地址和长度
传送后 (5) DMA 传送结束时，给出操作完成信号
三、DMA 工作过程：DMA 传送过程示意
CPU 预处理： 主存起始地址 DMA(AR) 设备地址 DMA(DAR) 传送数据个数 DMA(WC) 启动设备 DMA请求 否 允许传送？ 是
传送 数据1 发 中 断 请 求 接收 数据1 打印
发 中 断 请 求
准备
打印机
打印
空闲
接收 数据2
三、程序中断方式的接口电路
1. 配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器
中断请求
5.5
INTR
D
Q
INTR 中断请求触发器
MASK
来自 CPU 的 中断查询信号
1 &
INTR = 1 有请求
MASK 中断屏蔽触发器 MASK = 1 被屏蔽
1. I/O 编址方式
(1) 统一编址 (2) 不统一编址
5.1
取数Load、存数指令Store 专门的 I/O 指令
2. 设备选址
用设备选择电路识别是否被选中
3. 传送方式
(1) 串行 (2) 并行
4. 联络方式
(1) 立即响应 (2) 异步工作采用应答信号 并行
CPU I/O 接 口 I/O “Ready” 设 备
Q
D
受设备本身控制
D 完成触发器
2.优先级排队：链式排队器
设备 1#、2#、3#、4# 优先级按 降序排列
INTRi = 1 有请求
INTP1 1 & INTR1 INTP1´ 1 & INTP2´ 1 & 1 & INTR2 INTP3´ 1 &
即 INTRi = 0
INTP2 1 & INTR3 INTP4´ 1 & INTP3 1 & INTR4 INTP4
(3) 恢复现场 (4) 中断返回
出栈指令 中断返回指令
2. 单重中断和多重中断
单重 中断 不允许中断 现行的 中断服务程序 多重 中断 允许级别更高 的中断源 中断 现行的 中断服务程序
3. 单重中断和多重中断的服务程序流程
单重
取指令 执行指令 中断否？
否
5.5
否
多重
取指令 执行指令 中断否？
中 断 隐 指 令
Q
D
受设备本身控制
D 完成触发器
内容回顾: 2.优先级排队：链式排队器
设备 1#、2#、3#、4# 优先级按 降序排列
INTRi = 1 有请求
INTP1 1 & INTR1 INTP1´ 1 & INTP2´ 1 & 1 & INTR2 INTP3´ 1 &
即 INTRi = 0
INTP2 1 & INTR3 INTP4´ 1 & INTP3 1 & INTR4 INTP4
程序 查询 方式
CPU 执行 现行程序 启动I/O CPU查询等待并传输I/O数据 I/O 准备及传送 间 断
5.1
CPU 执行 现行程序
程序 中断 方式
CPU 执行现行程序 指令执行周期结束
启动I/O 中断请求 I/O准备 一个存取周期 CPU 执行现行程序 存取周期结束 启动I/O
CPU 执行现行程序
一、中断的概念
…
入口1
K K+1
中 断 服 务 程 序 1
入口2
…
Q Q+1
中 断 服 务 程 序 2
…
二、I/O 中断的产生
以打印机为例
执行主程序
5.5
继续执行主程序 中 断 返 回 响 应 中 断 传送 数据2
CPU 与打印机并行工作
中 断 返 回
继续执行主程序
CPU
响 应 中 断
启动 打印机
否 完成否？ 是
3. DMA 方式
主存和 I/O 之间有一条直接数据通道 不中断现行程序 周期挪用（周期窃取）
5.1
CPU 和 I/O 并行工作
一个存取周期 CPU 执行现行程序 存取周期结束 CPU 执行现行程序
启动I/O
DMA请求 I/O准备
I/O准备
实现I/O与主存之间的传送
三种方式的 CPU 工作效率比较
3. 具有I/O通道结构的阶段 4. 具有 I/O 处理机的阶段
中断方式
中央处理 器 CPU
I/O总线
M 总 线
主存储器 M.M
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
外部 设备1
外部 设备2
…
外部 设备n
DMA方式
CPU
I/O总线
主存总线
主存 I/O接口 I/O接口 … I/O接口
DMA总线
高速外设 设备1
第五章 输入输出系统
5.1 概述
5.3 I/O接口
5.4 程序查询方式
5.5 程序中断方式
5.6 DMA方式
5.1 概 述
一、输入输出系统的发展概况
1. 早期
分散连接 CPU 和 I/O 串行 工作 程序查询方式
2. 接口模块和 DMA 阶段
总线连接 CPU 和 I/O 并行 工作 中断方式 DMA 方式
地址线
CPU 命令线
状态线
设备状态 标记
命令寄存器 和命令译码器
状态
2反应设备状态
3传送命令
设备状态标记
5.3
完成触发器 D
工作触发器 B 中断请求触发器 INTR 屏蔽触发器 MASK 当D=0，B=0时，I/O设备处于暂停状态 当D=1，B=0时，I/O设备准备就绪状态 当D=0，B=1时，I/O设备处于准备状态
中断查询
②
Q
启动命令
①
命令译码
&
Q
启动设备
D
1 0
0 1
B
④
设备工作 结束
地址线 数据线
SEL 设备选择电路 DBR
③ 输入数据
内容回顾: 程序查询方式
程序查询流程
测 试 指 转 令 移 传 指 送 令 指 令
检查状态标记
准备就绪? 是 交换数据
否
内容回顾: 程序中断方式
内容回顾:中断的概念
…
入口1
I/O准备 CPU 处理中断服务程序 实现 I/O 与主机之间的传送 CPU 执行现行程序
DMA 方式
DMA请求 I/O准备
I/O准备
实现I/O与主存 之间的传送
5.3 I/O 接 口
一、概述 接口可以看作是两个部件之间的交接部分.
寄存器
数据端口 控制端口 状态端口
端口Port
接口Interface
控制逻辑
二、接口的功能和组成
1. 总线连接方式的 I/O 接口电路
5.3
I/O总线
(1) 设备选择线
数 据 线 I/O 接口 设备
状 态 线
(2) 数据线
(3) 命令线 (4) 状态线
命 设 令 备 线 选 择 线
I/O 接口
设备
3. I/O 接口的基本组成
4传送数据 1设备选址
5.3
数据线
I/O接口 数据线 数据缓冲 寄存器DBR 控 制 逻 辑 电 路 设备选择 电路 命令 外 部 设 备
二、DMA 接口的功能和组成 1. DMA 接口组成
3.HLDA 2.HRQ
5.6
数 据 线 AR 地 址 线 主存地址 +1 +1
计数器
中 断 请 求
主 CPU 存
DMA 控 制 逻 辑
中 断 逻 辑
溢出信号
WC DAR
设备号
BR
DMA接口
传送的数据
1.DREQ 4.DACK
设备
2. DMA 接口功能
INTR1
INTR2
INTR3
INTR4
内容回顾: 3.
中断向量地址形成部件