计算机组成原理第8章 输入输出系统
计算机组成原理 白中英 第三版(完整版)第八章输入输出系统
1．如果认为CPU等待设备的状态信号是处于非工作状态（即踏步等待），那么在下面几种主机与设备之间的数据传送中：（）主机与设备是串行工作的；（）主机与设备是并行工作的；（）主程序与设备是并行运行的。
A．程序查询方式 B. 程序中断方式 C. DMA方式解： A C B2．中断向量地址是_____。
A．子程序入口地址 B. 中断服务程序入口地址C．中断服务程序入口地址指示器 C. 例行程序入口地址解： C3．利用微型机制作了对输入数据进行采样处理的系统。
在该系统中，每抽取一个输入数据就要中断CPU一次，中断处理程序接受采样的数据，将其放到主存的缓冲区内。
该中断处理需时x 秒，另一方面缓冲区内每存储n个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需时y秒。
因此该系统可以跟踪到每秒_____次的中断请求。
A．N/(n×x+y) B. N/(x+y)×n C. Min(1/x, n/y)解： A4．采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个____的时间。
A．指令周期 B. 机器周期C. 存储周期D. 总线周期解： C5．通道的功能是：（1）________，（2）______。
按通道的工作方式分，通道有______通道、_______通道和______通道三种类型。
解：（1）执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输；（2）执行CPU的I/O指令，以及向CPU报告中断。
选择通道、字节多路通道、数组多路通道6．在教科书图8.7中，当CPU对设备B的中断请求进行服务时，如设备A提出请求，CPU能够响应中断吗？为什么？如果设备B一提出请求总能立即得到服务，问怎样调整才能满足此要求？解：（1）CPU不能响应中断（2）因为同级中断不能嵌套，而A、B设备属于同级中断（3）如果想要设备B一提出请求即能得到服务，则应该使设备B为最高优先级，这里可将设备 B单独接至3级IR，处于最高优先级。
8．设某机有5级中断：L0，L1，L2，L3，L4，其中断响应优先次序为：L0最高，L1次之，L4最低。
计算机组成原理(简答题)
计算机组成原理(简单题)第一章概论1、计算机的应用领域：科学计算、数据处理、实时控制、辅助设计、通信和娱乐。
2、计算机的基本功能：存储和处理外部信息，并将处理结果向外界输出。
3、数字计算机的硬件由：运算器、控制器、存储器、输入单元和输出单元。
4、软件可以分成系统软件和应用软件。
其中系统软件包括：操作系统、诊断程序、编译程序、解释程序、汇编程序和网络通信程序。
5、计算机系统按层次进行划分，可以分成，硬件系统、系统软件和应用软件三部分。
6、计算机程序设计语言可以分成：高级语言、汇编语言和机器语言。
第二章数据编码和数据运算1、什么是定点数？它有哪些类型？答：定点数是指小数点位置固定的数据。
定点数的类型有定点整数和定点小数。
2、什么是规格化的浮点数？为什么要对浮点数进行规格化？答：规格化的浮点数是指规定尾数部分用纯小数来表示，而且尾数的绝对值应大于或等于1/R并小于等于1。
在科学计数法中，一个浮点数在计算机中的编码不唯一，这样就给编码带来了很大的麻烦，所有在计算机中要对浮点数进行规格化。
3、什么是逻辑运算？它有哪些类型？答：逻辑运算时指把数据作为一组位串进行按位的运算方式。
基本的逻辑运算有逻辑或运算、逻辑与运算和逻辑非运算。
4、计算机中是如何利用加法器电路进行减法运算的？答：在计算机中可以通过将控制信号M设置为1，利用加法器电路来进行减法运算。
第三章存储系统1、计算机的存储器可以分为哪些类型？答：计算机的存储器分成随机存储器和只读存储器。
2、宽字存储器有什么特点？答：宽字存储器是将存储器的位数扩展到多个字的宽度，访问存储器时可以同时对对个字进行访问，从而提高数据访问的吞吐量。
3、多体交叉存储器有什么特点？答：多体交叉存储器是由对个相互独立的存储体构成。
每个存储器是一个独立操作的单位，有自己的操作控制电路和存放地址的寄存器，可以分别进行数据读写操作，各个存储体的读写过程重叠进行。
4、什么是相联存储器？它有什么特点？答：相联存储器是一种按内容访问的存储器。
计算机组成原理》课程标准
计算机组成原理》课程标准计算机组成原理》课程标准一、课程基本情况课程名称：计算机组成原理适用专业：计算机应用专业课程性质：专业核心课程计划学时：60学时二、制定课程标准的依据本课程教学标准依据中职计算机应用专业的专业教学标准中的人才培养目标和培养规格以及对计算机组成原理课程教学目标要求而制定，用于指导计算机组成原理课程教学和课程建设。
三、课程性质本课程是计算机应用专业的一门专业核心课程。
通过介绍计算机硬件基本结构、工作原理和分析设计方法等方面的知识，培养学生对计算机的整机概念有较完整清晰的认识，对计算机的硬件结构有深刻的理解和对硬件的分析与设计方法有一定的认识。
同时也为研究后续课程打下一定的基础。
四、本课程与前续课程和后续课程的关系本课程研究和训练之前，学生应已修完如下课程：计算机应用基础、数字电路，而他的后续课程是计算机系统结构、计算机组成原理。
本课程在他的前续课程和后续课程之间起到了纽带的作用。
五、课程的教育目标1．知识、能力目标知道《计算机组成原理》这门学科的性质、地位和独立价值；理解计算机系统的五大组成部件的概念、功能以及整机的工作原理；理解数值数据的表示方法、运算器的计算方法，了解非数值数据的表示方法和常用编码；理解各个部件的组成结构和基本功能；掌握基本的定点数的加、减运算和实现的基本逻辑电路框图以及浮点数的表示方法；掌握指令的概念、功能以及指令的各种寻址方式和指令类型；知道存储器层次结构和主存系统的设计方法；掌握CPU的功能及组成；理解几种常见的外围设备的信息交换方式；了解常用的外围设备和使用方法；理解组合逻辑控制器和微程序控制器的基本的设计和分析方法。
2．方法、过程目标通过本课程的研究，培养学生通过计算机组成原理实验，进一步理解计算机内部的工作原理及计算机整机系统的基本设计和分析方法，具备一定的专业知识技能。
通过“完整工作过程”的研究和体验，培养学生分析问题、解决问题的能力和团结、协作的团队精神。
计算机组成原理复习资料
第一章：1.计算机系统由“硬件”和“软件”两大部分组成计算机的软件通常又可分为两大类：系统软件和应用软件2.冯诺依曼计算机的特点：计算机由运算器、储存器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成运算器、控制器、存储器—》主机控制器、运算器==》 CPU输入、输出–》 I/O3机器字长是指CPU一次能够处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
4存储容量=储存单元个数*存储字长MAR的位数反映了储存单元的个数，MDR的位数反映了存储字长如MAR为16位，MDR为32位，存储容量=2的16次方*32=2M位（1M=2的20次方）储存容量2M位=2的18次方字节（一个字节=8位）=2的18次方B=256KB第一章课后题：1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。
7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
计算机组成原理(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘， 奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入 信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读 出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修 改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信 息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、 再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重 复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘， 检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机组成原理——输入输出（IO）系统考研题
计算机组成原理——输⼊输出（IO）系统考研题（⼀） I/O系统基本概念（⼆）外部设备1. 输⼊设备：键盘、⿏标2. 输出设备：显⽰器、打印机3. 外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三） I/O接⼝（I/O控制器）1. I/O接⼝的功能和基本结构2. I/O端⼝及其编址3．I/O地址空间及其编码（四） I/O⽅式1. 程序查询⽅式2. 程序中断⽅式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念。
3. DMA⽅式DMA控制器的组成；DMA传送过程。
4. 通道⽅式（2009）22. 下列选项中，能引起外部中断的事件是A. 键盘输⼊B. 除数为0C. 浮点运算下溢出D. 访存缺页答案：A考点：内部中断和外部中断的区别外中断:I/O设备等来⾃主机外部设备的中断。
内中断：CPU内部的异常、例外、陷⼊内中断（2010）21、单级中断系统中，中断服务程序执⾏顺序是（）I保护现场II开中断III关中断IV保存断点V中断事件处理VI恢复现场VII中断返回A、I->V->VI->II->VIIB、III->I->V->VIIC、III->IV->V->VI->VIID、IV->I->V->VI->VII答案：A考点：单级中断的概念该题的⼀个特点是单级中断，不会出现多重中断的中断嵌套问题，由于是单级中断，断点也不需要保存了，CPU直接返回中断前的位置就可以了！同时关中断是由硬件⾃动实现的，并不属于中断服务程序。
⽽恢复断点、恢复现场之后需要开中断才能返回断点这⾥给出⼀般的中断处理的过程：22、假定⼀台计算机的显⽰存储器⽤DRAM芯⽚实现，若要求显⽰分辨率为1600*1200，颜⾊深度为24位，帧频为85HZ，现实总带宽的50%⽤来刷新屏幕，则需要的显存总带宽⾄少约为（ )A、245MbpB、979MbpsC、1958MbpsD、7834Mbps答案：D考点：1600*1200*24*85/0.51M约为106(2010)21．某计算机有五级中断L4 ~ L0，中断屏蔽字为M4M3M2M1M0，Mi=1（0≤i≤4）表⽰对Li级中断进⾏屏蔽。
计算机组成原理习题 第八章输入输出系统
第八章输入输出系统一、填空题；1.直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和之间进行。
2.通道是一个特殊功能的，它有自己的专门负责数据输入输出的传输控制。
3.并行I/O接口和串行I/O接口是目前两个最具有权威性的标准接口技术。
4.在计算机系统中，CPU对外围设备的管理，除了程序查询方式、程序中断方式外，还有方式、方式和方式。
5.程序中断方式控制输入输出的主要特点是，可以使A 和B 并行工作。
6.DMA控制器按其A 结构，分为B 型和C 型两种。
7.通道是一个特殊功能的A ，它有自己的B 专门负责数据输入输出的传输控制，CPU只负责C 功能。
8.通道有三种类型：A 通道、B 通道、C 通道。
9.二、选择题：1.下面有关“中断”的叙述，______是不正确的。
A.一旦有中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转而去受理中断请求B.CPU响应中断时暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序C.中断方式一般适用于随机出现的服务D.为了保证中断服务程序执行完毕以后，能正确返回到被中断的断点继续执行程序，必须进行现场保存操作2.中断向量地址是______。
A. 子程序入口地址B. 中断服务例行程序入口地址C. 中断服务例行程序入口地址的地址D. 主程序返回地址3.在数据传送过程中，数据由串行变并行或由并行变串行，其转换是通过______。
A. 移位寄存器B. 数据寄存器C. 锁存器D. 指令寄存器4.下述I/O控制方式中，主要由程序实现的是______。
A. PPU(外围处理机)方式B. 中断方式C. DMA方式D. 通道方式5.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用______的时间。
A. 一个指令周期B. 一个机器周期C. 一个时钟周期D. 一个存储周期6.发生中断请求的条件是______。
A. 一条指令执行结束B. 一次I/O操作开始C. 机器内部发生故障D. 一次DMA操作开始7.中断向量地址是______。
计算机组成原理课件第08章
一、接口的功能和组成
1、总线连接方式的I/O接口电路 、总线连接方式的 接口电路 在总线结构的计算机系统中，每一台 I/O设备都是通过I/O接口挂到系统总线上 的。如图示：
数据线： 数据线：传送数据信息 ，其根数一般等于存储 字长的位数或字符的位 数。双向。 设备选择线： 设备选择线：传送设备 码，其根数取决于I/O指 令中设备码的位数。单 向。 命令线： 命令线：传输CPU向设 备发出的各种命令信号 ，其根数与命令信号多 少有关。单向总线。 状态线： 状态线：向主机报告I/O 设备状态的信号线。单 向总线。
CPU在任何瞬间只能接受一个中断源 CPU在任何瞬间只能接受一个中断源 的请求。 的请求。因此，当多个中断源提出中断请 求时，CPU必须对各中断源的请求进行排 队，且只能接受级别最高的中断源的请求 ，不允许级别低的中断源中断正在运行的 中断服务程序。此时，就可用MASK来改 变中断源的优先级别。 另外，CPU总是在统一的时间，即执 CPU总是在统一的时间， 总是在统一的时间 行每一条指令的最后时刻， 行每一条指令的最后时刻，查询所有设备 是否有中断请求。 是否有中断请求。 接口电路中D、INTR、MASK和中断 查询信号的关系如图示：
2、排队器 、 当多个中断源同时向CPU提出请求时，经 排队器的排队，只有优先级高的中断源排上 队，这样就能实现CPU按中断源优先级的高 低响应中断请求。 下图是设在各个接口电路中的排队电路— —链式排队器。
其中首尾相接的虚线部分组成的门电路是排 当各中断源均无中断请求时，各INTRi 为高电 队器的核心，由一个非门和一个与非门构成。 平，其INTP1 '、 INTP2' 、 INTP3 '……均为高电平 中断源优先级最高的是1号中断源。当多个中 。一旦某中断源提出中断请求,就迫使比其优先级 断源提出中断请求时，排队器输出端INTPi， 低的中断源之INTPi '变为低电平，封锁其发中断 只有一个为高电平，表示该中断源排上队。 请求。
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8.1 输入/输出系统概述
8.1.2 I/O设备的寻址方式
在独立编址方式中，主存地址空间和I/O端口地址空间是相对独 立的，分别单独编址。例如，在8086系统中，其主存地址范围是从 00000H～FFFFFH连续的1 MB，其I/O端口的地址范围从0000H～ FFFFH，它们互相独立，互不影响。CPU访问主存时，由主存读写 控制线控制；访问外设时，由I/O读写控制线控制，所以在指令系统 中必须设置专门的I/O指令。
8.3 程序中断方式
8.3.2 中断的工作过程
一个计算机系统包含多个中断源。由于中断产生的随机性， 使得有可能在某一时刻有多个中断源向CPU发出中断请求，但是 CPU在任意时刻只能响应并处理一个中断。
中断优先级判定的方法一般有两种：软件判优和硬件判优。
8.3 程序中断方式
8.3.2 中断的工作过程
读取外设状态字
程
外设准备就绪？
序 查
询
方
传送一次数据
式 的
工
修改传送数据
作
流
程
传送完否？
结束
8.2 程序查询方式
8.2.2 程序查询方式的接口
数
输 入 设 备
锁
据
存
缓
器
冲
器
三
R
态
DQ
缓 冲
器
地址 译码
8.2 程序查询方式
8.2.2 程序查询方式的接口
数
据
锁
存
器
地
输
址
出
译
设
码
备
R
QD
状 态 寄 存 器
8.3 程序中断方式
8.3.1 中断的基本概念
中断：由于系统中某些突发事件或异常情况的发生，而强迫CPU 暂停（或中断）正在执行的程序转去执行相应的服务，当中断服 务结束之后再回到原来被中断的地方继续执行原来的程序。
中断源：发出中断请求的来源。 中断源可以分为两大类：内部中断和外部中断。
8.3 程序中断方式
8.3 程序中断方式
8.3.3 中断处理
1 关中断
2 保护现场
中断 处理
3 开中断 4 执行中断服务程序
5 关中断和恢复现场
6 中断返回
8.3 程序中断方式
8.3.4 单级中断与多级中断
在单级中断系统中，所有的中断源都属于同一级，其优先 次序是离CPU近的优先级高。当响应某一中断请求时，执 行该中断源的中断服务程序，在此过程中，不允许其他中 断源打断中断服务程序。
8.3 程序中断方式
8.3.1 中断的基本概念
有两个方面的原因： ①在查询方式下，CPU不断地读取和检测状态字，如果 状态表明外设未准备就绪，则CPU必须等待。这些过程占用 了CPU大量的工作时间，而CPU真正用于传送数据的时间却 很短，而且大多数外设的速度比CPU的工作速度慢得多，所 以程序查询方式的实质无异于让CPU降低有效的工作速度， 适应慢速的外设。
8.3 程序中断方式
8.3.1 中断的基本概念
有两个方面的原因： ②用程序查询方式工作时，如果一个系统有多个外设， 那么CPU只能轮流对每个外设进行查询，而这些外设的工作 速度各不相同。这时CPU显然不能很好地满足各个外设随机 性地对CPU提出的输入/输出服务要求，所以不具备实时性。 可见，在实时系统以及多个外设的系统中，采用程序查询方 式进行数据传送往往是不合适的。
8.3 程序中断方式
8.3.2 中断的工作过程
8.3 程序中断方式
8.3.2 中断的工作过程
8.3 程序中断方式
8.3.2 中断的工作过程
（1）断点保护。为了在中断处理结束后能正 确地返回到中断处，在响应中断时，必须把当前 的程序计数器的内容（断点）保存起来。
（2）根据前面得到的中断类型码计算出中断 服务子程序的入口地址。
软件判优是指通过软件来安排各中断源的优先级别， 但是也要借助于简单的硬件电路实现，如下图所示。
CPU D0～D7
INTR
并行 I/O端
口
≥1
中断 请求 寄存 器
8.3 程序中断方式
8.3.2 中断的工作过程
硬件判优是指利用专门的硬件电路或中断控制器来安排 各中断源的优先级。
菊花链法的基本思想是将所有的中断源构成一个链，各 中断源在链中的前后顺序是根据中断源优先级的高低来排列 的，排在链前面的高优先级的中断会自动封锁后边低优先级 的中断。
8.3.1 中断的基本概念
在中断传送方式下，外部设备具有申请CPU服务的主动权。当输 入设备将数据准备好或者输出设备准备好接收数据时，便可以向 CPU发中断请求，使CPU暂时停下当前正在执行的程序而和外部 设备完成一次数据传输。等输入/输出操作完成以后，CPU继续 执行原来的程序。
8.3 程序中断方式
8.1.1 I/O系统的功能和组成
外设识别
主
外
机
数据或命令或状态
设
控制电路
8.1 输入/输出系统概述
8.1.2 I/O设备的寻址方式
统一编址方式又称存储器映射编址方式，即把每个I/O端口都当 成一个存储单元看待，I/O端口与存储器单元在同一个地址空间进行 编址。通常是在整个地址空间中划分出一小块连续的地址分配给I/O 端口，被I/O端口占用了的地址存储器不能再使用。
8.1 输入/输出系统概述
8.1.3 输入/输出方式
程序查 询方式
程序中 断方式
DMA方式
通道方式
8.2 程序查询方式
8.2.1 程序查询方式的工作原理
用程序查询方式传送 时，CPU通过执行程序不 断地读取并测试外设的状 态，如果外设处于准备好 状态 （输入设备）或者 空闲状态（输出设备）， 则CPU执行输入指令或输 出指令与外设交换信息。
本章给出计算机系统中信息传输过程中的 技术解决方案。
8.1 输入/输出系统概述
8.1.1 I/O8系.统1的功能和组成
状态信息
实现主机和外设 的联络控制
数据信息 需要交换 的信息
传送控制 命令和 状态信息
功能
进行地址 译码和设 备选择
控制信息
数据格式 的变换
实现数据 缓冲
8.1 输入/输出系统概述
8.3.1 中断的基本概念
硬件故障处理
使CPU与I/O设备 实现并行工作
实现人机联系
实现实时处理
实现多道程序 和分时操作
8.3 程序中断方式
8.3.2 中断的工作过程
当外部设备处于就绪状态，即输入设备将 数据准备好或者输出设备准备好接收数据时， 便通过相应的硬件电路向CPU发送一个中断请 求信号，请求为之服务。
8.2 程序查询方式
8.2.1 程序查询方式的工作原理
对于程序查询方式来说，一个数 据传送过程包括3个环节：
（1）CPU从接口读取状态字。 （2）CPU检测状态字的对应位是 否满足“就绪”条件，如果不满足， 则继续回到前一步读取状态字。 （3）如果状态字表明外设已处于 “就绪”状态，则传送数据。
启动外设