计算机组成原理(第七章 输入输出系统

第七章输入输出系统

第一节基本的输入输出方式

一、外围设备的寻址

1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。

2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。

3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：

（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。

（2）外围设备向CPU提供状态信息。

（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。

历年真题

1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。（2002年）

【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。

【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。

二、外围设备的定时

1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。

2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。

历年真题

1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。

【答案】对1/O数据传送的控制方式，可分为：程序控制方式、DMA方式、通道控制方式等

三、程序查询输入输出方式

了解程序查询输入输出过程即可（从未考过）。

第二节中断

一、中断的基本概念

1．中断：是指CPU在接到随机产生的中断请求信号后，暂停原程序，转去执行相应的中断处理程序，以处理该随机事件，处理完毕后返回并继续执行原程序。

2．中断方式的特点：中断方式的输入输出操作可以减少CPU等待外围设备的时间，提高CPU的工作效率。

3．中断方式的应用范围：中断方式主要应用于处理复杂随机事件、控制中低速1/O。

4．简单的中断方式下，CPU响应中断的步骤：

（1）关中断

（2）保护现场

（3）识别发出中断的外围设备，判别中断信号，确定中断来源，形成中断服务程序入口地址。

（4）执行中断服务程序

（5）恢复现场信息

（6）开中断

5．现场保护：在CPU开始执行中断服务程序之前，将PC寄存器的值及任何可能影响返回后连续执行的信息（如状态寄存器及有关的寄存器的值）都需要进行保存，这种保存现场有关信息的操作称为现场保护。

6．中断向量：是指当外设在提出中断请求的同时，通过硬件向主机提供中断服务程序的入口地址，此地址称为中断向量。

历年真题

1．何谓中断方式？它主要应用在什么场合？请举二例。（2001年）

【答案】①中断方式指：CPU在接到随机产生的中断请求信号后，暂停原程序，转去执行相应的中断处理程序，以处理该随机事件，处理完毕后返回并继续执行原程序；

②主要应用于处理复杂随机事件、控制中低速1/O；

③例：打印机控制，故障处理。

2．现场保护：在CPU开始执行中断服务程序之前，将PC寄存器的值及任何可能影响返回后连续执行的信息（如状态寄存器及有关的寄存器的值）都需要进行保存，这种保存现场有关信息的操作称为现场保护。（2006年）

二、中断裁决机制

实现中断裁决的方式有：

1．轮询方式：是一种软件裁决方式，CPU依次查询各外围设备的状态寄存器，以确定中断源，遇到发出中断的外围设备就响应其中断请求。

2．菊花链方式：各外围设备合用一条中断请求信号线送，中断许可信号线串接在各设备间。

3．独立请求：每一个外围设备都有一个独立的中断请求信号线送CPU，CPU也给各外围设备分别发送一个中断许可信号。

4．分组的菊花链方式：每一组外围设备采用菊花链连接，组间是独立请求的。

历年真题

1．设置中断排队判优逻辑的目的是（）。（2000年）

A．产生中断源编码

B．使同时提出的请求中的优先级别最高者，得到及时响应

C．使CPU能方便地转入中断服务子程序

D．提高中断响应速度

【分析】当有多个中断请求同时出现，中断服务系统必须能从中选出当前最需要给予响应的最重要的中断请求，这就需要预先对所有的中断进行优先级排队，这个工作可由中断优先级判断逻辑来完成，排队的规则可由软件通过对中断屏蔽寄存器进行设置来确定。

【答案】B

三、多重中断与中断屏蔽

1．多级中断：CPU在执行中断服务程序的过程中可以响应级别更高的中断请求。

2．中断嵌套：在多重中断系统中，CPU处理一个中断的过程中可以去响应新的中断请求。这种重叠处理中断的现象称为中断嵌套。在中断嵌套过程中，每次中断处理完成时再返回上一次被中断的服务程序。

3．多重中断系统中CPU响应处理一次中断的步骤。

（1）关中断；

（2）保存现场信息；

（3）判别中断条件，确定中断服务入口地址；