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输入输出系统部分习题解答
一、选择题
1、某中断系统中，每抽取一个输入数据就要中断CPU一次，中断处理程序接收取样的数
据，并将其保存到主存缓冲区内。该中断处理需要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，这种处理需要Y秒，因此该系统可以跟踪到每
秒______次中断请求。（A）
A．N / （NX + Y） B. N / （X + Y）N C .min[1 / X ,1 / Y] D. max[1 / X ,1 / Y]
2、计算机的外围设备是指______。（D）
A 输入/输出设备 B 外存储器
C 远程通信设备 D 除了CPU 和内存以外的其它设备
3、中断向量地址是：______。（C）
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指示器 D 中断返回地址
4、 CRT的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量为______。（B）
A 512KB B 1MB C 256KB D 2MB
5、为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的办法是采用______。（B）
A 通用寄存器 B 堆栈 C 存储器 D 外存
6、发生中断请求的条件是______。（C）
A. 一条指令执行结束 B. 一次 I/O 操作结束
C. 机器内部发生故障 D. 一次DMA 操作结束
7、在微型机系统中，外围设备通过______与主板的系统总线相连接。（Ａ）
A 适配器 B 设备控制器 C 计数器 D 寄存器
8、CPU响应中断时，进入“中断周期”，采用硬件方法保护并更新程序计数器PC内容，而不是由软件完成，主要是为了_______。（A）
A 能进入中断处理程序，并能正确返回源程序 ；
B 节省主存空间 ；
C 提高处理机速度 ；
D 易于编制中断处理程序 ；
9、在单级中断系统中，CPU一旦响应中断，则立即关闭______标志，以防本次中断服务结束前同级的其他中断源产生另一次中断进行干扰。（C）
A 中断允许 B 中断请求 C 中断屏蔽 D 中断保护
10、为了使设备相对独立，磁盘控制器的功能全部转移到设备中，主机与设备间采用_____接口。（A）
A.SCSI B.专用 C.ESDI D.RISC
11、I/O标准接口SCSI中，一块主适配器可以连接______台具有SCSI接口的设备。（B）
A.6 B.7 C.8 D.10
12、周期挪用方式常用于_____方式的输入/输出中 。（A）
A DMA B 中断 C 程序传送 D 通道
13、一台计算机对n个数据源进行分时采集，送入主存，然后分时处理。采集数据时，最好的方案是使用______。（D）
A.堆栈缓冲区 B.一个指针的缓冲区
C.两个指针的单缓冲区 D.几个指针的几个缓冲区
14、通道对CPU的请求形式是______。（B）
A.自陷 B.中断 C.通道命令 D.跳转指令
15、下述I/O控制方式中，______主要由程序实现。（B）
A.PPU方式 B.中断方式 C.DMA方式 D.通道方式

二、填空题
1、显示适配器作为CRT和CPU的接口，由A. ______存储器，B. ______控制器，C. ______三部分组成。（A.刷新 B.显示 C.ROM BIOS）
2、DMA技术的出现使得A. ______可通过B. ______直接访问C. ______。（A.外围设备 B.DMA控制器 C.内存）
3、DMA 控制器按其A. ______结构，分为B. ______型和C. ______型两种。（A.组成结构 B.选择 C.多路。）
4、中断处理过程可以A. ______进行。B. ______的设备可以中断C. _____的中断服务程序。（A.嵌套 B.优先级高 C.优先级地）
5、每一种外设都是在它自己的A。______控制下进行工作，而A则通过B. ______和C. ______相连并受C 控制。（A.设备控制器 B. 适配器 C. 主机）
6、 在计算机系统中，CPU对外围设备的管理处程序查询方式、程序中断方式外，还有A. ______方式，B. ______方式，和C. ______方式。（A. DMA B. 通道 C. 外围处理机）
7、选择型DMA控制器在A. ______可以连接多个设备，而在B. ______只能允许连接一个
设备，适合于连接C. ______设备。（A.物理 B.逻辑 C.高速）
8、不同的CRT显示标准所支持的最大A.______和B.______数目是C.______的。（A.分辨率 B.颜色 C.不同）
９、中断处理需要有中断A.______，中断B.______产生，中断C.______等硬件支持。（A.优先级仲裁 B.向量 C.控制逻辑）
10、DMA方式采用下面三种方法：①A.______访内；②B.______；③C.______交替访内。（A.停止CPU B.周期挪用 C. DMA和CPU）
11、多路行DMA控制器不仅在A.______上而且在B.______上可以连接多个设备，适合于连
接C.______设备。（A.物理 B.逻辑上 C.慢速）
12、通道与CPU分时使用A.______，实现了B.______内部数据处理和C.______并行工作。（A.内存 B.CPU C.I / O）
13、在计算机系统中，CPU对外围设备的管理处程序查询方式、程序中断方式外，还有A______方式，B______方式，和C______方式。（A．DMA B．通道 C．外围处理机）
14、DMA和CPU分时使用内存的三种方式是：A______，B______，C______。（A．停止CPU访问内存 B． 周期挪用 C．DMA和CPU交替访内）
15、远程终端和计算机间的通讯可以通过A______和B______传输。远程通讯时，在计算机和远程终端需分别装有C______。（A．长距离线路 B． 电话网 C．调制解调器）

三、应用题
1、（11分）某机用于生产过程中的温度数据采集，每个采集器含有8位数据缓冲寄存器一个，比较器一个，能与给定范围比较，可发出“温度过低”或“温度过高”的信号，如图B1.1所示。主机采用外设单独编址，四个采集器公用一个设备码，共用一个接口，允许采用两种方式访问：
（1） 定期巡回检测方式，主机可编程指定访问该设备中的某一采集器。
（2） 中断方式，当采集温度比给定范围过底或过高时能提出随机中断请求，主机应能判别是哪一个采集器请求，是温度过低或过高。
请拟定该接口中有哪些主要部件（不要求画出完整的连线图），并概略说明在两
种方式下的工作原理。

图B1.1
解：数据采集接口方案设计如图B1.4所示。现结合两种工作方式说明上述部件的工作。
（1） 定期检寻方式
主机定期以输出指令DOA、设备码；（或传送指令）送出控制字到A寄存器，其中用四位分别指定选中的缓冲寄存器（四个B寄存器分别与四个采集器相应）。然后，主机以输入指令DIA、设备码；（或传送指令）取走数据。
（2） 中断方式
比较结果形成状态字A' ，共8位，每二位表示一个采集器状态：00 正常 ，01 过低 ，10 过高。有任一处不正常（A' 中有一位以上为“1”）都将通过中断请求逻辑（内含请求触发器、屏蔽触发器）发出中断请求。中断响应后，服务程序以DIA、设备码；或传送指令）取走状态字。可判明有几处采集数据越限、是过高或过低，从而转入相应处理。
图B1.4
2、（11分）图B3.2是从实时角度观察到的中断嵌套。试问，这个中断系统可以实行几重
中断？并分析图B3.2的中断过程。

图B3.2

解：该中断系统可以实行5重中断，中断优先级的顺序是，优先权1最高，主程序运行于最低优先权（优先权为6）。图B3.2中出现了4重中断。图B3.2中中断过程如下：主程序运行到T1时刻，响应优先权4的中断源的中断请求并进行中断服务；到T3时刻，优先权4的中断服务还未结束，但又出现了优先权3的中断源的中断请求；暂停优先权4的中断服务，而响应优先权3的中断。到T4时刻，又被优先权2的中断源所中断，直到T6时刻，返回优先权3的服务程序，到T7时刻，又被优先权1的中断源所中断，到T8时刻，优先权1的中断服务完毕，返回优先权3的服务程序，直到T10优先权3的中断服务结束，返回优先权4的服务程序，优先权4的服务程序到T11结束，最后返回主程序。图B3.2中，优先权3的服务程序被中断2次，而优先权5的中断又产生。

3、（11分） 磁盘、磁带、打印机三个设备同时工作。磁盘以20μs的间隔发DMA请求，磁带以30μs的间隔发DMA请求，打印机以120μs的间隔发DMA请求，假设DMA控制器每完成一次DMA传输所需时间为2μs，画出多路DMA控制器工作时空图。
解：答案如图B4.1

图B4.1
4、（11分）单级中断中，采用串行排队链法来实现具有公共请求线的中断优先级识别，请画出中断向量为001010，001011，001000三个设备的判优识别逻辑图。
解：逻辑图如图B5.5：

图B5.5

5、（11分）刷存的主要性能指标是它的带宽。实际工作时显示适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总带宽的50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他非刷新功能。
（1） 若显示工作方式采用分辨率为1024×768，颜色深度为3B，帧频（刷新速率）为72HZ，计算总带宽。
（2）为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施？
解：（1）因为 刷新所需带宽 = 分辨率 × 每个像素点颜色深度 × 刷新速度
所以 1024 × 768 × 3B × 72 / S = 165888KB / S = 162MB / S
（2）为达到这样高的刷存带宽，可采用如下技术措施：
1． 使用高速的DRAM芯片组成刷存。
2． 刷存采用多体交错结构。
3． 刷存内显示控制器的内部总线宽度由32位提高到64位，甚至到128位。
4． 刷存采用双端口存储器结构，将刷新端口与更新端口分开。
6、（11分）画出程序中断方式基本接口示意图，简要说明Im, IR ,EI , RD, BS五个触发器的作用。
解：
五个触发器的作用：
中断屏蔽触发器（Im）：CPU是否受理中断或批准中断的标志。Im标志为“0”时，CPU 可
受理外界中断请求。
中断请求触发器（IR）：暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号，IR标志为“1”时，
表示设备发出了中断请求。
允许中断触发器（EI）：用程序指令来置位，控制是否允许某设备发出中断请求。IE为“1”
时，某设备可以向CPU发出请求。
准备就绪的标志（RD）：一旦设备做好一次数据的接收或发送，便发出一个设备动作完毕
信号，使RS标志为“1”。
工作触发器（BS）：设备“忙”的标志。BS=1，表示启动设备工作。

7、（11分）如图B9.2所示的系统中断机构是采用多级优先中断结构，设备A连接于最高优先级，设备B次之，设备C又次之。要求CPU在执行完当前指令时转而对中断请求进行服务，现假设：TDC为查询链中每个设备的延迟时间，TA、TB、TC分别为设备A、B、C的服务程序所需的执行时间，TS、TR为保存现场和恢复现场所需时间。
试问：在此环境下，此系统在什么情况下达到中断饱和？即在确保请求服务的三个设备都不会丢失信息的条件下，允许出现中断的极限频率有多高？注意，“中断允许”机构在确认一个新中断之前，先要让即将被中断的程序的一条指令指令执行完毕。
图B9.2
解：
假设主存工作周期为TM，执行一条指令的时间也设为TM 。则中断处理过程和各时间段如图B9.4所示。当三个设备同时发出中断请求时，依次处理设备A、B、C的时间如下：
tA = 2TM + TDC + TS + TA + TR
tB = 2TM + TDC + TS + TA + TR
tC = 2TM + TDC + TS + TA + TB
达到中断饱和的时间为： T = tA + tB + tC 中断极限频率为：f = 1 / T
8、（11分）某I / O系统有四个设备：磁盘（传输速率为500000位/ 秒），磁带（200000位/秒）， 打印机（2000位/秒）， CRT（1000位/秒），试用中断方式，DMA方式组织此I / O系统。（画出包括CPU部分总线控制在内的I / O方式示意图，并略作文字说明）。
解：I / O系统组成如图B10.6所示：
图 B 10.6
根据设备传输速率不同，磁盘、磁带采用DMA方式，打印机、CRT 采用中断方式；因
而使用了独立请求与链式询问相结合的二维总线控制方式。DMA 请求的优先权高于中
断请求线。每一对请求线与响应线又是一对链式查询电路。

9、（11分）若设备的优先级依次为CD-ROM、扫描仪、硬盘、磁带机、打印机，请用标
准接口SCSI进行配置，画出配置图。
解：
10、（11分）有一台磁盘机，平均寻道时间为30ms,平均旋转等待时间为120ms，数据传输速率为500B/ms，磁盘机上存放着1000件每件3000B的数据。现欲把一件数据取走，更新后在放回原地，假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间。另外，使用CPU更新信息所需时间为4ms,,并且更新时间同输入输出操作不相重叠。试问：
（1） 磁盘上全部数据需要多少时间？
（2）若磁盘及旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需要多少间？
解：（1）磁盘上总数据量 = 1000×3000B = 3000000B
读出全部数据所需时间为 3000000B ÷ 500B / ms = 6000ms
重新写入全部数据所需时间 = 6000ms
所以，更新磁盘上全部数据所需的时间为 ：
2×（平均找道时间 + 平均等待时间 + 数据传送时间 ）+ CPU更新时间
= 2（30 + 120 + 6000）ms + 4ms = 12304ms
(2)磁盘机旋转速度提高一倍后，平均等待时间为60ms，
数据传输率提高一倍后，数据传送时间变为：3000000B ÷ 1000B / ms = 3000ms
更新全部数据所需时间为：2 ×（30 + 60 + 3000）ms + 4ms = 6184ms
11、（11分）CPU响应中断应具备哪些条件？画出中断处理过程流程图。
解：条件：
（1）在CPU内部设备的中断允许触发器必须是开放的。
（2）外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请求信号。
（3）外设（接口）中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至CPU。
（4）当上述三个条件具备时，CPU在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。
流程图如下：
图B13.3
12、（11分）某机器的中断系统采用一级链路排队，优先级别由设备距CPU的物理位置决定（远低近高），如图B14.2所示，DVC0是扫描仪，DVC1是打印机……如在某一时刻，扫描仪和打印机均产生一个事件，试问IRQ上的请求是谁发的？为什么？这一结论总是成立吗?
图14.2
解：当扫描仪和打印机同时产生一个事件时，IRQ上的请求是扫描仪发的。因为这种链路排队的设备只有当其IEI高时，才能发出中断请求，并且该设备有中断请求时其IEO为低，因此其后的设备就不可能发出中断请求信号。但是若扫描仪接口中的屏蔽触发器被置位即被屏蔽，则IEO上的请求信号将是打印机发出的。
13、（11分）参见图B16.2，这是一个二维中断系统，请问：
（1） 在中断情况下，CPU和设备的优先级如何考虑？请按降序排列各设备的中断优先级。
（2） 若CPU现执行设备B的中断服务程序，IM0,IM1,IM2的状态是什么？如果CPU的执行设备D的中断服务程序，IM0,IM1,IM2的状态又是什么？
（3） 每一级的IM能否对某个优先级的个别设备单独进行屏蔽？如果不能，采取什么方法可达到目的？
（4） 若设备C一提出中断请求，CPU立即进行响应，如何调整才能满足此要求？
图B16.2
解：
（1） 在中断情况下，CPU的优先级最低。各设备优先级次序是：A-B-C-D-E-F-G-H-I-CPU
（2） 执行设备B的中断服务程序时IM0IM1IM2=111；执行设备D的中断服务程序时IM0IM1IM2=011。
（3） 每一级的IM标志不能对某优先级的个别设备进行单独屏蔽。可将接口中的BI（中断允许）标志清“0”，它禁止设备发出中断请求。
（4）要使C的中断请求及时得到响应，可将C从第二级取出，单独放在第三级上，使第三级的优先级最高，即令IM3=0即可 。