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第8章 输入输出数据传送控制方式
8.1学习要求
I/O系统对整个计算机系统的可扩展性、兼容性和性价比都有着重要的影响。本章重点介绍程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式，并介绍了通用的并行I/O标准接口和串行I/O标准接口。
Ø 主机与外设的连接
Ø 程序查询方式及其接口
Ø 中断系统和程序中断方式
Ø DMA方式
Ø 通道控制方式
8.2典型例题解析
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
答：A，B，C

2．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 D．例行程序入口地址
答：B

3．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，中断处理程序接收采样的数据，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)
答：A

4．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
答：C

5．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。
答：组织外围设备和内存进行数据传输；控制外围设备；选择；数组多路；字节多路

6．在图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?
答：能响应，因为设备A的优先级比设备B高。若要设备B总能立即得到服务，可将设备B从第二级取出来，单独放在第三级上，使第三级的优先级最高，即令IM3 = 0。

7．设某机有5级中断；L0，L1，L2，L3，L4，其中断响应优先次序为：L。最高，L1次之，L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1->L3->L0->L4->L2，试问：
表8.1中各级中断处理程序的各中断级屏蔽值如何设置(每级对应一位，该位为“0”表示允许中断，该位为“1”表示中断屏蔽)?
若这5级中断同时都发出中断请求，按更改后的次序画出进入各级中断处理程序的过程示意图。
表8.1 各级中断处理程序的各中断级屏蔽位
中断处理程序
中 断 处 理 级 屏 蔽 位
L0级
L1级
L2级
L3级
L4级
L0中断处理程序
L1中断处理程序
L2中断处理程序
L3中断处理程序
L4中断处理程序

解：
⑴ 按题意，各级中断处理程序的各中断级屏蔽值设置如下表
中断处理程序
中 断 处 理 级 屏 蔽 位
L0级
L1级
L2级
L3级
L4级
L0中断处理程序
L1中断处理程序
L2中断处理程序
L3中断处理程序
L4中断处理程序
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
⑵ 若这5级中断同时都发出中断请求，按更改后的次序画出进入各级中断处理程序的过程示意图如下：

8. 某机器CPU中有16个通用寄存器，运行某中断处理程序时仅用到其中2个寄存器，请问响应中断而进入该中断处理程序时是否要将通用寄存器内容保存到主存中去?需保存几个寄存器?
解：虽然CPU中有16个通用寄存器，但因运行某中断处理程序时仅用到其中2个寄存器，因此在响应中断而进入该中断处理程序时，不需要将所有通用寄存器内容保存到主存中，需保存的只是在中断处理程序中要用到的2个寄存器。

9．下列陈述中正确的是 。
A．在DMA周期内，CPU不能执行程序
B．中断发生时，CPU首先执行入栈指令将程序计数器内容保护起来
C．DMA传送方式中，DMA控制器每传送一个数据就窃取一个指令周期
D．输入输出操作的最终目的是要实现CPU与外设之间的数据传输
答：D。

10．Pentium系统有两类中断源：①由CPU外部的硬件信号引发的称为 ，它分为可屏 和非屏蔽 ；②由指令引发的称为 ，其中一种是执行 ，另一种是 。
答：外部中断、可屏蔽中断、非屏蔽中断、内部中断，异常，执行软件中断指令。

11．IEEEl394是 I／O标准接口，与SCSI I／O标准接口相比，它具有更高的 ，更强的 ，体积 ，连接方便。
A．并行 B．串行 C．数据传输速率 D．数据传输实时性 E．小
答：B，A，C，D，E。

12．SCSI是系统级 ，是处于主适配器和智能设备控制器之间的 I／O接口。SCSI-3标准允许SCSI总线上连接的设备由 个提高到 个，可支持 位数据传输。
A．并行 B．接口 C．16 D．8 E．16
答：B，A，D，C，E

13．比较通道、DMA、中断三种基本I／O方式的异同点。
答：通道是通过执行通道指令来实现输入/输出的；DMA是由DMA控制器在获得总线控制权后，直接在内存与外设之间实现数据传送的；中断是通过CPU在响应中断时，转入中断服务程序，执行输入/输出指令来完成输入/输出的。

14．用多路DMA控制器控制光盘、软盘、打印机三个设备同时工作。光盘以20us的间隔向控制器发DMA请求，软盘以90us的间隔向控制器发DMA请求，打印机以180us的间隔发DMA请求。请画出多路DMA控制器的工作时空图。
答：

8.3同步测试习题
8.3.1判断题
1．所有的数据传送方式都必须由CPU控制实现。
2．屏蔽所有的中断源，即为关中断。
3．一旦中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转去受理中断请求。
4．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。
5．中断方式一般适合于随机出现的服务。
6．DMA设备的中断级别比其他外设高，否则可能引起数据丢失。
7．CPU在响应中断后可立即响应更高优先级的中断请求（不考虑中断优先级的动态分配）。
8．DMA控制器和CPU可同时使用总线。
9．DMA是主存与外设之间交换数据的方式，也可用于主存与主存之间的数据交换。
10．为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。 
8.3.2选择题
1．主机、外设不能并行工作的方式 。
A．程序查询方式 B．中断方式 C．通道方式
2．在单独（独立）编址下，下面的说法是 是对的。
A．一个具体地址只能对应输入输出设备
B．一个具体地址只能对应内存单元
C．一个具体地址既可对应输入输出设备，也可对应内存单元
D．只对应内存单元或只对应I/O设备
3．在关中断状态，不可响应的中断是 。
A．硬件中断 B．软件中断
C．可屏蔽中断 D．不可屏蔽中断
4．禁止中断的功能可由 来完成。
A．中断触发器 B．中断允许触发器
C．中断屏蔽触发器 D．中断禁止触发器
5．在微机系统中，主机与高速硬盘进行数据交换一般用 方式。
A．程序中断控制 B．DMA
C．程序直接控制 D．通道方式
6．常用于大型计算机的控制方式是 。
A．程序中断控制 B．DMA
C．程序直接控制 D．通道方式
7．有关中断的论述不正确的是 。
A．CPU和I/O设备可并行工作，但设备间不可并行工作
B．可实现多道程序、分时操作、实时操作
C．对硬盘采用中断可能引起数据丢失
D．计算机的中断源可来自主机，也可来自外设
8．中断系统是由 实现的
A．仅用硬件 B．仅用软件
C．软、硬件结合 D．以上都不对
9．DMA数据的传送是以 为单位进行的。
A．字节 B．字
C．数据块 D．位
10．DMA是在 之间建立的直接数据通路。
A．CPU与外设 B．主存与外设
C．外设与外设 D．CPU与主存
11．数组多路通道数据的传送是以 为单位进行的。
A．字节 B．字
C．数据块 D．位
12．通道是特殊的处理器，它有自己的 ，故并行工作能力较强。
A．运算器 B．存储器
C．指令和程序 D．以上均有
13．下列I/O控制方式中，主要由程序实现的是 。
A．PPU（外围处理机） B．中断方式
C．DMA方式 D．通道方式
14．产生中断的条件是 。
A．一条指令执行结束 B．机器内部发生故障
C．一次I/O操作开始 D．一次DMA操作开始
15．在微机系统中，外设通过 与主板的系统总线相连接。
A．适配器 B．设备控制器
C．计数器 D．寄存器
16．对于低速输入输出设备，应当选用的通道是 。
A．数组多路通道 B．字节多路通道
C．选择通道 D．DMA专用通道
8.3.3填空题
1．实现输入输出数据传送方式分成三种： 、 和程序控制方式。
2．输入输出设备寻址方式有 和 。
3．CPU响应中断时最先完成的两个步骤是 和 。
4．内部中断是由 引起的，如运算溢出等。
5．外部中断是由 引起的，如输入输出设备产生的中断。
6．DMA的含义是 ，用于解决 。
7．DMA数据传送过程可分为 、数据块传送和 三个阶段。
8．基本DMA控制器主要由 、 、数据寄存器、控制逻辑、标志寄存器及地址译码与同步电路组成。
9．在中断服务中，开中断的目的是允许 。
10．一个中断向量对应一个 。
11．接口收到中断响应信号INTA后，将 传送给CPU。
12．中断屏蔽的作用有两个，即 和 。
13．串行接口之所以需要串、并数据的转换电路，是因为 。
14．CPU响应中断时，必须先保护当前程序的断点状态，然后才能执行中断服务程序，这里的断点状态是指 。
15．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送控制，CPU只负责 的功能。
16．CPU对外设的控制方式按CPU的介入程度，从小到大为 、
、 。
8.3.4应用分析题
1．若输入输出系统采用字节多路通道控制方式，共有8个子通道，各子通道每次传送一个字节，已知整个通道最大传送速率为1200B/S，求每个子通道的最大传输速率是多少？若是数组多路通道，求每个子通道的最大传输速率是多少？
2．某字节多路通道共有6个子通道，若通道最大传送速率为1500B/S，求每个子通道的最大传输速率是多少？
3．用异步方式传送ASCII码，数据格式为：数据位8位、奇校验位1位、停止位1位。当波特率为4800b/s时，每个字符传送的速率是多少？每个数据位的时间长度是多少？数据位的传送速率又是多少？
4．假定某外设向CPU传送信息最高频率为40K次/秒，而相应中断处理程序的执行时间为40μS，问该外设能否用中断方式工作？