自考“計算機組成原理”串講資料（7）

歷年真題：

（2001年）9.DMA 方式：直接存儲器訪問，直接依靠硬件實現(xiàn)主存與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)直接傳輸，傳輸過程本身不需CPU程序干預(yù)。

（2002年）5.I/O接口：是指連接主機和外圍設(shè)備的邏輯部件。

（2003年）20.中斷屏蔽：CPU處理一個中斷的過程中，對其他一些外部設(shè)備的中斷進行阻止。

（2004年）17.統(tǒng)一編址：將輸入輸出設(shè)備中控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器等與內(nèi)存單元一樣看待，將它們和內(nèi)存單元聯(lián)合在一起編排地址，用訪問內(nèi)存的指令來訪問輸入輸出設(shè)備接口的某個寄存器，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。

（2005年）25.通道程序：通道命令構(gòu)成通道程序。在通道程序的控制下，通道對外圍設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸控制。

近年以來每年考本章的名詞稱解釋，所以第五章的名稱解釋是考試的重點。這里給大家列出了本章的名詞解釋，大家要熟悉一下，這都是本章的基本概念，有利于做名稱解釋、選擇題、改錯題和填空題。

1.統(tǒng)一編址：將輸入輸出設(shè)備中控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器等與內(nèi)存單元一樣看待，將它們和內(nèi)存單元聯(lián)合在一起編排地址，用訪問內(nèi)存的指令來訪問輸入輸出設(shè)備接口的某個寄存器，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。

2.單獨編址：將輸入輸出設(shè)備中控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器單獨編排地址，用專門的控制信號進行輸入輸出操作。

3.單級中斷：CPU在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過程中禁止所有其他外部中斷。

4.多級中斷：CPU在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過程中可以響應(yīng)級別更高的中斷請求。

5.中斷屏蔽：CPU處理一個中斷的過程中，對其他一些外部設(shè)備的中斷進行阻止。

6.DMA：直接存儲器訪問，直接依靠硬件實現(xiàn)主存與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)直接傳輸，傳輸過程本身不需CPU程序干預(yù)。

7.現(xiàn)場保護：CPU在響應(yīng)中斷請求時，將程序計數(shù)器和有關(guān)寄存器內(nèi)容等系統(tǒng)的狀態(tài)信息存儲起來，以使中斷處理結(jié)束之后能恢復(fù)原來的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行程序，稱為現(xiàn)場保護。

8.中斷向量：外設(shè)在向CPU發(fā)出中斷請求時，由該設(shè)備通過輸入輸出總線主動向CPU發(fā)出一個識別代碼，這個識別代碼通常稱為中斷向量。

9.自陷：當(dāng)CPU出現(xiàn)有算術(shù)操作異常、非法指令、越權(quán)操作和訪存中的異常等某種內(nèi)部情況時自己引起的中斷稱為自陷。

10.軟件中斷：由自陷指令引起的中斷稱為軟件中斷，又稱為系統(tǒng)調(diào)用。

11.通道命令：通道用于執(zhí)行輸入輸出操作的指令，也叫通道控制字（CCW）。

二、選擇填空題：

歷年真題：

2000年：

7.設(shè)置中斷排隊判優(yōu)邏輯的目的是（ ）。

A.產(chǎn)生中斷源編碼

B.使同時提出的請求中的優(yōu)先級別最高者，得到及時響應(yīng)

C.使CPU能方便地轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序

D.提高中斷響應(yīng)速度

「分析」：當(dāng)有多個中斷請求同時出現(xiàn)，中斷服務(wù)系統(tǒng)必須能從中選出當(dāng)前最需要給予響應(yīng)的最重要的中斷請求，這就需要預(yù)先對所有的中斷進行優(yōu)先級排隊，這個工作可由中斷優(yōu)先級判斷邏輯來完成，排隊的規(guī)則可由軟件通過對中斷屏蔽寄存器進行設(shè)置來確定。

「答案」：B

10.通道程序在內(nèi)存中的首地址由（ ）給出。

「分析」：CPU使用通道進行一個輸入輸出操作時，先發(fā)出一個通道啟動信號。通道收到啟動信號后，到指定的內(nèi)存單元中取通道地址字，并將其放入通道地址寄存器中。此通道地址字為通道程序在內(nèi)存中的首地址。

「答案」：通道地址字

11.在不改變中斷響應(yīng)次序的條件下，通過（ ）可以改變中斷處理次序。

「分析」：在多重中斷系統(tǒng)中，可以通過設(shè)置中斷優(yōu)先級來決定各個中斷的級別。在實際的計算機系統(tǒng)中是通過CPU內(nèi)部的一個中斷屏蔽字寄存器來實現(xiàn)對不同中斷的分別禁止的，這個寄存器可在中斷處理程序中重新設(shè)置，這樣就可以改變原有的中斷優(yōu)先級別。

「答案」：改寫中斷屏蔽字

2005年：

16.采用DMA方式傳送數(shù)據(jù)是由DMA接口來控制數(shù)據(jù)在 和 之間傳輸。

「分析」：DMA是指直接存儲器訪問，是利用一個專門的接口電路將計算機的主存儲器與高速的外設(shè)相連接，當(dāng)計算機要與外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳送時，由CPU發(fā)出一個控制信號啟動DMA之后由DMA來控制完成外設(shè)與主存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送，其傳送方式為數(shù)據(jù)塊 （數(shù)據(jù)成組）傳送，傳送過程為連續(xù)的，中間沒有停止等待的時間，所以數(shù)據(jù)的傳送速度較高。

「答案」：外設(shè) 主存儲器

三、改錯題：

歷年真題：

（2000年）7.對I/O數(shù)據(jù)傳送的控制方式，可分為程序中斷控制方式和獨立編址傳送控制方式兩種。

「分析」：對1/O數(shù)據(jù)傳送的控制方式，可分為程序直接控制方式、程序中斷控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。程序中斷控制方式只是其中的一種方法，獨立編址是指對1/O設(shè)備的控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器等單獨進行地址編排，使用專門的指令對其進行操作，可用在各種數(shù)據(jù)傳送的控制方式中。

「答案」：對1/O數(shù)據(jù)傳送的控制方式，可分為：程序直接控制方式、程序中斷方式、DMA方式、通道控制方式等。

（2002）5.對外設(shè)統(tǒng)一編址是指給每個外設(shè)設(shè)置一個地址碼。

「分析」：CPU與外設(shè)之間的信息傳送是通過硬件接口來實現(xiàn)的，各種外設(shè)的硬件接口上又都包含有多個寄存器，如控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器等。統(tǒng)一編址是將外設(shè)接口上的各種寄存器等同于內(nèi)存儲器的存儲單元，通過使用訪問內(nèi)存單元的指令來訪問外設(shè)接口上的各個寄存器，這樣就可以使用訪存指令來訪問外設(shè)，輸入輸出操作簡單，程序設(shè)計比較簡便。由于外設(shè)接口上的寄存器種類和數(shù)量通常不止一個，所以一個外設(shè)至少對應(yīng)一個以上的內(nèi)存地址。

「答案」：對外設(shè)統(tǒng)一編址是將外設(shè)接口上的寄存器等內(nèi)存單元，給每個外設(shè)設(shè)置至少一個地址碼。

（2003年）25.在常見的微機系統(tǒng)中，磁盤常采用通道方式與主存交換信息。

「分析」：通道傳輸方式是采用通道處理器將多個輸入輸出設(shè)備與CPU和主存儲器相連接，并控制其信息的傳輸，主要用于大型計算機以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等含有許多輸入輸出設(shè)備并對輸入輸出有較高要求的場合；而DMA方式是采用DMA控制器將外圍設(shè)備與主存儲器相連接，并控制其信息的傳輸，主要用于微型計算機中外設(shè)與主存之間需要成批傳輸數(shù)據(jù)的場合，如微機系統(tǒng)中磁盤與主存之間的數(shù)據(jù)傳輸。

「答案」：在常見的微機系統(tǒng)中，磁盤常采用DMA方式與主存交換數(shù)據(jù)。

（2004年）25.通道就是一組輸入輸出傳送線。

「分析」：通道是一種比DMA更高級的I/O控制部件，具有更強的獨立處理數(shù)據(jù)的輸入／輸出功能，能同時控制多臺同類型或不同類型的設(shè)備。它在一定的硬件基礎(chǔ)上，利用通道程序?qū)崿F(xiàn)對1/O的控制，更多地免去了CPU的介入，使系統(tǒng)的并行性能更高。

「答案」：通道是具有更強的獨立處理數(shù)據(jù)的輸入／輸出功能，能同時控制多臺同類型或不同類型的設(shè)備。

四、簡答題：

歷年真題：

2000年：

7.以DMA方式實現(xiàn)傳送，大致可分為哪幾個階段？（3分）

「答案」：

① DMA傳送前的預(yù)置階段（DMA初始化）；

② 數(shù)據(jù)傳送階段（DMA傳送）；

③ 傳送后的結(jié)束處理。

2001年：

2.何謂中斷方式？它主要應(yīng)用在什么場合？請舉二例。

「答案」：

① 中斷方式指：CPU在接到隨機產(chǎn)生的中斷請求信號后，暫停原程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，以處理該隨機事件，處理完畢后返回并繼續(xù)執(zhí)行原程序；

② 主要應(yīng)用于處理復(fù)雜隨機事件、控制中低速1/O；

③ 例：打印機控制，故障處理。

3.在 DMA 方式預(yù)處理（初始化）階段， CPU 通過程序送出哪些信息？

「答案」：

向DMA控制器及I/O接口（分離模式或集成模式均可）分別送出以下信息：

① 測試設(shè)備狀態(tài)，預(yù)置DMA控制器工作方式；

② 主存緩沖區(qū)首址，交換量，傳送方向；

③ 設(shè)備尋址信息，啟動讀／寫。

6.中斷接口一般包含哪些基本組成？簡要說明它們的作用。

「答案」：

① 地址譯碼。選取接口中有關(guān)寄存器，也就是選擇了I/O設(shè)備。

② 命令字／狀態(tài)字寄存器。供CPU輸出控制命令，調(diào)回接口與設(shè)備的狀態(tài)信息。

③ 數(shù)據(jù)緩存。提供數(shù)據(jù)緩沖，實現(xiàn)速度匹配。

④ 控制邏輯。如中斷控制邏輯、與設(shè)備特性相關(guān)的控制邏輯等。

2002年：

5.何謂DAM方式？說明它的適用場合。

「答案」：

定義：由DMA控制器控制系統(tǒng)總線，直接依靠硬件實現(xiàn)主存與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)直傳，傳送期間不需要CPU程序干預(yù)。

適用場合：高速、批量數(shù)據(jù)的簡單傳送。

6.何謂多重中斷？如何保證它的實現(xiàn)？

「答案」：

多重中斷：CPU在響應(yīng)處理中斷過程中，允許響應(yīng)處理更高級別的中斷請求，這種方式稱為多重中斷。

實現(xiàn)方法：在中斷服務(wù)程序的起始部分用一段程序來保存現(xiàn)場、送新屏蔽字以屏蔽同級別和低級別的中斷請求、然后開中斷，這樣CPU就可響應(yīng)更高級別的中斷請求，實現(xiàn)多重中斷。

2003年：

30.簡述外圍設(shè)備接口的主要功能。（新教材取消了這一內(nèi)容）

31.試對程序中斷方式和 DMA 方式各分別舉出二種應(yīng)用例子。

「答案」：

中斷方式常用于打印機輸出、鍵盤輸入等；

DMA方式常用于讀／寫磁盤、讀／寫磁帶等。

2004年：

30.主機與外圍設(shè)備之間信息傳送的控制方式有哪幾種？采用哪種方式 CPU 效率最低？

「答案」：主機與外圍設(shè)備之間信息傳送的控制方式有四種：程序查詢方式、中斷方式、DMA方式和通道方式。程序查詢方式CPU 效率最低。

31.試比較中斷方式與 DMA 方式的主要異同，并指出它們各自應(yīng)用在什么性質(zhì)的場合。

「答案」：

相同點：這兩種方式下，主機和I/O設(shè)備都是并行工作。

不同點：中斷方式在CPU響應(yīng)了I/O設(shè)備的中斷請求后，要暫?，F(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)為I/O設(shè)備服務(wù)。DMA 方式直接依靠硬件實現(xiàn)主存與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)直傳，傳送期間不需要CPU程序干預(yù)，CPU可繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，CPU效率比中斷方式。

DMA 方式適用場合：高速、批量數(shù)據(jù)的簡單傳送。

中斷方式適用場合：處理復(fù)雜隨機事件、控制中低速1/O設(shè)備。

2005年：

30.基本的DMA控制器的主要部件有哪些？

「答案」：基本的DMA控制器的主要部件有：地址寄存器、長度計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、標(biāo)志寄存器、命令寄存器、控制邏輯等。

31.簡述多重中斷系統(tǒng)中CPU響應(yīng)處理一次中斷的步驟。

「答案」：① 關(guān)中斷；② 保存現(xiàn)場信息；③ 判別中斷條件；④ 開中斷；⑤ 執(zhí)行中斷服務(wù)程序；⑥ 關(guān)中斷；⑦ 恢復(fù)現(xiàn)場信息；⑧ 開中斷。

由上可見，每年都會考本章的兩道以上的簡答題。考試的兩個重點：一個是DMA方式的有關(guān)知識（每年都考），另一個是中斷方式有關(guān)內(nèi)容。這兩方面大家一定重點掌握。

下面一些知識也要求大家了解

1.中斷方式的接口控制器功能：能向CPU發(fā)出中斷請求信號；能發(fā)出識別代碼提供提供引導(dǎo)CPU在響應(yīng)中斷請求后轉(zhuǎn)入相應(yīng)服務(wù)程序的地址； CPU要能夠?qū)χ袛嗾埱筮M行允許或禁止的控制；能使中斷請求參加優(yōu)先級排隊。

2.CPU與外圍設(shè)備進行通信有三種類型：① CPU向外圍設(shè)備發(fā)出操作控制命令；② 外圍設(shè)備向CPU提供狀態(tài)信息；③ 數(shù)據(jù)在CPU和外圍設(shè)備之間傳遞。

3.中斷裁決機制：輪詢、菊花鏈、獨立請求。

4.CPU與DMA訪問內(nèi)存沖突的裁決的三種方法：① CPU等待DMA的操作；② DMA乘存儲器空閑時訪問存儲器；③ CPU與DMA交替訪問存儲器。

5.CPU啟動DMA的步驟：① 測試設(shè)備狀態(tài)；② 寫存儲器地址寄存器；③ 寫長度計數(shù)器；④ 啟動DMA控制邏輯。

6.通道的三種類型：

選擇通道：它與設(shè)備之間的傳輸一直維持到設(shè)備請求的傳輸完成為止，然后為其它外圍設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)寬度是可變的，通道中包含一個保存IO數(shù)據(jù)傳輸所需的參數(shù)寄存器。

數(shù)組多路通道：以數(shù)組為單元在若干高速傳輸操作之間進行交叉復(fù)用。

字節(jié)多路通道：用于連接多個慢速的和中速的設(shè)備，這些設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送以字節(jié)為單位，字節(jié)交叉模式、猝發(fā)模式。

7.字節(jié)多路通道與數(shù)組多路通道的區(qū)別：首先數(shù)組多路通道允許多個設(shè)備同時工作，但只允許一個設(shè)備進行傳輸型操作，而其它設(shè)備進行控制型操作；字節(jié)多路通道不僅允許多個設(shè)備操作，而且允許它們同時進行傳輸型操作。其次，數(shù)組多路通道與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個設(shè)備傳送完一個數(shù)據(jù)塊以后才能為別的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，而字節(jié)多路通道與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送基本單位是字節(jié)，各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進行的。

8.通道的功能：① 接受CPU的I/O操作指令，按指令要求控制外圍設(shè)備；② 從內(nèi)存中讀取通道程序，并執(zhí)行，即向設(shè)備控制器發(fā)送各種命令；③ 組織和控制數(shù)據(jù)在內(nèi)存與外設(shè)之間的傳送操作；④ 讀取外設(shè)的狀態(tài)信息，形成整個通道的狀態(tài)信息，提供給CPU或保存在內(nèi)存中；⑤ 向CPU發(fā)出IO操作中斷請求，將外圍設(shè)備的中斷請求和通道本身的中斷請求按次序報告CPU。