直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。
同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。 讨论：注意I/O交换方式、I/O传送分类方式与I/O联络方式的区别： 串行、并行I/O传送方式常用于描述I/O传送宽度的类型； I/O交换方式主要讨论传送过程的控制方法；
I/O联络方式主要解决传送时CPU与I/O之间如何取得通信联系以建立起操作上的同步配合关系。
? 同步方式适用于CPU与I/O工作速度完全同步的场合。
问题： I/O 要达到与CPU工作速度完全同步一般是不可能的。同步方式的实质是“就慢不就快”，如采用同步方式一般CPU达不到满负荷工作。
5.3 .I/O设备与主机交换信息时，共有哪鸡枞控制方式？简述它们的特点。
(1）程序直接控制方式：也称查询方式，采用该方式，数据在CPU和外设间的传送完全靠计算机程序控制，CPU的操作和外围设备操作同步，硬件结构简单，但由于外部设备动作慢，浪费CPU时间多，系统效率低。
（2）程序中断方式：外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU，在CPU相应I/O设备的中断请求后，在暂停现行程序的执行，转为I/O设备服务科明显提高CPU的利用率，在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工作，但硬件结构负载，服务开销时间大、
（3）DMA方式与中断方式一样，实现了主机和I/O设备的并行工作，由于DMA方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高，但DMA方式的硬件结构更为复杂。 I/O通道方式、I/O处理机方式。
6. 字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器，各有何作用？
解：显示缓冲存储器的作用是支持屏幕扫描时的反复刷新；只读存储器作为字符发生器使用，他起着将字符的ASCII码转换为字形点阵信息的作用。
8. 某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。字符信息的格式为一位起始位、七位数据位、一位校验位和一位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？
解：480×10=4800位/秒=4800波特； 波特——是数据传送速率波特率的单位。
注：题意中给出的是字符传送速率，即：字符/秒。要求的是数据传送速率，串行传送时一般用波特率表示。
两者的区别：字符传送率是数据的“纯”有效传送率，不含数据格式信息；波特率是“毛”传送率，含数据格式信息。
10. 什么是I/O接口?为什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？
解： I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件； I/O接口分类方法很多，主要有： 按数据传送方式分有并行接口和 串行接口两种；
按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。 5.12 结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。
解：程序查询接口工作过程如下（以输入为例）：1）CPU发I/O地址?地址总线?接口?设备选择器译码?选中，发SEL信号?开命令接收门；2）CPU发启动命令? D置0，B置1 ?接口向
设备发启动命令?设备开始工作；3）CPU等待，输入设备读出数据? DBR；4）外设工作完成，完成信号?接口? B置0，D置1；5）准备就绪信号?控制总线? CPU；6）输入：CPU通过输入指令（IN）将DBR中的数据取走；
若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作与输入类似。工作过程如下：1）CPU发I/O地址?地址总线?接口?设备选择器译码?选中，发SEL信号?开命令接收门；2）输出： CPU通过输出指令（OUT）将数据放入接口DBR中； 3）CPU发启动命令? D置0，B置1 ?接口向设备发启动命令?设备开始工作；4）CPU等待，输出设备将数据从 DBR取走；5）外设工作完成，完成信号?接口? B置0，D置1；6）准备就绪信号?控制总线? CPU，CPU可通过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。
13. 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。 解：
中断向量地址和入口地址的区别：
向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存地址编号，中断入口地址是中断服务程序首址。
中断向量地址和入口地址的联系：
中断向量地址可理解为中断服务程序入口地址指示器（入口地址的地址），通过它访存可获得中断服务程序入口地址。 (两种方法：在向量地址所指单元内放一条JUM指令；主存中设向量地址表。参考8.4.3） 讨论：
硬件向量法的实质：
当响应中断时，为了更快、更可靠的进入对应的中断服务程序执行，希望由硬件直接提供中断服务程序入口地址。但在内存地址字较长时这是不可能的。因此由硬件先提供中断源编号、再由编号间接地获得中断服务程序入口地址。这种中断源的编号即向量地址。
由于一台计算机系统可带的中断源数量很有限，因此向量地址比内存地址短得多，用编码器类逻辑部件实现很方便。
14. 在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？
解：I/O设备向CPU提出中断请求的条件是：I/O接口中的设备工作完成状态为1（D=1），中断屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU查询中断时，中断请求触发器状态为1（INTR=1）。
15. 什么是中断允许触发器？它有何作用？
解：中断允许触发器是CPU中断系统中的一个部件，他起着开关中断的作用（即中断总开关，则中断屏蔽触发器可视为中断的分开关）。
16. 在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？
解：CPU响应I/O中断请求的条件和时间是：当中断允许状态为1（EINT=1），且至少有一个中断请求被查到，则在一条指令执行完时，响应中断。
17. 某系统对输入数据进行取样处理，每抽取一个输入数据，CPU就要中断处理一次，将取样的数据存至存储器的缓冲区中，该中断处理需P秒。此外，缓冲区内每存储N个数据，主程序就要将其取出进行处理，这个处理需Q秒。试问该系统可以跟踪到每秒多少次中断请求？ 解：这是一道求中断饱和度的题，要注意主程序对数据的处理不是中断处理，因此Q秒不能算在中断次数内。
N个数据所需的处理时间=P×N+Q秒
平均每个数据所需处理时间= （P×N+Q） /N秒； 求倒数得：
该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/（P×N+Q）次。
19. 在程序中断方式中，磁盘申请中断的优先权高于打印机。当打印机正在进行打印时，磁盘申请中断请求。试问是否要将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行？为什么？
解：这是一道多重中断的题，由于磁盘中断的优先权高于打印机，因此应将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行。因为打印机的速度比磁盘输入输出的速度慢，并且暂停打印不会造成数据丢失。 讨论：
? 打印机不停，理由有如下几种： 打印内容已存入打印机缓存；? 问题：1）如果打印机无缓存呢？
2）如果打印机有缓存，还需要用程序中断方式交换吗？（应用DMA) 由于在指令执行末查中断，因此执行打印指令时不会响应磁盘中断。? 问题：打印中断处理程序=打印指令？
采用字节交叉传送方式，当两者同时请求中断时，先响应盘，再响应打印机，交叉服务。? 问题：这是程序中断方式吗？
由于打印机速度比CPU慢得多，CPU将数据发送给打印机后，就去为磁盘服务，而这时打印机可自己慢慢打印。?
问题：停止打印机传送=停止打印机动作？ 我有打印机，感觉上打印机工作是连贯的；? 问题：人的感觉速度=计算机工作速度？
28. CPU对DMA请求和中断请求的响应时间是否一样？为什么？
解： CPU对DMA请求和中断请求的响应时间不一样，因为两种方式的交换速度相差很大，因此CPU必须以更短的时间间隔查询并响应DMA请求（一个存取周期末）。 讨论：
CPU对DMA的响应是即时的；? 随时都能响应？
CPU响应DMA的时间更短；? ? DMA比中断速度高； 短、高或不一样的具体程度？
? 不一样。因为DMA与CPU共享主存，会出现两者争用主存的冲突，CPU必须将总线让给DMA接口使用，常用停止CPU访存、周期窃取及DMA与CPU交替访存三种方式有效的分时使用主存；
这种情况仅仅存在于DMA与中断程序之间吗？答非所问。
30. DMA的工作方式中，CPU暂停方式和周期挪用方式的数据传送流程有何不同？画图说明。 解：两种DMA方式的工作流程见下页，其主要区别在于传送阶段，现行程序是否完全停止
访存。
停止CPU访存方式的DMA工作流程如下：
现行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O
B C D 周期窃取方式的DMA工作流程如下：
现行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O
B C D
31. s，试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么？?假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40K次/秒，而相应的中断处理程序其执行时间为40
s? 解：该设备向CPU传送信息的时间间隔 =1/40K=0.025×103=25 < s?40
则：该外设不能用程序中断方式与主机交换信息，因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。 讨论：
s）比较接近，传送过程会频繁的打断CPU执行主程序，而执行中断服务程序，因此不能用程序中断方式……。?s）与中断处理时间（40?×I/O传送（25 错：此时CPU还有可能执行主程序吗？ 举例说明： （输入）
假设初始CPU空闲，则当I/O将第一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中后，向CPU发第一个中断请求，CPU立即响应；
I/O设备匀速运行， s时响应；?s后，第二个中断请求到来，CPU正在执行中断程序接收第一个数据， 40?25
s时响应；?s后，第三个中断请求到来，CPU正在执行中断程序接收第二个数据，要到80?50 s后，第四个中断请求到来，但此时第三个中断请求还没有响应，则放在数据缓冲寄存器中的第三个数据来不及接收，被第四个数据冲掉；?75 讨论：
s，CPU大部分时间处于“踏步等待”状态；? 交换一次用时25+40=65?
s? 错1：25 I/O传送间隔主要指设备准备数据的时间（输入），这段时间设备与CPU并行工作。
错2：程序中断不存在踏步等待。
? 10-6=1?40?40K.6秒，时间过长，用程序中断不划算； 中断处理程序执行时间=？? 错1：设备传送频率 错2：越慢速的设备越适合用中断。
若外设与CPU之间有足够大的缓冲区，则可以用程序中断方式；? 如果安排足够大的缓冲区，为何不用DMA方式？ 讨论（续）：
两者速度相差较小没有必要用中断。?
32. 是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？?设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1K字节，主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位（即每次传送16位）。假设一条指令最长执行时间是25 解：先算出磁盘传送速度，然后和指令执行速度进行比较得出结论。
16?16 =1K ×8 ×8 ?道容量=1KB×8 =1K ×4=4K字 数传率=4K字×3000转/分
=4K字×50转/秒 =200K字/秒 s?5?一个字的传送时间=1/200K字/秒 注：在此1K=1024，来自数据块单位缩写。
5 s?<<25 s，所以不能采用一条指令执行结束响应DMA请求的方案，应采取每个CPU机器周期末查询及响应DMA请求的方案（通常安排CPU机器周期=MM存取周期）。? 讨论：
扇面、扇段和扇区：扇面指磁盘分区后形成的扇形区域；扇段指扇面上一个磁道所对应的弧形区域；扇区通常用来泛指扇面或扇段。由于磁盘是沿柱面存取而不是沿扇面存取，因此习惯上扇区即指扇段，不用特别说明也不会引起误会。 问题：是否磁盘转一圈读完所有扇区上的磁道？
答：应为：磁盘转一圈读完一个磁道上的所有扇区，然后转到下一盘面的同一位置磁道接着读(如果文件未读完的话）。
? s，CPU工作周期大于主存周期，应采用DMA与CPU交替访存；?s，CPU执行指令20?s内主存占用5?不行，在25
s；?错1：题意为CPU执行指令25
指令周期；? 错2：CPU工作周期=内存周期（同步控制）而
? 不行，传送间隔=20ms，远大于指令执行周期，应在DMA接口设一小容量存储器，可减少DMA传送占用总线时间；
对于想采用DMA的慢速设备（像打印机等），可采用此法，对于磁盘不需要。另外，占用总线时间较长的DMA传送为停止CPU访存DMA，如采用周期窃取方式的DMA，每次传送只占一个主存周期时间。
33. 试从下面七个方面比较程序查询、程序中断和DMA三种方式的综合性能。 （1）数据传送依赖软件还是硬件； （2）传送数据的基本单位； （3）并行性； （4）主动性； （5）传输速度； （6）经济性； （7）应用对象。 解：比较如下：
（1）程序查询、程序中断方式的数据传送主要依赖软件，DMA主要依赖硬件。 （注意：这里指主要的趋势）
（2）程序查询、程序中断传送数据的基本单位为字或字节，DMA为数据块。 （3）程序查询方式传送时，CPU与I/O设备串行工作；
程序中断方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传送串行进行； DMA方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传送并行进行。 （4）程序查询方式时，CPU主动查询I/O设备状态；
程序中断及DMA方式时，CPU被动接受I/O中断请求或DMA请求。 （5）程序中断方式由于软件额外开销时间比较大，因此传输速度最慢； 程序查询方式软件额外开销时间基本没有，因此传输速度比中断快；
计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版)
