《计算机组成原理》第五章知识点

1、知识点1、输入输出系统的组成：I/O软件(I/O指令、通道指令)、I/O硬件2、I/O 设备与主机的联系方式： I/O 设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式、 I/O 设备与主机的连接方式I/O设备编址方式：统一编址：将I/O地址看做是存储器地址的一部分，用取数、存数指令不统一编址：I/O地址和存储器地址是分开的，所有I/O设备的访问必须有专 门的I/O指令设备寻址可由I/O指令的设备码字段直接指出该设备的设备号。通过接口电路中的 设备选择电路，便可选中要交换信息的设备。传送方式：并行、串行联络方式：立即响应方式：用于一些工作速度十分缓慢的I/O设备异步工作采用应答信号联络：用于I/O设

2、备与主机工作速度不匹配时。同步工作采用同步时标联络：要求I/O设备与CPU工作的速度完全同步。3、I/O 设备与主机的连接方式辐射式连接方式：要求每台I/O设备都有一套控制线路和一组信号线，因此所用器 件和连线较多，对I/O设备的增删比较困难总线连接方式：便于增删设备，被大多数现代计算机所采用4、I/O 设备与主机信息传送的控制方式程序查询方式：是由CPU通过程序不断查询I/O设为被是否已经做好准备，从而控 制I/O设备与主机交换信息。要求I/O接口内设置一个能反映I/O设备是否准备就 绪的状态标记，CPU通过对此标记的检测，可得知I/O设备的准备情况，从而终止 了原程序的执行。CPU反复查询

3、的过程犹如就地“踏步”。(串行)CPU工作效率 不高。程序中断方式：CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已经准备就绪，继续执行 自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU提出中断请求后才予以响应，大大提 高了淳朴的工作效率。CPU执行程序与I/O设备做好准备是同时进行的，CPU资源 得到了充分的利用。DMA 方式(直接存储器存取方式：主存与 I/O 设备之间有一条数据通路，交换信 息是，无须调用中断服务程序。DMA和CPU同时访问主存，CPU将总线占有权让 给DMA(窃取或挪用)。窃取的时间一般为一个存取周期(周期窃取或周期挪用)。 传输速率仅受内存访问时间的限制，完全在硬件执行的/O方

4、式。5、接口和端口接口：若干个端口加上相应的控制逻辑才能组成接口。端口：是指接口电路中的一些寄存器，这些寄存器分别用来寻访数据信息、控制信 息和状态信息，相应的端口分别称为数据端口、控制端口、状态端口。6、接口的功能：选址功能设备选择线传送命令的功能命令线。命令寄存器、命令译码器传送数据的功能数据缓冲寄存器:暂存I/O设备与主机准备交换的信息，与I/O 总线中的数据线是相连的。有串并行转换能力。反应I/O设备工作状态的功能状态标志触发器。与I/O总线中的状态线相连7、在程序查询方式的输入输出系统中，假设不考虑处理时间，每一个查询操作需要100个 时钟周期，CPU的时钟频率为50 MHz。现有鼠

5、标和硬盘两个设备，而且CPU必须每秒对鼠 标进行30次查询，硬盘以32位字长为单位传输数据，即每32位被CPU查询一次，传输率 为2 MB/S。求CPU对这两个设备查询所花费的时间比率，由此可得出什么结论？ 解: (1)CPU每秒对鼠标进行30次查询，所需的时钟周期数为100 X 30=3000根据CPU的时钟频率为50MHz，即每秒50X106个时钟周期,故对鼠标的查询占用CPU 的时间比率为 3000 /(50X106) X 100% = 0.006 %可见，对鼠标的查询基本不影响CPU的性能。(2) 对于硬盘,每 32 位被 CPU 查询一次,故每秒查询2MB/4B = 512 K 次则

6、每秒查询的时钟周期数为100 X 512 X 1024 = 52.4 X10P故对磁盘的查询占用CPU的时间比率为(52.4X106)/(50X106) X 100% = 105 %可见，即使CPU将全部时间都用于对硬盘的查询也不能满足磁盘传输的要求因此CPU 一 般不采用程序查询方式与磁盘交换信息。8、CPU 响应中断的条件和时间： 条件：必须满足成CPU中的允许中断触发器EINT为“1”。该触发器可用开指令 置位(开中断)，可用关指令置位或硬件自动使其复位(关中断)。(2) I/O设备准备就绪的时间(即D=1)是随机的，而CPU是在统一的时刻(煤体哦啊 指令执行阶段结束前)向接口发中断查询

7、信号，以获取I/O的中断请求。因此，CPU 响应中断的时间一定是在每条指令执行阶段的结束时刻。9、程序中断服务流程：保护现场、中断服务(设备服务)、回复现场、中断返回10、单重中断和多重中断单重中断：不允许中断现行的中断服务程序CPU在执行中断服务程序时，对新的 中断请求不予理睬。多重中断：允许优先级更高的中断源。 CPU 在执行中断服务程序时，出现新的中断 请求，暂停现行的中断服务程序，专区处理新的中断请求。区别：主要在于“开中断”的设置时间不同。11、DMA方式的特点：停止CPU访问主存、周期挪用(周期窃取)、DMA与CPU交替访问。12、DMA接口的功能：向CPU申请DMA工作在CPU允

8、许DMA工作时hi,处理总线控制权的转交在DMA期间管理系统总线，控制数据传送确定数据传送的起始地址和数据长度，修正数据传送过程中的数据地址和数据长度在数据块传送结束时，给出DMA操作完成的信号。13、DMA传送过程：预处理、数据传送、后处理14、一个DMA接口可采用周期窃取方式把字符传送到存储器，它支持的最大批量为400个 字节。若存取周期为0. 2 p s,每处理一次中断需5p s,现有的字符设备的传输率为9 600 bps。假设字符之间的传输是无间隙的，试问DMA方式每秒因数据传输占用处理器多少时 间？如果完全采用中断方式，又需占处理器多少时间？解：根据字符设备的传输率为9 600 bp

9、s，则每秒能传输9600/8 =1200B (1200 个字符)若采用DMA方式，传送1200个字符共需1200个存取周期，考虑到每传400个字符需 中断处理一次，一次DMA方式每秒因数据传输占用处理器的时间是0.1p s*1200 + 5p s(1200/400)=135p s 若采用中断方式，每传送一个字符需要申请一次中断请求，每秒因数据传输占用处理器 的时间是：5 p s*1200=6000 p s15、假设磁盘采用DMA方式与主机交换信息，其传输速率为2MB/S,而且DMA的预处理需 1000个时钟周期，DMA完成传输后处理中断需500个时钟周期。如果平均传输的数据长度 为4KB，试问

10、在硬盘工作时，50MHZ的处理器需用多少时间比率进行DMA辅助操作(预处 理和后处理)？解：法一：传送4KB的数据长度需时4KB/2MB/S=0.002S=2000p s每传送 4KB 数据的预处理和后处理时间(1000+500)*(1/50MhZ)=30p s传送 4KB 数据所需总时间为2000p s+30p s=2030p s1 秒钟可以执行 1s/2030p s=493 次传送故 DMA 辅助操作暂用 CPU 的时间比率为(1000+500) *493/50MHZ=1.48%法二：DMA传送过程包括预处理、数据传送和后处理3个阶段。传送4KB的数据长度 需(4KB)/(2MBps) = 0.002S =2000p s如果磁盘不断进行传输，每秒所需DMA辅助操作的时钟周期数为(1000 + 500) /0.002s=750000故 DMA 辅助操作暂用 CPU 的时间比率为750000/(5