计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第五章 输入输出系统

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1、输入输出系统第第 五章五章补充题：一、某CRT显示器可显示64种 ASCII字符，每帧可显示72字24排；每 个字符字形采用78点阵，即横向7点， 字间间隔1点，纵向8点，排间间隔6点 ；帧频50Hz，采取逐行扫描方式。假设 不考虑屏幕四边的失真问题，且行回扫 和帧回扫均占扫描时间的20%，问：1）显存容量至少有多大？2）字符发生器（ROM）容量至少 有多大？3）显存中存放的是那种信息？4）显存地址与屏幕显示位置如何 对应？5）设置哪些计数器以控制显存访问与屏幕扫描 之间的同步？它们的模各是多少？6）点时钟频率为多少？解：1）显存最小容量=72248 =1728B2）ROM最小容量=648行8

2、列= 512B（含字间隔1点，或5127位） 3）显存中存放的是ASCII码信息。 4）显存每个地址对应一个字符显示位置，显示 位置自左至右，从上到下，分别对应缓存地址由低到 高。5）设置点计数器、字计数器、行计数器、排计 数器控制显存访问与屏幕扫描之间的同步。它们的模计算如下：点计数器模 = 7+1 = 8行计数器模 = 8 + 6 = 14字、排计数器的模不仅与扫描正程 时间有关，而且与扫描逆程时间有关， 因此计算较为复杂。 列方程： （72+x） 0.8 = 72（24+y） 0.8 = 24 解方程得：x = 18，y = 6，则：字计数器模 = 72 + 18 = 90排计数器模 =

3、 24 + 6 = 306）点频 = 50Hz 30排 14行 90 字 8点 = 15 120 000Hz= 15.12MHz讨论：1、VRAM、ROM容量应以字或字节为 单位；2、字模点阵在ROM中按行存放，一 行占一个存储单元；3、显存中存放的是ASCII码而不是 像素点；4、计算计数器的模及点频时应考 虑回扫时间。二、有一编码键盘，其键阵列为8 行16列，分别对应128种ASCII码字符 ，采用硬件扫描方式确认按键信号，问 ：1）扫描计数器应为多少位？2）ROM容量为多大？3）若行、列号均从0开始编排，则 当第5行第7列的键表示字母“F”时， CPU从键盘读入的二进制编码应为多少 （设

4、采用奇校验） ？ 4）参考教材图5.15，画出该键盘的 原理性逻辑框图；5）如果不考虑校验技术，此时 ROM是否可省？解：1）扫描计数器 = 7位（与键的个数有关）2）ROM容量 = 128 8 = 128B（与字符集大小有关）3）CPU从键盘读入的应为字符“F” 的ASCII码= 01000110（46H），其中最 高位为奇校验位（注：不是位置码）。4）该键盘的原理性逻辑框图见下页 ，与教材图5.15类似，主要需标明参数。5）如果不考虑校验技术，并按 ASCII码位序设计键阵列（注意），则 ROM编码表可省，此时7位计数器输出 值（扫描码或键位置码）即为ASCII码。8X168X16 键盘矩

5、阵键盘矩阵该键盘的原理性逻辑框图如下：七位七位 计数器计数器时钟时钟 发生器发生器ROMROM 128B128BCPUCPU列译码器列译码器4:164:16行行 译译 码码 器器 3:83:8中断中断 触发器触发器单单 稳稳延延 迟迟-RD-RD -CS-CS地址译码输入地址译码输入1. I/O有哪些编址方式？各有何特点 ？解：常用的I/O编址方式有两种： I/O与内存统一编址和I/O独立编址；特点： I/O与内存统一编址方式的 I/O地址采用与主存单元地址完全一样 的格式，I/O设备和主存占用同一个地 址空间，CPU可像访问主存一样访问 I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。I/O独立编址

6、方式时机器为I/O设备 专门安排一套完全不同于主存地址格式 的地址编码，此时I/O地址与主存地址 是两个独立的空间，CPU需要通过专门 的I/O指令来访问I/O地址空间。6 6讨论：I/O编址方式的意义：I/O编址方式的选择主要影响到指 令系统设计时I/O指令的安排，因此描 述其特点时一定要说明此种I/O编址方 式对应的I/O指令设置情况。 I/O与内存统一编址方式将I/O地 址看成是存储地址的一部分，占用主存 空间；问题：确切地讲， I/O与内存统一 编址的空间为总线空间，I/O所占用的 是内存的扩展空间。2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可 采用哪几种联络方式？它们分别用于什么 场合

7、？答： CPU与I/O之间传递信息常采用三 种联络方式：直接控制（立即响应）、 同 步、异步。 适用场合分别为：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

8、如何取得通信联系以建立起操 作上的同步配合关系。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：显示缓冲存储器中存放着 一屏要显示的字符ASCII码信息，它 的作用是支持屏幕扫描时的反复刷 新；只读存储器中存放着字符集中 所有字符的点阵信息，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：48010=4800位/秒=4800波特；波特是数据传

9、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?它与端口有何 区别？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端口一般指I/O接口中的各种 寄存器。为了便于程序对这些寄存器 进行访问，通常给每个寄存器分配一 个地址编号，这种编号被称为I/O端口 地址，相应的寄存器也叫作I/O端口。I/O接口和I/O端口是两个不同的 概念。一

10、个接口中往往包含若干个端 口，因此接口地址往往包含有若干个 端口地址。由于I/O设备的物理结构和工作 速率一般与主机差异很大，无法直 接相连，因此通常通过I/O接口进行 连接。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。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

11、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 CP

12、U， 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中断向量表表项 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JMP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

13、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

14、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。8 817. 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

15、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=PN+Q秒平均每个数据所需处理时间= （ PN+Q）/ N 秒；求倒数得：该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/ （PN+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

16、印不会造成数据丢失。22. 程序查询方式和程序中断方式 都是通过“程序”传送数据，两者的区别 是什么？答：程序查询方式通过“程序”传送 数据时，程序对I/O的控制包括了I/O准 备和I/O传送两段时间。由于I/O的工作 速度比CPU低得多，因此程序中要反复 询问I/O的状态，造成“踏步等待”，严 重浪费了CPU的工作时间。而程序中断方式虽然也是通过“程 序”传送数据，但程序仅对I/O传送阶段 进行控制，I/O准备阶段不需要CPU查 询。故CPU此时照样可以运行现行程序 ，与I/O并行工作，大大提高了CPU的 工作效率。25. 根据以下要求设计一个产生3 个设备向量地址的电路。（1）3个设备的优先级按ABC 降序排列。（2）A、B、C的向量地址分别为 110 100、010 100、000 110。（3）排队器采用链式排队电路。（4）当CPU发来中断响应信号 INTA时，可将向量地址取至CPU。解：此题与教材例5.2类似，可参 考设计。该设备向量地址的电路如下