考研复试计算机组成原理面试题（五）——总线与IO系统

写作目的：为了应对考研复试中的面试，我整理了导师可能提问的地方，力求用口语化的语言描述出来。

这只是一部分，陆续还有计算机组成原理的其它章节，还会推出操作系统、数据结构、计算机网络、数据库的复试题整理

思维导图在我的processon。如果对你有帮助就打赏一下吧。

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目录

总线系统

总线的定义和特点

总线的猝发传输方式是什么？

总线分类

总线传输周期、总线宽度、总线带宽、总线复用

引入总线结构有什么好处

引入总线会导致什么问题，如何解决

集中仲裁的三种集中仲裁方式方式

描述分布仲裁方式

总线传输的四个阶段

描述同步和异步的优缺点

异步方式的三种类型

同一时间可以有多对主从设备同时使用总线吗

IO系统

什么是IO接口

IO接口的功能?

IO接口的类型

什么是IO端口，有哪些编址类型

中断响应的三个条件是什么？

描述程序中断方式过程

向量中断、中断向量、向量地址是哪个概念

程序中断和调用子程序有什么区别？

中断响应优先级和中断处理优先级有什么区别

IO指令和通道指令

DMA方式和中断方式的区别

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总线系统

总线的定义和特点

总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传输线路。分时和共享是总线的两个特点。

总线的猝发传输方式是什么？

在一个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字，就是猝发传输方式。

总线分类

片内总线、系统总线、通讯总线

系统总线又分为数据总线（双向）、地址总线（单向）、控制总线

按照时序控制方式：同步总线和异步总线；

按照数据传输格式：并行总线和串行总线。

总线传输周期、总线宽度、总线带宽、总线复用

总线传输周期：一次总线操作所需要的时间，包括申请阶段、寻址阶段、传输阶段、和结束阶段。总线周期通常由若干个总线时钟周期构成，也就是机器时钟周期。

总线宽度：总线上能够同时传输的数据位数。

总线带宽：可理解为总线的数据传输率即单位时间内总线上可传输的数据位数，通常用每秒可传输的数据字节数表示。

总线复用：一种信号线在不同的时间传输不同的信息，因此可以较少使用线。

总线带宽=总线宽度X总线频率

引入总线结构有什么好处

①简化系统结构，便于系统设计；

②减少连线数目，便于布线，减小体积

③便于接口设计，所有总线设备都采用类似接口

④便于系统扩充，实现模块化

⑤便于设备软件设计

⑥便于故障检测。

引入总线会导致什么问题，如何解决

引入总线后，总线上的设备会分时共享总线，当设备多了会产生总线冲突。应该采用总线仲裁来解决冲突。

集中仲裁的三种集中仲裁方式方式

链式查询方式；计数器定时查询；独立请求方式；

描述分布仲裁方式

不需要中央仲裁器，每个主模块都有自己的仲裁器。当有总线请求时，就回吧他们各自唯一的仲裁号发到仲裁总线上。

总线传输的四个阶段

申请分配阶段、寻址阶段、传输阶段、结束阶段。

描述同步和异步的优缺点

同步方式，系统采用统一的时钟周期来协调发送和接受双方的传送定时关系。时钟产生相等的时间间隔构成一个总线周期。优点是传输速度快，总线控制逻辑简单。缺点是主从设备强制同步，不能及时进行数据通信的有效性检验，可靠性差。适用于总线长度较短和总线所需部件的存取时间比较接近的系统。

异步方式，没有统一的时钟也没有固定的时间间隔，完全依靠传送双方相互制约的握手信号来实现定时控制。优点：总线周期长度可变，能保证两个工作速度相差跟大的部件可靠地通信。缺点是比同步方式控制要复杂，速度要慢一些。

异步方式的三种类型

不互锁方式；半互锁方式；全互锁方式。

同一时间可以有多对主从设备同时使用总线吗

不可以。在某个总线周期内，总线上只有一个主设备控制总线。

IO系统

什么是IO接口

IO接口是主机和外设的交接面，通过接口可以实现主机与外设的信息交换。由于主机和外设有很大的速度差异，所以需要接口来解决这个差异。

IO接口的功能?

1、实现主机和外设的通讯联络；2、进行地址译码和设备选择；3、实现数据缓冲；4、信号格式转换；5、传送控制命令和状态信息。

IO接口的类型

按照外设和接口侧的数据传送的方式可分为：并行接口和串行接口。

按主机访问IO设备的控制方式可分为：程序查询接口，中断接口、DMA接口。

按照功能选择的灵活性可分为可编程接口和不可编程接口

什么是IO端口，有哪些编址类型

IO端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器，主要有数据端口、状态端口、控制端口。CPU对数据端口可以执行读写操作，但对状态端口只能进行读操作，对控制端口只能进行写操作。

编址类型有：统一编制法和独立编制。统一编制，就是把IO端口的地址算作主存地址，这种方式优点是不需要专门的输入输出指令，使用统一的输入输出指令就行，还可以使端口有较大的编址空间，cpu访问IO更加方便灵活。缺点是端口占用存储器地址，使内存容量变小，而且执行速度较慢。

独立编址是IO端口地址独立于存储器地址。优点是对IO端口的输入输出指令和存储器指令有明显区别，程序清晰，容易理解。缺点是需要CPU提供对存储器读写和对IO读写两组控制信号，增加了控制的复杂性。

中断响应的三个条件是什么？

①中断源有中断请求

②CPU允许中断

③一条指令执行完毕，没有特别要紧的任务

描述程序中断方式过程

关中断、保存断点、引入中断服务程序（前三步由中断隐指令完成）、保存现场和屏蔽字、开中断、执行中断服务程序、关中断、恢复现场和屏蔽字、开中断返回断点。

向量中断、中断向量、向量地址是哪个概念

中断向量是指中断服务程序的入口地址；中断向量地址是指中断向量服务程序入口地址的地址。

向量中断是一种识别中断源的技术或方式。识别中断源的目的是找到中断源对应的中断服务程序入口地址的地址，进而获得中断向量地址。

程序中断和调用子程序有什么区别？

两者的根本区别在于服务时间和服务对象不一样。

1、调用子程序是主程序预先设置好的命令是可以被预知的，而中断的时间一般是随机的。

2、子之程序完全为主程序服务，而中断服务程序和主程序两者一般没有关系，不存在谁服务谁。

3、主程序调用子程序的过程完全属于软件处理过程，而中断属于软件硬件结合的过程。

4、子程序嵌套由计算机内存开辟的堆栈大小限制；而中断嵌套次数主要由优先级决定。

中断响应优先级和中断处理优先级有什么区别

中断响应优先级，是CPU响应中断的顺序，是由硬件排队电路或中断查询子程序顺序决定的，不可动态改变。而中断处理优先级是由中断屏蔽字来改变的，反应两个中断之间的优先处理次序，当先来的中断低于后来的中断时就要处理后来的中断。

IO指令和通道指令

I/O指令：I/O指令是计算机系统的一部分，由CPU执行。在采用通道的计算机系统中，I/O指令不直接控制I/O数据的传送，它只负责启动、停止I/O的过程、查询通道和I/O设备的状态、控制通道进行某些操作。

DMA方式和中断方式的区别

1、中断方式是程序的切换，需要保护现场；而DMA方式除了预处理和后处理，不需要使用CPU

2、中断请求的响应只能发生在每条指令执行完毕；对DMA的响应可以发生在每个机器周期结束，只要CPU不占用总线就可以被响应。

3、中断传送过程需要CPU的干预；而DMA不需要CPU的干预，所以传输效率非常高。

4、DMA的请求优先于中断请求

5、中断方式依靠程序传送，而DMA要硬件传送

6、中断方式有对异常事件的处理能力，而DMA方式仅仅限于数据块的IO操作。