计算机组成原理第五版（白中英）第八章输入输出系统 习题

[中断处理]
[中断饱和]
[通道、DMA、中断三种基本I/O方式的异同点]

1. 如果认为CPU等待设备的状态信号是处于非工作状态(即踏步等待)，那么在下面几种主机与设备之间的数据传送中：
   （1）主程序与主机与设备是串行工作的:程序查询方式
   （2）主机与设备是并行工作的:DMA方式
   （3）主程序与设备是并行运行的：程序中断方式

2. 中断向量地址是：中断服务程序人口地址指示器

3. 利用微型机制作了对输人数据进行采样处理的系统。在该系统中，每抽取一个输人数据就要中断CPU一次，中断处理程序接收采样的数据，将其放到主存的缓冲区内。该中断处理需时x秒，另一方面缓冲区内每存储n个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需时y秒。因此该系统可以跟踪到每秒（ n/(n*x+y) ）次的中断请求。

4. 采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个（存储周期）的时间。

5. 通道的功能是：（执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输）、以及（向CPU报告中断）；按通道的工作方式分，通道有（选择通道）、（字节多路通道）、（数组多路通道）三种类型。

6. 在图8.9中，当CPU对设备B的中断请求进行服务时，如设备提出请求，CPU能够响应吗？为什么?如果设备B一提出请求总能立即得到服务，问怎样调整才能满足此要求?
   【答】(1)CPU 不能响应中断设备
   (2)因为同级中断不能嵌套，而A、B设备属于同级中断
   (3)如果想要设备B一提出请求即能得到服务，则应该使设备B为最高优先级，这里可将B单独接至3级IR，处于最高优先级。

7. [中断饱和] 在图8.9中，假定 CPU取指并执行一条指令的时间为t1，保护现场需t2，恢复现场需t3，中断周期需t4，每个设备的设备服务时间为tA,tB,…,tG。试计算只有设备A，D，G时的系统中断饱和时间。
   

8. [中断处理] 设某机有5级中断:L0,L1,L2,L3,L4，其中断响应优先次序为:L0最高，L1次之，L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1-L3-L0-L4-L2，试问:
   (1)下表中各级中断处理程序的各中断级屏蔽值如何设置(每级对应一位，该位为“0”表示允许中断，该位为“1”表示中断屏蔽)?
   
   (2)若这5级中断同时都发出中断请求，按更改后的次序画出进入各级中断处理程序的过程示意图。
   

9. 某机器CPU中有16个通用寄存器，运行某中断处理程序时仅用到其中2个寄存器，请问响应中断而进人该中断处理程序时是否要将通用寄存器内容保存到主存中去?需保存几个寄存器?
   【答】 响应中断而进入该中断处理程序时，需将通用寄存器内容保存到主存中去，但为减少中断处理时间，不必保存所有通用寄存器内容，这里只需将2个中断处理程序中用到的寄存器内容保存起来。

10. 参见图8.9所示的二维中断系统。
    (1)若CPU现执行E的中断服务程序，IM2.IM1.IM0 的状态是什么?
    【答】执行E的中断服务程序，则E级别及以下的IM置1关闭，IM2.IM1.IM0=011。
    (2) CPU现执行H的中断服务程序，IM2.IM1.IM0 的状态是什么？
    【答】执行H的中断服务程序，则H级别及以下的IM置1关闭，IM2.IM1.IM0=001。
    (3)若设备B一提出中断请求，CPU立即进行响应，应如何调整才能满足要求?
    【答】可将B从第2级取出单独放到第三级，使第三级优先级最高，即令IM3=0。

11. 比较通道、DMA、中断三种基本I/O方式的异同点。
    【答】
    (1)通道方式:可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了 CPU的工作效率。
    (2)DMA方式:数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的限制。需要更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批数据交换的场合。
    (3)中断方式:一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了 CPU的时间开销，但硬件结构稍复杂一些。
    一、相同点：通道、DMA、中断三种基本I/O方式均为外围设备和内存之间的输入/输出控制方式。
    二、不同点：
    (1)驱动方式不同：
    中断：允许I/O设备主动打断CPU的运行并请求服务，从而“解放”CPU，使得其向I/O控制器发送读命令后可以继续做其他有用的工作；
    DMA：直接存储器存取方式的基本思想是在I/O设备和内存之间开辟直接的数据交换通路，彻底“解放” CPU；
    I/O通道方式：DMA方式的发展，它可以进一步减少CPU的干预，即把对一个数据块的读（或写）为单位的干预，减少为对一组数据块的读（或写）及有关的控制和管理为单位的干预。
    (2)适用场景不同：
    中断：适用于高效场合
    DMA：不需要CPU干预介入的控制器来控制内存与外设之间的数据交流的场合
    I/O通道方式：适用于以字节为单位的干预，同时实现CPU、通道和I/O设备三者并行操作的场合
    (3)处理方法不同：
    中断：在系统中具有多个中断源的情况下,常用的处理方法有，多中断信号线法.中断软件查询法.雏菊链法、总线仲裁法和中断向量表法。
    DMA：获取总线的3种方式分别为:暂停方式、周期窃取方式和共享方式。
    I/O通道方式：通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器,它使主机与1/0操作之间达到更高的并行程度。按照所采取的传送方式,可将通道分为字节多路通道、选择通道和数组多路通道3种。

12. 用多路DMA控制器控制光盘、软盘、打印机三个设备同时工作。光盘以 20μs的间隔向控制器发DMA请求，软盘以90μs的间隔向控制器发DMA请求，打印机以180μs的间隔发 DMA 请求。请画出多路DMA控制器的工作时空图。