微計(jì)算機(jī)原理(第2版)第l六章課后習(xí)題答案潘名蓮 馬爭 丁慶生 編著

1、第6章 輸入/輸出技術(shù) 6-1 能否用主機(jī)不經(jīng)接口直接與外設(shè)相接構(gòu)成一個(gè)微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)？為什么？解：不能。由于i/o外設(shè)的種類繁多，包括光、機(jī)、電、聲和磁等外設(shè)。它們的工作速度高低不一，i/o設(shè)備所處理的信息格式也有多種形式：有串行也有并行，有數(shù)字式也有模擬式，有標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號，也有非標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號。因此，cpu與i/o外設(shè)交換信號是比較復(fù)雜的。i/o設(shè)備不能直接接到計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線上，而必須通過專門的i/o接口才能實(shí)現(xiàn)二者之間的相互通信。6-2 簡述接口電路組成中各部分的作用，并區(qū)分什么是接口？什么是端口？解：接口電路接收并執(zhí)行cpu發(fā)來的控制指令，傳遞外設(shè)的狀態(tài)及實(shí)現(xiàn)cpu和外設(shè)之間

2、的數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鳌＝涌陔娐分饕扇舾蓚€(gè)寄存器及相應(yīng)的控制電路組成。cpu和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，各類信息存入接口中的各個(gè)不同寄存器。cpu可以訪問這些寄存器，故稱之為i/o端口。6-3 說明cpu對i/o設(shè)備采用的兩種不同編址方式的優(yōu)缺點(diǎn)和訪問i/o設(shè)備采用的指令有哪些？解：i/o端口的編址方有：統(tǒng)一編址和i/o端口單獨(dú)編址。 統(tǒng)一編趾方式又叫存儲器映象方式，是從存儲器空間劃出一部分給i/o端口。每個(gè)端口相當(dāng)于一個(gè)存儲單元。優(yōu)點(diǎn)是指令系統(tǒng)簡單，便于掌握，且訪問外設(shè)的尋址方式多。缺點(diǎn)是，譯碼相對復(fù)雜 i/o端口單獨(dú)編址：譯碼電路相對簡單（i/o指令所需地址線相對較少）。缺點(diǎn)：指令系統(tǒng)相對復(fù)雜，且單

3、獨(dú)的i/o指令尋址方式弱。在指令方面，統(tǒng)一編址無需專門的輸入/輸出類指令；而單獨(dú)編址，則要有關(guān)的輸入/輸出類指令in/out及尋址方式6-4 說明cpu與i/o設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的控制方式有哪些？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)？解：cpu與外設(shè)之間交換信息有下列控制方式。（1） 無條件傳送（同步傳送）：cpu直接與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)，不必預(yù)先檢查外設(shè)狀態(tài)。因而程序簡單，硬件節(jié)省，但要求時(shí)序配合精確。故無條件傳送方式使用較少，僅適用于數(shù)據(jù)變化緩慢，而且操作時(shí)間固定的外設(shè)。如對開關(guān)信號的輸入，led顯示器的輸出等一些簡單外設(shè)的操作（2） 條件傳方式（異步傳送，查詢）：對i/o設(shè)備的適應(yīng)性較好，不要求cpu與外設(shè)同步，編

4、程容易，使用方便。然而只有在i/o設(shè)備確定已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的情況下，才能進(jìn)行傳送。條件傳送比無條件傳送準(zhǔn)確可靠。但是cpu要不斷地查詢外設(shè)的狀態(tài)，例如：用查詢方式實(shí)現(xiàn)從終端鍵盤輸入字符信息，由于輸入字符的流量是很不規(guī)則的，cpu必須頻繁地檢測鍵盤輸入端口是否有字符進(jìn)入，以避免造成字符丟失。這樣就占用了大量的時(shí)間，cpu的效率較低，在實(shí)際控制系統(tǒng)中不能達(dá)到實(shí)時(shí)處理的要求。（3） 中斷控制方式：改善了程序查詢方式的缺點(diǎn)。中斷傳輸方式中，cpu與外界以并行關(guān)系工作，因而提高了cpu的利用效率的控制程序執(zhí)行的實(shí)效性。但中斷工作過程較復(fù)雜，編程較難。（4） dma傳送方式：前面的程序控制方式和中斷方式都是靠

5、cpu執(zhí)行程序指令來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入/輸出的，所以仍要花費(fèi)cpu很多時(shí)間，數(shù)據(jù)傳輸率不會很高。對于高速外設(shè)，如高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等往往滿足不了數(shù)據(jù)傳輸率的要求。由此產(chǎn)生不需要cpu干預(yù)的外設(shè)與存儲器直接數(shù)據(jù)傳送，稱“直接存儲器存取”（簡稱dma）傳送方式。dma的優(yōu)點(diǎn)是：適用于批量i/o數(shù)據(jù)高速傳送。目前，在高速網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）及各種高速接口電路中，采用dma技術(shù)來得到高速率的數(shù)據(jù)傳輸。其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)0.5mb/s以上。缺點(diǎn)是：dma需要需要專門的硬件控制電路（稱為dma控制器），因此硬件投資較大。dma傳輸前，由cpu對控制器初始化；結(jié)束后，由cpu對其進(jìn)行結(jié)束處理，即dma控制器只能完成i/

6、o操作，不能對傳送數(shù)據(jù)進(jìn)行其他處理。為了減輕cpu的負(fù)擔(dān)，可采用一種更為有效數(shù)據(jù)傳送方式，即輸入輸出處理機(jī)（iop）方式。6-5 試從存儲器地址為40000h的存儲單元開始輸出1kb的數(shù)據(jù)給端口地址符號為outport的外設(shè)中，接著又從端口地址符號為inport的外設(shè)輸入2kb數(shù)據(jù)給首地址為40000h的存儲單元。請用無條件傳送方式寫出8086/8088指令系統(tǒng)的輸入/輸出程序（端口地址值自定）。解：data segment at 4000hbuf db 2048 dup (?)outport equ 10hinport equ 20hdata endscode segment assume

7、cs; code, ds: datamain proc far push ds movax , 0 push ax mov ax, data mov ds, axstart: lea si, buf mov cx, 1024 cldaga: mov al, si out 10h, al inc si loop aga lea di, buf mov cx, 2048agai: in al, 20h mov di, al inc di loop agai retmain endpcode ends end start6-6 若有一臺打印機(jī)，它輸出數(shù)據(jù)的端口為10h，狀態(tài)端口地址為20h，其d7位

8、為狀態(tài)位。若d7=0，則表示打印數(shù)據(jù)緩沖區(qū)空，cpu可向它輸出新的數(shù)據(jù)。試編寫出一程序，從存儲器buffer區(qū)送1kb的數(shù)據(jù)給打印機(jī)，一次送一個(gè)數(shù)據(jù)（用查詢方式傳送）。解： mov bx, offset buf mov cx, 0400hwait1：mov dx, 20hwait0：in al, dx and al, 80h jnz wait0 mov al, bx mov dx, 10h out bx, al inc bx dec cx jnz wait1 hlt6-7 用查詢方式編寫一個(gè)程序，能從鍵盤輸入一個(gè)字符串，存放到內(nèi)存中以buf開始的緩沖區(qū)（端口地址和狀態(tài)標(biāo)志自行決定）。解：（1）

9、 用鍵盤輸入字符串至內(nèi)存緩沖區(qū)，應(yīng)采用0ah號dos系統(tǒng)功能調(diào)用。 入口參數(shù)ds：dx=緩沖區(qū)首地址，ds段基址，dx偏移地址 出口參數(shù)（ds：dx+1)=實(shí)際輸入的字符數(shù)。（2） 建立一個(gè)輸入緩沖區(qū)： 第一個(gè)字節(jié)緩沖區(qū)最多可以容納的字符個(gè)數(shù)。 第二個(gè)字節(jié)緩沖區(qū)實(shí)際接收的字符個(gè)數(shù)（回車鍵除外）。 第三個(gè)字節(jié)由此開始存放從鍵盤輸入的字符，直到輸入回車鍵（0）結(jié)束。（） 設(shè)狀態(tài)位。當(dāng)，為有效狀態(tài)，字符串以為結(jié)束符。程序：data segmentbuf db 100 db ? db 100 dup (?) sport equ 20hdata endscode segment assume cs: c

10、ode, ds: datast proc far push ds mov ax, 0 push ax mov ax, data mov ds, axpoll: in al, sport test al, 80h jz pollkeybi: mov dx, offset buf mov ah, oah int 21h retst endpcode ends end st6-8 簡述8237a的工作原理及初始化編程的步驟。解：（1） 假設(shè)從外設(shè)往內(nèi)存輸入一個(gè)數(shù)據(jù)塊（輸入過程），在單字節(jié)傳輸方式下，其主要工作過程為：8237a收到外設(shè)發(fā)來的請求后，便向cpu發(fā)總線請求信號。在現(xiàn)行總線周期結(jié)束后，cp

11、u發(fā)出總線相應(yīng)信號。8237a獲得總線控制權(quán)。8237a將其地址寄存器的內(nèi)容送到地址總線上，并向外設(shè)發(fā)dma響應(yīng)信號。8237a產(chǎn)生讀i/o接口控制信號，令i/o接口把數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上。8237a發(fā)存儲器寫信號，使數(shù)據(jù)傳送到由地址總線上的地址所指向的內(nèi)存單元。8237a撤銷總線請求信號，cpu也撤銷總線響應(yīng)信號。8237a送回總線控制權(quán)。地址寄存器加1，字節(jié)計(jì)數(shù)器減1.若再傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，則重復(fù)上述過程。（2）8237a初始化編程，通常按以下步驟進(jìn)行：寫屏蔽字，阻止某通道的dma請求。寫命令字（8號地址），確定信號有效電平、優(yōu)先級方式、通道工作允許等。寫模式字（b號地址），確定某通道傳送方式、

12、傳送類型、地址寄存器變化方式等。置0先/后觸發(fā)器。設(shè)置地址寄存器、字節(jié)數(shù)寄存器的初值。清除某通道屏蔽位，允許8237響應(yīng)其dma請求。6-9 8237a選擇存儲器到存儲器的傳送模式必須具備哪些條件？解：必須使用8237a內(nèi)部的暫存器作為數(shù)據(jù)傳送的緩沖器。8237a通道0的地址寄存器存放存儲器的源地址，通道1的地址寄存器存放存儲器的目的地址，字節(jié)計(jì)數(shù)器存放傳送的字節(jié)數(shù)；建立通道0的軟件dma請求來啟動(dòng)這一傳輸過程。6-10 8237a只有8位數(shù)據(jù)線，為什么能完成16位數(shù)據(jù)的dma傳送？8237a的地址線為什么是雙向的？解：i/o與存儲器間在進(jìn)行dma傳送過程中，數(shù)據(jù)是通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線傳送的，不

13、經(jīng)過8237a的數(shù)據(jù)總線，系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線具有16位數(shù)據(jù)的傳輸能力。 8237a的a0a3地址線是雙向的，當(dāng)8237a被主機(jī)編程或讀狀態(tài)處于從屬狀態(tài)，a0a3 為輸入地址信號，以便主機(jī)對其內(nèi)部寄存器進(jìn)行尋址訪問。當(dāng)8237a取得總線控制權(quán)進(jìn)行dma傳送時(shí)，a0a3輸出低4位地址信號供存儲器尋址對應(yīng)單元用，a0a3 必需是雙向的。6-11 dma控制器應(yīng)具有哪些功能？解：（1） dmac接收cpu的dma傳輸指令及相應(yīng)參數(shù)（dma頁面寄存器接收傳輸?shù)刂讽撁嫣枺?。?） dmac接收i/o接口的dma請求，并向cpu提出總線請求信號。（3） 在cpu完成總線周期后予以響應(yīng)，輸出總線應(yīng)答信號。（4） d

14、mac接管總線通知i/o接口dma響應(yīng)，并開始進(jìn)入dma傳輸。（5） dmac在傳輸階段直接控制i/o接口與ram進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。（6） 在dma傳輸結(jié)束時(shí)，dmac向i/o接口輸出終止信號，提出中斷請求。6-12 說明8237a單字節(jié)dma傳送數(shù)據(jù)的全過程，8237a單字節(jié)dma傳送與數(shù)據(jù)塊dma傳送有什么不同？解：8237a單字節(jié)dma傳送數(shù)據(jù)的全過程是：8237a取得總線控制權(quán)以后進(jìn)行單字節(jié)的dma傳送，傳送完一個(gè)字節(jié)以后修改字節(jié)計(jì)數(shù)器和地址寄存器，然后就將總線控制權(quán)放棄。若i/o的dma請求信號dreq繼續(xù)有效，8237a再次請求總線使用權(quán)進(jìn)行下一字節(jié)的傳送。 單字節(jié)傳送方式下，8237

15、a每傳送完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)就釋放總線，傳送下一字節(jié)時(shí)再請求總線的控制權(quán)。塊傳送方式下8237a必須把整個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送完才釋放總線。6-13 8237a什么時(shí)候作為主模塊工作，什么時(shí)候作為從模塊工作？試說明在這兩種工作模式下，各控制信號處于什么狀態(tài)。解： 8237a取得總線控制權(quán)后，開始進(jìn)行dma傳送過程，此時(shí)8237a作為主模塊工作。8237a在被處理器編程或讀取工作狀態(tài)時(shí)，處于從模塊工作狀態(tài)。 8237a處于從模塊時(shí)，若/cs=0、hlda=0說明它正被編程或處于讀取狀態(tài)，/ior與/iow為輸入，a0a3為輸入。8237a處于主模塊時(shí)，輸出地址信號a0a15（低8位經(jīng)a0a7輸出，高8位經(jīng)db0

16、db7輸出）。8237a還要輸出/ior、/iow、/memr、/memw、aen、adstb等有效信號供dma傳送過程使用。6-14 （略）6-15 微機(jī)系統(tǒng)總線層次化結(jié)構(gòu)是怎么樣的？系統(tǒng)總線的作用是什么？解：微機(jī)系統(tǒng)總線可劃分為如下4個(gè)層次。（1） 片內(nèi)總線：又稱芯片內(nèi)部總線，位于cpu芯片內(nèi)部，用來實(shí)現(xiàn)cpu內(nèi)部各功能單元電路之間的相互連接和信號的相互傳遞。（2） 片總線：又稱元件總線，是微機(jī)主板上以cpu為核心，芯片與芯片間相連接的總線。（3） 內(nèi)總線：又稱為微機(jī)系統(tǒng)總線，用來實(shí)現(xiàn)插件板與微機(jī)系統(tǒng)之間或插件板與插件板之間的連接，如標(biāo)準(zhǔn)的isa總線、pci總線等。（4） 外總線：又稱通信

17、總線，用于微機(jī)系統(tǒng)之間的連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與系統(tǒng)間的通信，如標(biāo)準(zhǔn)的rs-132c總線、usb總線等。6-16 試比較適用于80x86系列微機(jī)的并行總線的主要功能？解：參見課本p263表6-6.6-17 pci局部總線信號包括哪些？試述其作用是什么？解：（1） clk：pc總線時(shí)鐘。（2） ad0ad63：雙向三態(tài)信號，為地址與數(shù)據(jù)多路復(fù)用信號線，32位必備并能擴(kuò)展到64位。（3） ：雙向三態(tài)信號，為總線命令和字節(jié)允許多路復(fù)用信號線。（4） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為幀周期信號，由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示一次訪問的開始持續(xù)期。（5） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為主設(shè)備準(zhǔn)備好信號，在讀周期表

18、示數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)已可用，在寫周期表示主設(shè)備已準(zhǔn)備就緒接收數(shù)據(jù)。（6） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為從設(shè)備準(zhǔn)備好信號，在讀周期表示有效數(shù)據(jù)已提交到數(shù)據(jù)線上 ，在寫周期表示目標(biāo)設(shè)備已準(zhǔn)備就緒接收數(shù)據(jù)。（7） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為停止數(shù)據(jù)傳送信號，表示當(dāng)前目標(biāo)設(shè)備要求主設(shè)備停止對話。（8） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，在讀寫自動(dòng)配置空間作片選。（9） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為設(shè)備選中信號，由目標(biāo)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示總線上有目標(biāo)設(shè)備被選中。（10） ：低有效的三態(tài)信號，為總線占用請求信號，向總線仲裁表明本設(shè)備要求使用總線，每個(gè)主設(shè)備都應(yīng)有該線。（11） ：低有效的三態(tài)信號，

19、為總線占用允許信號，是總線申請相響應(yīng)信號。（12） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告響應(yīng)。（13） ：低有效的漏極開路信號，為系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告信號。（14） ：低有效的漏極開路信號，用來實(shí)現(xiàn)中斷請求。（15） ：低有效的輸入輸出信號，為試探返回信號。（16） sdone：高有效的輸入輸出信號，為監(jiān)聽完成信號。（17） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為64位傳輸請求信號。（18） ：持續(xù)的，低有效的雙向三態(tài)信號，為64位傳輸響應(yīng)信號。（19） par64：高有效的雙向三態(tài)信號，為奇偶雙字節(jié)校驗(yàn)信號。（20） ：低有效的輸入信號，為pc復(fù)位信號。6-18 什么是usb總線？它有哪些特點(diǎn)？可作為哪些設(shè)備的接口？解：usb是一種新型的外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)如下：（1） ：連接簡單快速。（2） 可用一種類型的連接器連接多個(gè)外設(shè)。（3） 支持多設(shè)備的連接。（4） 傳輸速率加快。（5） 內(nèi)置電源供應(yīng)。usb應(yīng)用于外設(shè)有：掃描器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)字聲音系統(tǒng)、顯示器、軟驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)卡及通用i/o設(shè)備打印