計算機組成原理-袁春風chap9homework課件

第9章輸入輸出系統(tǒng)

作業(yè)南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風1第9章輸入輸出系統(tǒng)

作業(yè)南京大學計算機系1第一次作業(yè)解釋下列名詞：獨立編址方式統(tǒng)一編址方式存儲器映射I/O方式中斷向量向量中斷中斷響應優(yōu)先級中斷處理優(yōu)先級中斷服務程序可屏蔽中斷多重中斷中斷嵌套 習題3習題4習題6習題7習題9習題102南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第一次作業(yè)解釋下列名詞：2南京大學計算機系多媒體技術研究所第二次作業(yè)習題11(2)習題14(3)習題16(4)習題17(5)習題193南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)習題113南京大學計算機系多媒體技術研究所袁第一次作業(yè)解答(1)解釋下列名詞：參考答案（略）(2)CPU如何進行設備尋址？I/O端口的編址方式有哪兩種?各有何優(yōu)缺點？參考答案（略）(3)什么是程序查詢方式？說明其工作原理。參考答案（略）(4)什么是矢量中斷?說明在矢量中斷方式下形成中斷向量的基本方法。參考答案（略）(5)對于矢量中斷，為什么I/O模塊把中斷向量放在總線的數(shù)據(jù)線上而不是放在地址線上。參考答案：對于矢量中斷，中斷響應會引起一次總線操作，要求從總線上取得中斷向量。中斷向量是由I/O模塊送往CPU的一種特殊的數(shù)據(jù)信息。因而不能在單向輸出的地址線上傳輸。(6)習題9參考答案（略）4南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第一次作業(yè)解答(1)解釋下列名詞：4南京大學計算機系多媒第一次作業(yè)解答(7)習題10某一計算機帶有20個終端同時工作，在運行用戶程序的同時，能接受來自任意一個終端輸入的字符信息，并將字符回送顯示（或打?。Ｃ恳粋€終端的鍵盤輸入部分有一個數(shù)碼緩沖寄存器RDBRi(i=1～20),當在鍵盤上按下某一個鍵時，相應的字符代碼即進入RDBRi,并使它的“完成”狀態(tài)標志Donei(i=1～20)置1,要等處理器把該字符代碼取走后，Donei標志才置0。每個終端顯示（或打印）輸出部分也有一個數(shù)碼緩沖寄存器TDBRi(i=1～20),并有一個Readyi(i=1～20)狀態(tài)標志，該狀態(tài)標志為1時，表示相應的TDBRi是空著的，準備接收新的輸出字符代碼，當TDBRi接收了一個字符代碼后，Readyi標志才置0，并送到終端顯示（或打?。瑸榱私邮战K端的輸入信息，處理器為每個終端設計了一個指針PTRi(i=1～20)指向為該終端保留的主存輸入緩沖區(qū)。處理器采用下列兩種方案輸入鍵盤代碼，同時回送顯示（或打印）。①每隔一固定時間T轉入一個狀態(tài)檢查程序DEVCHC,順序地檢查全部終端是否有任何鍵盤信息要輸入，如果有，則順序完成之。②允許任何有鍵盤信息輸入的終端向處理器發(fā)出中斷請求。全部終端采用共同的向量地址，利用它使處理器在響應中斷后，轉入一個中斷服務程序DEVINT,由后者詢問各終端狀態(tài)標志，并為最先遇到的請求中斷的終端服務，然后轉向用戶程序。要求畫出兩個程序的流程圖。5南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第一次作業(yè)解答(7)習題105南京大學計算機系多媒體技術第一次作業(yè)解答參考答案：①程序DEVCHCT計時到T計時到DEVCHC主程序開始1=>iDonei=1(RDBRi)=>(PTRi)Readyi=1((PTRi))=>TDBRi,啟動i+1=>ii>20yyyNNN結束自動復位Done標志自動復位Ready標志6南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第一次作業(yè)解答參考答案：①程序DEVCHCT計時到T計時第一次作業(yè)解答②程序DEVINT終端設備中斷DEVINT主程序保護現(xiàn)場等準備工作1=>iDonei=1(RDBRi)=>(PTRi)Readyi=1((PTRi))=>TDBRi,啟動i+1=>ii>20yyyNNN出錯終端設備中斷恢復現(xiàn)場等結束工作，返回7南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第一次作業(yè)解答②程序DEVINT終端設備中斷DEVINT第二次作業(yè)解答(1)習題11若機器有5級中斷，中斷響應優(yōu)先級為1-2-3-4-5，而中斷處理優(yōu)先級為1-4-5-2-3。要求：①設計各級中斷處理程序的中斷屏蔽位(令1為屏蔽，0為開放)；②若在運行主程序時，同時出現(xiàn)第4、2級中斷請求，而在處理第2級中斷過程中，又同時出現(xiàn)1、5、3級中斷請求，試畫出此程序運行過程示意圖。8南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)解答(1)習題118南京大學計算機系多媒體技術第二次作業(yè)(2001/4/9)解答參考答案：①9南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)(2001/4/9)解答參考答案：9南京大學計算機第二次作業(yè)(2001/4/9)解答參考答案：②10南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)(2001/4/9)解答參考答案：10南京大學計算第二次作業(yè)解答(2)CPU響應中斷請求和DMA請求有什么區(qū)別？為什么通常使DMA請求的優(yōu)先權比中斷請求高？答：CPU響應中斷請求的結果是讓出處理器時間，調出相應的中斷服務程序來執(zhí)行，而響應DMA請求的結果是讓出總線控制權。(3)習題16設有一磁盤面共有磁道200道，盤面總存儲容量為1.6兆字節(jié)，磁盤旋轉一周時間25ms,每道有4個區(qū)，每兩個區(qū)之間有一個間隙，磁頭通過每個間隙需1.25ms。問：該磁盤通道所需最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少（字節(jié)/秒）？假如有人為上述磁盤機設計了一個與小型計算機之間的接口，如圖所示，磁盤讀出串行送入一個移位寄存器，每當移滿16位后向處理器發(fā)出一個請求交換數(shù)據(jù)的信號。處理器響應請求交換的信號。并取走寄存器的內容后，磁盤機讀出再串行送入下一個16位的字，如此繼續(xù)工作，如果現(xiàn)在已知處理器在接到請求交換的信號以后，最長響應時間是3微妙，這樣的接口設計能否正確工作？應如何改進？11南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)解答(2)CPU響應中斷請求和DMA請求有什么區(qū)別第二次作業(yè)解答參考答案：每個磁道的存儲容量：1.6x106/200字節(jié)區(qū)容量：1.6x106/(4x200)字節(jié)=？區(qū)時間：(25-1.25x4)/4ms=？最大數(shù)據(jù)傳輸率：4x105字節(jié)/秒（3.81字節(jié)/秒）送1位時間為：106/8x4x105=0.31微妙《3微妙而送一個字（16位）需2x1/4x105=5微妙>3微妙應增加一個16位數(shù)據(jù)緩沖器(4)習題17假定某計算機字長16位，主存周期為500毫微妙，運算器一次定點加法時間等于1.5微妙，配置的磁盤旋轉速度為每分鐘3000轉，盤組數(shù)據(jù)面的每一磁道存兩個數(shù)據(jù)塊，每一塊8000字符，同一磁道兩個數(shù)據(jù)塊之間相隔間隙的越過時間為2毫秒。問:(1)磁盤機在一個磁道上讀出的最大字符率是多少？(2)當磁盤機按最大字符率與主機交換數(shù)據(jù)時，主存頻帶空閑百分比是多少？12南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)解答參考答案：12南京大學計算機系多媒體技術研究第二次作業(yè)解答(3)設有一條直接尋址的“存儲器-存儲器”SS型加法指令，在無I/O操作打擾時的執(zhí)行時間等于多少？當磁盤I/O操作與一連串這種SS型加法指令同時進行時，問平均的有效加法指令執(zhí)行時間是多少？參考答案：(1)轉一圈的時間為：60x1000/3000=20ms

區(qū)間隙時間為：(20-2x2)/2=8ms

最大字符傳輸率為：8000/8=1000字符/毫秒(2)當16位/字符時，則每一個字符產生一個DMA請求，即每隔106/1000=1000ns產生一個DMA請求；

50%75%當8位/字符時，則每2個字符產生一個DMA請求，即每隔2000ns產生一個DMA請求；主存周期主存周期13南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)解答(3)設有一條直接尋址的“存儲器-存儲器”SS第二次作業(yè)解答(3)無I/O打擾時，執(zhí)行一條指令的時間為：取指500ns+取源500ns+取目500ns+執(zhí)行1500ns+存結果500=3.5μs假定16位/字符，則每隔106/1000=1000ns產生一個DMA請求；假定8位/字符，則每隔2000ns產生一個DMA請求；5μs4μs14南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)解答(3)無I/O打擾時，執(zhí)行一條指令的時間為：第二次作業(yè)解答(5)習題19

某終端通過RS-232串行通信接口與主機相連，采用起止式異步通信方式，若傳輸速率為1200波特，傳輸數(shù)據(jù)為8位代碼、無校驗位、停止位為1位。則傳送一個字節(jié)所需時間約為多少？若傳輸速度為2400波特，停止位為2位，其他不變，則傳輸一個字節(jié)的時間為多少？參考答案:

(a)一個字符共占：1+8+1=10位所以一個字符所需時間約為：10x(1/1200)=8.3毫秒(b)一個字符共占：1+8+2=11位所以一個字符所需時間約為：11x(1/2400)=4.6毫秒15南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風第二次作業(yè)解答(5)習題1915南京大學計算機系多媒體技術補充題目思考題（書中第六章習題8）AComputerconsistofaCPUandanI/OdeviceDconnectedtomainmemoryMviaa1-wordsharedbus.TheCPUcanexecuteamaximumof105instructionspersecond.Anaverageinstructionrequiresfivemachinecycles,threeofwhichusethememorybus.Amemoryreadorwriteoperationusesonemachinecycle.SupposethattheCPUiscontinuouslyexecuting“background”programsthatrequire95%ofitsinstrutionexecutionratebutnotanyI/Oinstrutions.NowtheI/OdeviceistobeusedtotransferverylargeblocksofdatatoandfrommainmemoryM.IfprigrammedI/Oisusedandeach1-wordI/OtransferrequirestheCPUtoexecutetwoinstructions,estimatethemaximumI/OdatatransferrateRmaxpossiblethroughD.EstimateRmaxifDMAisused.16南京大學計算機系多媒體技術研究所袁春風補充題目思考題（書中第六章習題8）16南京大學計算機系多媒補充題目參考答案：TheCPUcanonlydevote5%ofitstimetoI/O.ThusthemaximumI/Oinstrutionexecutionrateis105x0.05

=5000instructions/sec.TheI/Otransferrateistherefore2500words/sec.Thenumberofmatchingcyclesavaila