第七章 输入输出(IO)系统
- 格式:docx
- 大小:29.57 KB
- 文档页数:7
第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1.统一编址:将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待,将它们和内存单元联合在一起编排地址,用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器,从而实现数据的输入输出。
2.单独编址:将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址,用专门的控制信号进行输入输出操作。
3.CPU与外围设备进行通信有三种类型:(1)CPU向外围设备发出操作控制命令。
(2)外围设备向CPU提供状态信息。
(3)数据在CPU与外围设备之间的传递。
历年真题1.对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
(2002年)【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的,各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器,如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。
统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元,通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器,这样就可以使用访存指令来访问外设,输入输出操作简单,程序设计比较简便。
由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个,所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元,给每个外设设置至少一个地址码。
二、外围设备的定时1.外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。
2.实现输入输出数据传输的方式主要有:程序控制方式、直接存储访问(DMA)方式、通道方式。
程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。
历年真题1.对I/O数据传送的控制方式,可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
(2001年)【分析】对1/O数据传送的控制方式,可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。
程序中断控制方式只是其中的一种方法,独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排,使用专门的指令对其进行操作,可用在各种数据传送的控制方式中。
计算机基础知识什么是输入输出(IO)操作计算机基础知识:什么是输入输出(IO)操作计算机是一种用于处理数据的工具,而输入输出(IO)操作是计算机与外部世界进行数据交流的方式。
通过输入,我们可以将外部的数据传递给计算机进行处理,而输出则是将计算机处理后的数据传递给外部环境。
在本文中,我们将探讨输入输出操作的基础知识。
一、输入输出(IO)的概念输入输出是计算机与外部环境进行数据交流的方式。
输入是指将外部数据传递给计算机,供计算机进行处理和分析;输出则是将计算机处理后的数据传递给外部环境,供人们观察和使用。
在计算机系统中,输入输出设备起到了极为重要的作用。
例如,键盘、鼠标和触摸屏等输入设备用于接收用户的命令和数据,显示器、打印机等输出设备则用于向用户展示计算机处理的结果。
二、输入输出的分类1. 人机交互输入输出:这种输入输出方式主要是通过外部设备与人进行交互。
例如,使用键盘输入文字、鼠标点击图标进行操作、触摸屏选择菜单等。
同时,显示器将结果输出给人们观察。
2. 设备驱动程序输入输出:这种输入输出方式是通过设备驱动程序进行的。
计算机通过设备驱动程序与各类外部设备进行通信。
例如,打印机通过打印机驱动程序与计算机通信,将计算机处理的文档输出。
3. 文件输入输出:文件是计算机中存储数据的一种形式,也是计算机与外部世界交流的一种方式。
我们可以将数据存储在文件中,进行读取和写入操作。
三、输入输出的基本操作在计算机基础中,我们了解到输入输出操作的基本函数包括读取和写入。
读取是指从外部获取数据并传递给计算机进行处理;写入则是将计算机处理的结果传递给外部。
读取函数的基本形式如下:input(data):从外部读取数据,存储在变量data中。
写入函数的基本形式如下:output(data):将变量data中的数据写入外部设备,供外部环境使用。
四、输入输出的应用输入输出操作在计算机中得到了广泛的应用。
以下是一些常见的输入输出操作应用场景:1. 数据采集:许多科学实验、气象观测等需要收集大量外部数据,通过输入输出操作,这些数据可以传递给计算机进行进一步的分析和处理。
一、选择1、计算机所配置的显示器中,若显示控制卡上双薪存储器的容量是1MB,则当采用800×600像素的分辨率时,每个像素最多可以有(C)种不同的颜色。
A.256B.65536C.16MD.40962、CRT的分辨率为1024×1024像素,像素的颜色数为256,则刷新存储器的容量约为(B)A.256MB.1MC.256KBD.32MB3、CRT的分辨率为1024×1024像素,像素的颜色总数为256色,则刷新存储器每单元字长是(A)A.1个字节B.2个字节C.256个字节D.1024个字节4、若计算机屏幕上每个像素的灰度级为256,则刷新存储每个单元的宽度是。
5、显示汉字采用点阵字库,若每个汉字用16×16的点阵表示,7500个汉字的字库容量是240KB 。
6、磁盘存储器的等待时间通常是磁盘旋转半周所用的时间。
7、某磁盘的转速为7200r/min,传输速度为4MN/s,控制器开销为1ms,要保证读或写一个512B的扇区的平均时间为11.3ms。
那么,该磁盘的平均寻道时间不超过(D)A.3.9msB.4.7msC.5.5msD.6.1ms8、一个磁盘的转速为7200转/分,每个磁道有160个扇区,每扇区有512字节,那么理想情况下,其数据传输率为(C)A.7200×160KB/s B.7200KB/sC.9600KB/sD.19200KB/s9、某计算机系统中,假定硬盘以中断方式与处理机进行数据输入输出,以16位为传输单位,传输率为50KB/s,每次传输的开销(包括中断)为100个CPU时钟,处理器的主频为50MHz,请问软盘数据传送时占处理器的时间比例是10、设一个磁盘盘面共有200个磁道,盘面总存储容量60MB,磁盘旋转一周的时间为25ms,每磁道有8个扇区,各扇区之间有一间隙,磁头通过每个间隙需 1.25ms。
则磁盘通道所需最大传输率是11、下列有关程序中断I/O方式的叙述中,错误的是(D)A. 程序中断I/O方式是CPU和外设能够并行工作B. 中断I/O方式下,外设和CPU直接交换数据C. 中断I/O方式下,CPU会有额外的开销用于断点、现场的保护和回复等D. 中断I/O方式适用于像磁盘一类的高速设备12、指令执行结果出现异常而引起的中断是(B)A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断13、主存故障引起的中断是(C)A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断14、为了实现多级中断,保存现场信息最有效的方法是(B)A.通用寄存器B.堆栈C.存储器D.外存15、在中断处理过程中,完全由硬件自动执行的步骤是(A)A.保存中断点B.识别中断点C.保存将被中断服务程序破坏的通用寄存器的内容D.返回中断点16、在蛋鸡中断系统中,CPU一旦响应,则立即关闭中断允许标志,以防止本次中断任务结束前同级的其他中断产生另一次中断进行干扰。
第7章输入输出(I/O)系统键盘、鼠标、打印机都是常见的计算机外围设备,这些设备就是通常意义上所说的输入输出设备。
从功能上可以将输入输出设备分为两类,一类是完成输入输出操作的设备,另一类是作为外部存储器的设备,外部存储器的访问需要通过输入输出接口进行,因此也可以看作是一种输入输出设备。
各种外围设备通过输入输出接口与计算机主机相连,完成主机分配的任务并进行信息交换,这就是输入输出系统的功能。
输入输出接口需要连接各种不同类型、不同工作速度和数据传输速度的外围设备,因此产生了各种不同的输入输出控制方式。
本章首先介绍5种输入输出控制方式,然后重点介绍程序中断、DMA、通道这三种常用方式,最后介绍几个通用输入输出接口的实例。
7.1输入输出控制方式一般而言,CPU管理外围设备的输入输出控制方式有5种:程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式、外围处理机方式,前两种方式由软件实现,后三种方式由硬件实现。
1. 程序查询方式程序查询方式是早期计算机中使用的一种方式,CPU与外围设备的数据交换完全依赖于计算机的程序控制。
在进行信息交换之前,CPU要设置传输参数、传输长度等,然后启动外设工作,与此同时,外设则进行数据传输的准备工作;相对于CPU来说,外设的速度是比较低的,因此外设准备数据的时间往往是一个漫长的过程,而在这段时间里,CPU除了循环检测外设是否已准备好之外,不能处理其他业务,只能一直等待;直到外设完成数据准备工作,CPU才能开始进行信息交换。
这种方式的优点是CPU的操作和外围设备的操作能够完全同步,硬件结构也比较简单。
但是,外围设备的动作通常很慢,程序进行循环查询白白浪费了宝贵的CPU时间,数据传输效率低下。
在当前的实际应用中,除了单片机之外,已经很少使用程序查询方式了。
2. 程序中断方式中断是外围设备用来“主动”通知CPU,准备发送或接收数据的一种方式。
通常,当一个中断发生时,CPU暂停其现行程序,转而执行中断处理程序,完成数据I/O工作;当中断处理完毕后,CPU又返回到原来的任务,并从暂停处继续执行程序。
一、选择1、计算机所配置的显示器中,若显示控制卡上双薪存储器的容量是1MB,则当采用800×600像素的分辨率时,每个像素最多可以有(C)种不同的颜色。
A.256B.65536C.16MD.40962、CRT的分辨率为1024×1024像素,像素的颜色数为256,则刷新存储器的容量约为(B)A.256MB.1MC.256KBD.32MB3、CRT的分辨率为1024×1024像素,像素的颜色总数为256色,则刷新存储器每单元字长是(A)A.1个字节B.2个字节C.256个字节D.1024个字节4、若计算机屏幕上每个像素的灰度级为256,则刷新存储每个单元的宽度是。
5、显示汉字采用点阵字库,若每个汉字用16×16的点阵表示,7500个汉字的字库容量是240KB 。
6、磁盘存储器的等待时间通常是磁盘旋转半周所用的时间。
7、某磁盘的转速为7200r/min,传输速度为4MN/s,控制器开销为1ms,要保证读或写一个512B的扇区的平均时间为11.3ms。
那么,该磁盘的平均寻道时间不超过(D)A.3.9msB.4.7msC.5.5msD.6.1ms8、一个磁盘的转速为7200转/分,每个磁道有160个扇区,每扇区有512字节,那么理想情况下,其数据传输率为(C)A.7200×160KB/s B.7200KB/sC.9600KB/sD.19200KB/s9、某计算机系统中,假定硬盘以中断方式与处理机进行数据输入输出,以16位为传输单位,传输率为50KB/s,每次传输的开销(包括中断)为100个CPU时钟,处理器的主频为50MHz,请问软盘数据传送时占处理器的时间比例是10、设一个磁盘盘面共有200个磁道,盘面总存储容量60MB,磁盘旋转一周的时间为25ms,每磁道有8个扇区,各扇区之间有一间隙,磁头通过每个间隙需 1.25ms。
则磁盘通道所需最大传输率是11、下列有关程序中断I/O方式的叙述中,错误的是(D)A. 程序中断I/O方式是CPU和外设能够并行工作B. 中断I/O方式下,外设和CPU直接交换数据C. 中断I/O方式下,CPU会有额外的开销用于断点、现场的保护和回复等D. 中断I/O方式适用于像磁盘一类的高速设备12、指令执行结果出现异常而引起的中断是(B)A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断13、主存故障引起的中断是(C)A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断14、为了实现多级中断,保存现场信息最有效的方法是(B)A.通用寄存器B.堆栈C.存储器D.外存15、在中断处理过程中,完全由硬件自动执行的步骤是(A)A.保存中断点B.识别中断点C.保存将被中断服务程序破坏的通用寄存器的内容D.返回中断点16、在蛋鸡中断系统中,CPU一旦响应,则立即关闭中断允许标志,以防止本次中断任务结束前同级的其他中断产生另一次中断进行干扰。
17、设置中断屏蔽标志可以改变(D)A.多个中断源的中断请求优先级B.CPU对多个中断请求响应的优先次序C.多个中断服务程序被开始执行的次序D.多个中断服务程序执行完的次序18、设置中断排队判优逻辑的目的是使同时提出的请求中的优先级别最高者得到及时响应。
19、当有中断源发出请求时,CPU可以执行响应的中断服务程序,提出中断请求的可以是专用寄存器。
20、在以下情况下,可能不发生中断请求的是(B)A.DMA操作结束B.一条指令执行完毕C.机器出现故障D.执行“软中断”指令21、I/O设备提出中断请求的条件是I/O设备工作完成和系统允许。
22、CPU相应DMA请求的条件是当前(A)执行完。
A.机器周期B.总线周期C.硬件和软件D.固件23、在DMA方式传送数据的过程中,由于没有破坏(B)的内容,所有CPU可以正常工作(访存除外)。
A.程序计数器B.程序计数器和寄存器C.指令寄存器D.都不对24、以下关于DMA方式进行IO的描述中,正确的是(A)A.一个完整的DMA过程,部分由DMA控制器控制,部分由CPU控制B. 一个完整的DMA过程,完全由CPU控制C. 一个完整的DMA过程,完全由DMA控制器控制,CPU不介入任何控制D. 一个完整的DMA过程,完全由CPU采用周期挪用法控制25、在DMA方式中,由(A)发出DMA发出请求。
A.IO设备B.DMA控制器C.CPUD.内存26、采用DMA方式的数据传送,每传送一个数据要占用(A)A.一个存取周期B.一个指令周期C.一个机器周期D.一个中断周期27、DMA方式的并行性主要是指CPU和DMA控制器并行工作。
28、以下有关DMA方式的叙述中,错误的是(B)A. DMA方式下,DMA控制器向CPU请求的是总线使用权B. DMA方式可以用于键盘和鼠标器的数据输入C. 在数据传送阶段,不需要CPU介入,完全由DMA控制器控制D. DMA方式下要用到中断处理29、以下关于DMA控制器和CPU关系的叙述中,错误的是(B)A. DMA控制器和CPU都可以作为总线的主控设备B.当DNA控制器和CPU都需要使用总线访问内存时,CPU优先级别高C. CPU可以通过执行I/O指令来访问DMA控制器D. CPU可以通过执行指令来启动DMA控制器30、在配有通道的计算机系统中,用户程序需要输入输出时,引起的中断是(A)A.方管中断B.IO中断C.程序性中断D.外中断31、通过对CPU的请求方式是(B)A.总线请求B.中断C.通道命令D.通道状态字32、CPU对通道的启动时通过IO指令实现的。
33、通道程序结束时引起的中断是IO中断。
34、通道工作的四个步骤是:编制通道程序→启动IO通道→组织IO操作→向CPU发中断请求。
35、通道程序结束是引起的冲突是(B)A.访管中断B.IO中断C.程序性中断D.外中断36、由多个通道组成的IO系统中,IO系统的最大流量是各通道最大流量之和。
37、下列说法正确的是()A.计算机中一个汉字内码在主存中占4个字节B.输出额字型码16×16点阵在缓冲区存储区中占用32个字节C. 输出额字型码16×16点阵在缓冲区存储区中占用16个字节D.以上说法都不对38、一台字符显示器的VRAM中存放的是()A.显示字符的ASCII码B.BCD码C.字模D.汉字内码39、当有中断源发出请求时,CPU可执行相应的中断服务程序,可以提出中断的有(A D)A.外部事件B. CacheC.浮点数运算下溢D.浮点数运算上溢40、下列不属于程序控制指令的是(C)A.无条件转移指令B.有条件转移指令C.中断隐指令D循环指令.二、综合应用题1、某CRT显示器可显示64种ASCII字,每帧可显示72字×24排,每个字符为7×8点阵,即横向7点,字间隔1点,纵向8点,排间间隔6点。
帧频50Hz,采用逐行扫描方式。
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%。
回答以下问题: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)显存中存放的是哪种信息?4)显存地址和屏幕显示位置如何对应?5)为控制显存访问与屏幕扫描之间的同步应设置哪些计数器?它们的分频各是多少?6)点时钟频率为多少?2、某磁盘存储器的转速为3000转/分,共有4个记录面,每毫米5道,每道记录信息为12288B,最小磁道直径为230mm,共有275道。
问:1)磁盘存储器的存储容量是多少?2)最大位密度,最小位密度是多少?3)磁盘数据传输率是多少?4)平均等待时间是多少?5)给出一个磁盘地址格式方案。
3、简述CPU访问IO端口的过程。
在IO指令中给出要访问的端口号,当CPU执行IO指令时,根据指令的操作码得知要访问的IO设备。
因而在总线的地址线上送出端口号,在总线的控制线上送出IO读或写命令,被访问端口所在的接口对地址译码后选中相应的端口,并从控制线上取得读/写命令,由接口中的读写控制电路对被访问端口进行读或写操作。
4、简述I/O端口的编址方式。
在设计计算机时,要规定机器内所有I/O接口中的各个寄存器如何进行编号,接口中寄存器的编号称为端口号。
一般有两种编址方式:独立编址和统一编址。
这里的“统一”和“独立”不是指各个不同接口之间的“统一”和“独立”关系,而是所有I/O端口号组成的地址空间(称为I/O地址空间)和所有主存单元号组成的地址空间(称为主存地址空间)之间的关系。
独立编址方式:指对I/O地址空间独立编址,不占用主存单元的地址空间,也就是两者分别编号,因而可能有相同的编号,单地址位数大多不同,主存单元个数多。
地址空间大,地址位数多;I/O端口少,地址空间小,地址位数少。
因为可能有相同的编号,所以指令中无法靠地址来区分要访问的是主存单元还是I/O端口,所以,需要有和访存指令不同的操作码。
因而需要设计专门的I/O指令。
统一编址方式:指I/O端口和主存单元统一编址,一个地址空间分成了两部分,各在不同的地址段中,但地址的位数是相同的,可根据地址范围的不同来区分访问的是主存单元还是I/O端口,所以无需专门的输入输出指令。
5、一个I/O接口只能有一个地址码?为什么?一个I/O接口可能有多个地址。
因为一个I/O接口中可能有多个用户可访问的寄存器,也就是有多个I/O端口,每个I/O端口有一个地址,所以一个I/O接口可能有多个地址。
6、假定某IO设备向CPU传送信息最高频率为40K次/秒,而相应中断处理程序的执行时间为40μs,问该IO设备是否可采用中断方式工作?为什么?7、若IO系统采用字节多路通道控制方式,共有8个子通道,各子通道每次传送一个字节,已知整个通道最大传输率为1200B/s,问每个子通道的最大传输速率是多少?若是数组多路通道,则每个子通道的最大传输速率又是多少?8、假设磁盘存储器转速为3000转/分,分8个扇区,每扇区存储1KB,主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位(即每次传送16位)。
假设一条指令最长执行时间为25s。
问是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案,为什么?若不行,应采用什么方案。
9、假设磁盘传输数据以32位的字为单位,传输速率为1MB/s。
CPU的时钟频率为50MHz。
回答以下问题:1)采用程序查询的输入输出方式,假设查询操作需要100个时钟周期,求CPU为IO查询所花费的时间比率;假定进行足够的查询以避免数据丢失。
2)采用中断方法进行控制,每次传输的开销(包括中断处理)为80个时钟周期。
求CPU为传输硬盘数据花费的时间比率。
3)采用DMA的输入输出方式,假定DMA的启动操作需要100个时钟周期,DMA完成时处理中断需要500个时钟周期。
如果平均传输的数据长度为4KB,问硬盘工作时处理器将用多少时间比率进行输入输出操作?忽略DMA申请使用总线的影响。