第7章 输入输出系统

　　一、名词解释：

　　历年试题：

　　（2001年）9.DMA 方式：直接存储器访问，直接依靠硬件实现主存与外设之间的数据直接传输，传输过程本身不需CPU程序干预。

　　（2002年）5.I/O接口：是指连接主机和外围设备的逻辑部件。

　　（2003年）20.中断屏蔽：CPU处理一个中断的过程中，对其他一些外部设备的中断进行阻止。

　　（2004年）17.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。

　　（2005年）25.通道程序：通道命令构成通道程序。在通道程序的控制下，通道对外围设备进行数据传输控制。

　　近年以来每年考本章的名词称解释，所以第五章的名称解释是考试的重点。这里给大家列出了本章的名词解释，大家要熟悉一下，这都是本章的基本概念，有利于做名称解释、选择题、改错题和填空题。

　　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.单级中断：CPU在执行中断服务程序的过程中禁止所有其他外部中断。

　　4.多级中断：CPU在执行中断服务程序的过程中可以响应级别更高的中断请求。

　　5.中断屏蔽：CPU处理一个中断的过程中，对其他一些外部设备的中断进行阻止。

　　6.DMA：直接存储器访问，直接依靠硬件实现主存与外设之间的数据直接传输，传输过程本身不需CPU程序干预。

　　7.现场保护：CPU在响应中断请求时，将程序计数器和有关寄存器内容等系统的状态信息存储起来，以使中断处理结束之后能恢复原来的状态继续执行程序，称为现场保护。

　　8.中断向量：外设在向CPU发出中断请求时，由该设备通过输入输出总线主动向CPU发出一个识别代码，这个识别代码通常称为中断向量。

　　9.自陷：当CPU出现有算术操作异常、非法指令、越权操作和访存中的异常等某种内部情况时自己引起的中断称为自陷。

　　10.软件中断：由自陷指令引起的中断称为软件中断，又称为系统调用。

　　11.通道命令：通道用于执行输入输出操作的指令，也叫通道控制字（CCW）。

　　二、选择填空题：

　　历年试题：

　　2000年：

　　7.设置中断排队判优逻辑的目的是（　）。

　　A.产生中断源编码

　　B.使同时提出的请求中的优先级别更高者，得到及时响应

　　C.使CPU能方便地转入中断服务子程序

　　D.提高中断响应速度

　　「分析」：当有多个中断请求同时出现，中断服务系统必须能从中选出当前更需要给予响应的更重要的中断请求，这就需要预先对所有的中断进行优先级排队，这个工作可由中断优先级判断逻辑来完成，排队的规则可由软件通过对中断屏蔽寄存器进行设置来确定。

　　「答案」：B

　　10.通道程序在内存中的首地址由（ ）给出。

　　「分析」：CPU使用通道进行一个输入输出操作时，先发出一个通道启动信号。通道收到启动信号后，到指定的内存单元中取通道地址字，并将其放入通道地址寄存器中。此通道地址字为通道程序在内存中的首地址。

　　「答案」：通道地址字

　　11.在不改变中断响应次序的条件下，通过（ ）可以改变中断处理次序。

　　「分析」：在多重中断系统中，可以通过设置中断优先级来决定各个中断的级别。在实际的计算机系统中是通过CPU内部的一个中断屏蔽字寄存器来实现对不同中断的分别禁止的，这个寄存器可在中断处理程序中重新设置，这样就可以改变原有的中断优先级别。

　　「答案」：改写中断屏蔽字

　　2005年：

　　16.采用DMA方式传送数据是由DMA接口来控制数据在　　　和　　　之间传输。

　　「分析」：DMA是指直接存储器访问，是利用一个专门的接口电路将计算机的主存储器与高速的外设相连接，当计算机要与外设进行数据传送时，由CPU发出一个控制信号启动DMA之后由DMA来控制完成外设与主存储器之间的数据传送，其传送方式为数据块 （数据成组）传送，传送过程为连续的，中间没有停止等待的时间，所以数据的传送速度较高。

　　「答案」：外设　　主存储器

　　三、改错题：

　　历年试题：

　　（2000年）7.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。

　　「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。

　　「答案」：对1/O数据传送的控制方式，可分为：程序直接控制方式、程序中断方式、DMA方式、通道控制方式等。

　　（2002）5.对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。

　　「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内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。

　　（2003年）25.在常见的微机系统中，磁盘常采用通道方式与主存交换信息。

　　「分析」：通道传输方式是采用通道处理器将多个输入输出设备与CPU和主存储器相连接，并控制其信息的传输，主要用于大型计算机以及网络服务器等含有许多输入输出设备并对输入输出有较高要求的场合；而DMA方式是采用DMA控制器将外围设备与主存储器相连接，并控制其信息的传输，主要用于微型计算机中外设与主存之间需要成批传输数据的场合，如微机系统中磁盘与主存之间的数据传输。

　　「答案」：在常见的微机系统中，磁盘常采用DMA方式与主存交换数据。

　　（2004年）25.通道就是一组输入输出传送线。

　　「分析」：通道是一种比DMA更高级的I/O控制部件，具有更强的独立处理数据的输入／输出功能，能同时控制多台同类型或不同类型的设备。它在一定的硬件基础上，利用通道程序实现对1/O的控制，更多地免去了CPU的介入，使系统的并行性能更高。

　　「答案」：通道是具有更强的独立处理数据的输入／输出功能，能同时控制多台同类型或不同类型的设备。

　　四、简答题：

　　历年试题：

　　2000年：

　　7.以DMA方式实现传送，大致可分为哪几个阶段？（3分）

　　「答案」：

　　① DMA传送前的预置阶段（DMA初始化）；

　　② 数据传送阶段（DMA传送）；

　　③ 传送后的结束处理。

　　2001年：

　　2.何谓中断方式？它主要应用在什么场合？请举二例。

　　「答案」：

　　① 中断方式指：CPU在接到随机产生的中断请求信号后，暂停原程序，转去执行相应的中断处理程序，以处理该随机事件，处理完毕后返回并继续执行原程序；

　　② 主要应用于处理复杂随机事件、控制中低速1/O；

　　③ 例：打印机控制，故障处理。

　　3.在 DMA 方式预处理（初始化）阶段， CPU 通过程序送出哪些信息？

　　「答案」：

　　向DMA控制器及I/O接口（分离模式或集成模式均可）分别送出以下信息：

　　① 测试设备状态，预置DMA控制器工作方式；

　　② 主存缓冲区首址，交换量，传送方向；

　　③ 设备寻址信息，启动读／写。

　　6.中断接口一般包含哪些基本组成？简要说明它们的作用。

　　「答案」：

　　① 地址译码。选取接口中有关寄存器，也就是选择了I/O设备。

　　② 命令字／状态字寄存器。供CPU输出控制命令，调回接口与设备的状态信息。

　　③ 数据缓存。提供数据缓冲，实现速度匹配。

　　④ 控制逻辑。如中断控制逻辑、与设备特性相关的控制逻辑等。

　　2002年：

　　5.何谓DAM方式？说明它的适用场合。

　　「答案」：

　　定义：由DMA控制器控制系统总线，直接依靠硬件实现主存与I/O设备之间的数据直传，传送期间不需要CPU程序干预。

　　适用场合：高速、批量数据的简单传送。

　　6.何谓多重中断？如何保证它的实现？

　　「答案」：

　　多重中断：CPU在响应处理中断过程中，允许响应处理更高级别的中断请求，这种方式称为多重中断。

　　实现方法：在中断服务程序的起始部分用一段程序来保存现场、送新屏蔽字以屏蔽同级别和低级别的中断请求、然后开中断，这样CPU就可响应更高级别的中断请求，实现多重中断。

　　2003年：

　　30.简述外围设备接口的主要功能。（新教材取消了这一内容）

　　31.试对程序中断方式和 DMA 方式各分别举出二种应用例子。

　　「答案」：

　　中断方式常用于打印机输出、键盘输入等；

　　DMA方式常用于读／写磁盘、读／写磁带等。

　　2004年：

　　30.主机与外围设备之间信息传送的控制方式有哪几种？采用哪种方式 CPU 效率更低？

　　「答案」：主机与外围设备之间信息传送的控制方式有四种：程序查询方式、中断方式、DMA方式和通道方式。程序查询方式CPU 效率更低。

　　31.试比较中断方式与 DMA 方式的主要异同，并指出它们各自应用在什么性质的场合。

　　「答案」：

　　相同点：这两种方式下，主机和I/O设备都是并行工作。

　　不同点：中断方式在CPU响应了I/O设备的中断请求后，要暂停现行程序的执行，转为I/O设备服务。DMA 方式直接依靠硬件实现主存与I/O设备之间的数据直传，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，CPU效率比中断方式。

　　DMA 方式适用场合：高速、批量数据的简单传送。

　　中断方式适用场合：处理复杂随机事件、控制中低速1/O设备。

　　2005年：

　　30.基本的DMA控制器的主要部件有哪些？

　　「答案」：基本的DMA控制器的主要部件有：地址寄存器、长度计数器、数据寄存器、标志寄存器、命令寄存器、控制逻辑等。

　　31.简述多重中断系统中CPU响应处理一次中断的步骤。

　　「答案」：① 关中断；② 保存现场信息；③ 判别中断条件；④ 开中断；⑤ 执行中断服务程序；⑥ 关中断；⑦ 恢复现场信息；⑧ 开中断。

　　由上可见，每年都会考本章的两道以上的简答题。考试的两个重点：一个是DMA方式的有关知识（每年都考），另一个是中断方式有关内容。这两方面大家一定重点掌握。

　　下面一些知识也要求大家了解

　　1.中断方式的接口控制器功能：能向CPU发出中断请求信号；能发出识别代码提供提供引导CPU在响应中断请求后转入相应服务程序的地址； CPU要能够对中断请求进行允许或禁止的控制；能使中断请求参加优先级排队。

　　2.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和外围设备之间传递。

　　3.中断裁决机制：轮询、菊花链、独立请求。

　　4.CPU与DMA访问内存冲突的裁决的三种方法：① CPU等待DMA的操作；② DMA乘存储器空闲时访问存储器；③ CPU与DMA交替访问存储器。

　　5.CPU启动DMA的步骤：① 测试设备状态；② 写存储器地址寄存器；③ 写长度计数器；④ 启动DMA控制逻辑。

　　6.通道的三种类型：

　　选择通道：它与设备之间的传输一直维持到设备请求的传输完成为止，然后为其它外围设备传输数据。数据宽度是可变的，通道中包含一个保存IO数据传输所需的参数寄存器。

　　数组多路通道：以数组为单元在若干高速传输操作之间进行交叉复用。

　　字节多路通道：用于连接多个慢速的和中速的设备，这些设备的数据传送以字节为单位，字节交叉模式、猝发模式。

　　7.字节多路通道与数组多路通道的区别：首先数组多路通道允许多个设备同时工作，但只允许一个设备进行传输型操作，而其它设备进行控制型操作；字节多路通道不仅允许多个设备操作，而且允许它们同时进行传输型操作。其次，数组多路通道与设备之间的数据传送的基本单位是数据块，通道必须为一个设备传送完一个数据块以后才能为别的设备传送数据，而字节多路通道与设备之间的数据传送基本单位是字节，各设备之间的数据传送是以字节为单位交替进行的。

　　8.通道的功能：① 接受CPU的I/O操作指令，按指令要求控制外围设备；② 从内存中读取通道程序，并执行，即向设备控制器发送各种命令；③ 组织和控制数据在内存与外设之间的传送操作；④ 读取外设的状态信息，形成整个通道的状态信息，提供给CPU或保存在内存中；⑤ 向CPU发出IO操作中断请求，将外围设备的中断请求和通道本身的中断请求按次序报告CPU.

　　第8章 外围设备

　　历年试题：

　　2000年：

　　9.在大多数磁盘中（　）。

　　A.各磁道的位密度相同

　　B.更外圈磁道的位密度更大

　　C.更内圈磁道的位密度更大

　　D.写入时选择较高的位密度，以增加记录信息；读出时选择低的位密度，以提高可靠性

　　「分析」：位密度是指磁道中单位长度所存储的信息量。在磁盘存储器中，每个磁道所存储的信息是相同的，而更内圈磁道的长度更小，所以该磁道的位密度更大。

　　「答案」：C

　　10.在调频制记录方式中，是利用（　）来写0或1.

　　A.电平高低的变化 　　　　　　　　　B.电流幅值的变化

　　C.电流相位的变化　　　　　　　　　 D.电流频率的变化

　　「分析」：在调频制记录方式中，信息的写入是依靠写入电流频率的变化来实现的，写1时的电流变化频率是写0时电流变化频率的2倍。

　　「答案」：D

　　2002年：

　　14.在常用磁盘中，（　）。

　　A.外圈磁道容量大于内圈磁道容量

　　B.各道容量不等

　　C.各磁道容量相同

　　D.内圈磁道容量大于外圈磁道容量

　　「分析」：位密度是指磁道中单位长度所存储的信息量。在磁盘存储器中，每个磁道所存储的信息是相同的。

　　「答案」：C

　　15.在下列存储器中，（　）可以作为主存储器。

　　A.半导体存储器　　 　　　　B.硬盘　　　　　　C.光盘　　　　　D.磁带

　　「答案」：A

　　2003年：

　　1.CRT 图形显示器的分辨率表示（　）。

　　A.一个图像点（像素）的物理尺寸

　　B.显示器一行能显示的更大图像点数与一列能显示的更大图像点数

　　C.显示器屏幕可视区域的大小

　　D.显示器能显示的字符个数

　　「分析」：CRT图形显示器的分辨率是衡量显示器显示清晰度的指标，是以图像点（像素）的个数为标志，即显示器一行能显示的更大图像点数与一列能显示的更大图像点数的乘积。

　　「答案」：B

　　6.下列各种记录方式中，不具自同步能力的是（　）。

　　A.不归零制　　　　　　　　　　B.改进型调频制 MFM

　　C.调相制PM　　 　　　　　　　 D.调频制

　　「分析」：自同步能力是指从读出的数据中自动提取同步信号的能力，其能力大小可用更小磁化翻转间隔与更大磁化翻转间隔的比值来表示，比值越大，则自同步能力越强。在各种记录方式中，NRZ，NRZ记录方式没有自同步能力，PM，FM，MFM记录方式具有自同步能力。

　　「答案」：A

　　11.在下列存储器中，哪种速度更快（　）。

　　A.磁盘　　　　　　　　B.磁带　　　　　　　　C.主存　　　　　　D.光盘

　　「分析」：各种存储器由于存储介质和内部结构的不同，其读写速度也不同。读写速度由快到慢的次序为：高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器。各种辅助存储器的读写速度由快到慢次序为：硬盘存储器、光盘存储器、磁带存储器。

　　「答案」：C

　　2004年：

　　2.在下列设备中，属于图形输入设备的是（　）。

　　A.键盘　　　　　　　　B.条形码阅读机　　　 C.数字化仪　 　　　D.显示器

　　「分析」：图形输入设备有鼠标、数字画仪和触摸屏；文字输入设备有键盘、磁卡阅读机、条形码阅读机、纸带阅读机、卡片阅读机。图像输入设备有扫描仪、数码相机和摄像头等。

　　「答案」：C

　　3.磁表面存储器记录信息是利用磁性材料的（　）。

　　A.磁滞回归线特性 　　　　　　　　　　　　　B.磁场渗透特性

　　C.磁场分布特性 　　　　　　　　　　　　　　D.磁场吸引力特性

　　「分析」：磁表面存储器记录信息是利用磁性材料的磁滞回归线特性。

　　「答案」：A

　　2005年：

　　14.24针打印机的打印头的针排列是（　）。

　　A.24根针排成一列　　　　　　　　　　　　 B.24根针排成2列

　　C.24根针排成3列　　　　　　　　　　　　　D.24根针排成4列

　　「分析」：9针打印机的打印头的针排列是单列，24针打印机的打印头的针排列是双列。

　　「答案」：B

　　15.在常用磁盘的各磁道中（　）。

　　A.更外圈磁道的位密度更大

　　B.更内圈磁道的位密度更大

　　C.中间磁道的位密度更大

　　D.所有磁道的位密度一样大

　　「分析」：（和2000年题目一样）位密度是指磁道中单位长度所存储的信息量。在磁盘存储器中，每个磁道所存储的信息是相同的，而更内圈磁道的长度更小，所以该磁道的位密度更大。

　　「答案」：B

　　二、填空题：

　　2005年：

　　20.磁盘存储设备主要由磁记录介质、（ ）和（ ）三个部分组成。

　　「分析」：磁盘存储设备主要由磁记录介质、磁盘控制器和磁盘驱动器三个部分组成。

　　「答案」：磁盘控制器　　磁盘驱动器

　　三、改错题：

　　（2000年）8.在计算机系统中，除CPU外的其它部件和设备都称为外围设备。

　　「分析」：计算机硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分组成的，将运算器和控制器合在一起称为CPU；存储器又分为内部存储器和外部存储器两类，内部存储器与CPU一起组成计算机的主机，外存储器、输入设备、输出设备等合称为外围设备。

　　「答案」：在计算机系统中，除CPU和主存之外的其他部件和设备，常被称为外围设备。

　　（2000年）10.写入硬盘时，若一个文件的长度超出一个磁道的容量，则继续写入同面的相邻磁道中。

　　「分析」：硬盘存储器一般由多个盘片组成，每个盘片的两个面都用来记录信息（更外层的两个盘片有时只用一个面），每个盘面中相同磁道号的各个磁道构成一个柱面。硬盘中信息的存储是按柱面顺序，即只有在一个柱面都被记录上信息后才进入下一个柱面。在柱面内信息的存储是按磁道顺序，即只有在一个磁道都被记录上信息后才进入下一个相邻面的磁道中。

　　「答案」：写入硬盘时，若一个文件的长度超过一个磁道的容量，则继续写入同一柱面的相邻面的磁道中。

　　（2002年）4.显示适配器中的显示缓冲存储器用于存放显示器将要向CPU输入的信息。

　　「分析」：显示器是计算机硬件系统中的输出设备，由于CPU的处理速度较快，而显示器显示输出的速度较慢，为了将两者间的速度差别协调起来，在显示适配器中配置一定容量的显示缓冲存储器，CPU将要显示输出的信息先送入此缓冲存储器，再由显示适配器控制显示输出，而CPU则可以转去完成其他的任务。由此可见，显示适配器中的显示缓冲存储器用于存放CPU向显示器输出的信息。

　　「答案」：显示适配器中的显示缓冲存储器用于存放CPU向显示器输出的信息。

　　（2003年）24.磁盘是存储器，不是外围设备。

　　「分析」：磁盘是计算机系统中的辅助存储器，当计算机从磁盘中读出数据信息时，磁盘属于输入设备，而当计算机向磁盘写入信息时，磁盘又属于输出设备。所以磁盘既是存储器，又属于外围设备。

　　「答案」：磁盘既是存储器，又属于外围设备。

　　由上可见，本章的主要考试题型是选择题、填空题和改错题，所占分数约为4分左右。注重对基本知识的考核。其他要了解的知识：

　　1.归零制（RZ）：磁表面存储器记录信息时，不论某存储单元的代码是0或者1，在记录下一个信息之前记录电流要恢复到零电流。在给磁头线圈送入的脉冲电流中，正脉冲表示1，负脉冲表示0.不具有自同步能力

　　2.不归零制（NRZ）：磁表面存储器记录信息时，磁头线圈上始终有电流，不是正向电流就是反向电流，正向电流代表1，反向电流代表0.不具有自同步能力

　　3.调相制（PM）：磁表面存储器记录信息时，在一个磁化元的中间位置，利用电流相位的变化进行写1或者写0，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次。规定在记录数据1时，磁化翻转的方向是由负变正，记录数据0时磁化翻转的方向为由正变负。具有自同步能力

　　4.调频制（FM）：磁表面存储器记录信息时，无论记录的代码是1还是0，或者是连续的1或连续的0在相邻的两个存储元交界处电流要改变方向。在记录数据1时，还要在位与位之间再翻转一次，写1的电流频率是写0的2倍。具有自同步能力

　　5.改进调频制（MFM）：只有连续记录两个或两个以上0时在位周期的起始位置处翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转。

　　6.RLL码：在高密度磁盘中采用的信息编码技术，将原始数据序列变换成0，1游程长度受限制的代码，然后再用不归零制方式进行调制和写入。具有自同步能力

　　7.磁盘访问时间：指从发出读写命令，磁头从某一起始位置移动到新的记录位置，到结束从盘片读出或写入信息所花的时间。

　　磁盘访问时间＝寻道时间+旋转延迟+控制延迟+数据传输时间。

　　8.寻道时间：是将磁头定位到所要求的磁道上所需的时间。

　　9.旋转延迟：是找道完成后到磁道上需要访问的信息到达磁头的时间。

　　10.平均旋转延迟：是磁盘旋转半周的时间，也称磁盘的寻址时间。

　　数据传输时间取决于读扇区数据时间和传输数据时间，等于两者的更大值。

　　磁盘数据传输率＝转速/秒＊每道容量

　　11.磁盘存储设备的主要技术指标：存储密度、存储容量、寻址时间和数据传输等。

　　12.光盘的结构包括：光盘基片、存储介质和密封层。

　　13.光盘存储设备有只读型CD-ROM、EORM（写一次读多次）型和可檫写型三种。