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输入输出系统第第 五章五章补充题:一、某CRT显示器可显示64种 ASCII字符,每帧可显示72字24排;每 个字符字形采用78点阵,即横向7点, 字间间隔1点,纵向8点,排间间隔6点 ;帧频50Hz,采取逐行扫描方式。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%,问: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)显存中存放的是那种信息?4)显存地址与屏幕显示位置如何 对应?5)设置哪些计数器以控制显存访问与屏幕扫描 之间的同步?它们的模各是多少?6)点时钟频率为多少?解:1)显存最小容量=72248 =1728B2)ROM最小容量=648行8列= 512B(含字间隔1点,或5127位) 3)显存中存放的是ASCII码信息。 4)显存每个地址对应一个字符显示位置,显示 位置自左至右,从上到下,分别对应缓存地址由低到 高。5)设置点计数器、字计数器、行计数器、排计 数器控制显存访问与屏幕扫描之间的同步。它们的模计算如下:点计数器模 = 7+1 = 8行计数器模 = 8 + 6 = 14字、排计数器的模不仅与扫描正程 时间有关,而且与扫描逆程时间有关, 因此计算较为复杂。 列方程: (72+x) 0.8 = 72(24+y) 0.8 = 24 解方程得:x = 18,y = 6,则:字计数器模 = 72 + 18 = 90排计数器模 = 24 + 6 = 306)点频 = 50Hz 30排 14行 90 字 8点 = 15 120 000Hz= 15.12MHz讨论:1、VRAM、ROM容量应以字或字节为 单位;2、字模点阵在ROM中按行存放,一 行占一个存储单元;3、显存中存放的是ASCII码而不是 像素点;4、计算计数器的模及点频时应考 虑回扫时间。二、有一编码键盘,其键阵列为8 行16列,分别对应128种ASCII码字符 ,采用硬件扫描方式确认按键信号,问 :1)扫描计数器应为多少位?2)ROM容量为多大?3)若行、列号均从0开始编排,则 当第5行第7列的键表示字母“F”时, CPU从键盘读入的二进制编码应为多少 (设采用奇校验) ? 4)参考教材图5.15,画出该键盘的 原理性逻辑框图;5)如果不考虑校验技术,此时 ROM是否可省?解:1)扫描计数器 = 7位(与键的个数有关)2)ROM容量 = 128 8 = 128B(与字符集大小有关)3)CPU从键盘读入的应为字符“F” 的ASCII码= 01000110(46H),其中最 高位为奇校验位(注:不是位置码)。4)该键盘的原理性逻辑框图见下页 ,与教材图5.15类似,主要需标明参数。5)如果不考虑校验技术,并按 ASCII码位序设计键阵列(注意),则 ROM编码表可省,此时7位计数器输出 值(扫描码或键位置码)即为ASCII码。8X168X16 键盘矩阵键盘矩阵该键盘的原理性逻辑框图如下:七位七位 计数器计数器时钟时钟 发生器发生器ROMROM 128B128BCPUCPU列译码器列译码器4:164:16行行 译译 码码 器器 3:83:8中断中断 触发器触发器单单 稳稳延延 迟迟-RD-RD -CS-CS地址译码输入地址译码输入1. I/O有哪些编址方式?各有何特点 ?解:常用的I/O编址方式有两种: I/O与内存统一编址和I/O独立编址;特点: I/O与内存统一编址方式的 I/O地址采用与主存单元地址完全一样 的格式,I/O设备和主存占用同一个地 址空间,CPU可像访问主存一样访问 I/O设备,不需要安排专门的I/O指令。I/O独立编址方式时机器为I/O设备 专门安排一套完全不同于主存地址格式 的地址编码,此时I/O地址与主存地址 是两个独立的空间,CPU需要通过专门 的I/O指令来访问I/O地址空间。6 6讨论:I/O编址方式的意义:I/O编址方式的选择主要影响到指 令系统设计时I/O指令的安排,因此描 述其特点时一定要说明此种I/O编址方 式对应的I/O指令设置情况。 I/O与内存统一编址方式将I/O地 址看成是存储地址的一部分,占用主存 空间;问题:确切地讲, I/O与内存统一 编址的空间为总线空间,I/O所占用的 是内存的扩展空间。2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可 采用哪几种联络方式?它们分别用于什么 场合?答: CPU与I/O之间传递信息常采用三 种联络方式:直接控制(立即响应)、 同 步、异步。 适用场合分别为:直接控制适用于结构极简单、速度极 慢的I/O设备,CPU直接控制外设处于某种 状态而无须联络信号。同步方式采用统一的时标进行联络, 适用于CPU与I/O速度差不大,近距离传送 的场合。异步方式采用应答机制进行联络,适 用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的 场合。讨论:注意I/O交换方式、I/O传送 分类方式与I/O联络方式的区别:串行、并行I/O传送方式常用于描述 I/O传送宽度的类型;I/O交换方式主要讨论传送过程的控 制方法;I/O联络方式主要解决传送时CPU 与I/O之间如何取得通信联系以建立起操 作上的同步配合关系。6. 字符显示器的接口电路中配 有缓冲存储器和只读存储器,各有 何作用?解:显示缓冲存储器中存放着 一屏要显示的字符ASCII码信息,它 的作用是支持屏幕扫描时的反复刷 新;只读存储器中存放着字符集中 所有字符的点阵信息,作为字符发 生器使用,他起着将字符的ASCII码 转换为字形点阵信息的作用。8. 某计算机的I/O设备采用异步串行 传送方式传送字符信息。字符信息的格式 为一位起始位、七位数据位、一位校验位 和一位停止位。若要求每秒钟传送480个 字符,那么该设备的数据传送速率为多少 ?解:48010=4800位/秒=4800波特;波特是数据传送速率波特率的单 位。注:题意中给出的是字符传送速率, 即:字符/秒。要求的是数据传送速率, 串行传送时一般用波特率表示。两者的区别:字符传送率是数据的“ 纯”有效传送率,不含数据格式信息;波 特率是“毛”传送率,含数据格式信息。10. 什么是I/O接口?它与端口有何 区别?为什么要设置I/O接口?I/O接 口如何分类?解: I/O接口一般指CPU和I/O设 备间的连接部件;I/O端口一般指I/O接口中的各种 寄存器。为了便于程序对这些寄存器 进行访问,通常给每个寄存器分配一 个地址编号,这种编号被称为I/O端口 地址,相应的寄存器也叫作I/O端口。I/O接口和I/O端口是两个不同的 概念。一个接口中往往包含若干个端 口,因此接口地址往往包含有若干个 端口地址。由于I/O设备的物理结构和工作 速率一般与主机差异很大,无法直 接相连,因此通常通过I/O接口进行 连接。I/O接口分类方法很多,主要有 :按数据传送方式分,有并行接 口和串行接口两种;按数据传送的控制方式分,有 程序控制接口、程序中断接口、 DMA接口三种。12. 结合程序查询方式的接口电路,说明 其工作过程。解:程序查询接口工作过程如下(以输入 为例):1)CPU发I/O地址地址总线接口设 备选择器译码选中,发SEL信号开命令接 收门;2)CPU发启动命令 D置0,B置1 接 口向设备发启动命令设备开始工作;3)CPU等待,输入设备读出数据 DBR ;4)外设工作完成,完成信号接口 B 置0,D置1;5)准备就绪信号控制总线 CPU;6)输入:CPU通过输入指令(IN)将 DBR中的数据取走;若为输出,除数据传送方向相反以外, 其他操作与输入类似。工作过程如下:1)CPU发I/O地址地址总线接口 设备选择器译码选中,发SEL信号开命令 接收门;2)输出: CPU通过输出指令(OUT) 将数据放入接口DBR中; 3)CPU发启动命令 D置0,B置1 接 口向设备发启动命令设备开始工作;4)CPU等待,输出设备将数据从 DBR 取走;5)外设工作完成,完成信号接口 B 置0,D置1;6)准备就绪信号控制总线 CPU, CPU可通过指令再次向接口DBR输出数据, 进行第二次传送。13. 说明中断向量地址和入口地址的 区别和联系。解:中断向量地址和入口地址的区别:向量地址是硬件电路(向量编码器 )产生的中断源的内存中断向量表表项 地址编号,中断入口地址是中断服务程 序首址。中断向量地址和入口地址的联系:中断向量地址可理解为中断服务程 序入口地址指示器(入口地址的地址) ,通过它访存可获得中断服务程序入口 地址。 (两种方法:在向量地址所指单元 内放一条JMP指令;主存中设向量地址表 。参考8.4.3)讨论:硬件向量法的实质:当响应中断时,为了更快、更可靠 的进入对应的中断服务程序执行,希望 由硬件直接提供中断服务程序入口地址 。但在内存地址字较长时这是不可能的 。因此由硬件先提供中断源编号、再由 编号间接地获得中断服务程序入口地址 。这种中断源的编号即向量地址。由于一台计算机系统可带的中断源 数量很有限,因此向量地址比内存地址 短得多,用编码器类逻辑部件实现很方 便。14. 在什么条件下,I/O设备可以向 CPU提出中断请求?解:I/O设备向CPU提出中断请求的 条件是:I/O接口中的设备工作完成状态 为1(D=1),中断屏蔽码为0 ( MASK=0),且CPU查询中断时,中断 请求触发器状态为1(INTR=1)。15. 什么是中断允许触发器?它有何 作用?解:中断允许触发器是CPU中断系 统中的一个部件,他起着开关中断的作 用(即中断总开关,则中断屏蔽触发器 可视为中断的分开关)。16. 在什么条件和什么时间, CPU可以响应I/O的中断请求?解:CPU响应I/O中断请求的 条件和时间是:当中断允许状态为 1(EINT=1),且至少有一个中断 请求被查到,则在一条指令执行完 时,响应中断。8 817. 某系统对输入数据进行取样处理 ,每抽取一个输入数据,CPU就 要中断处理一次,将取样的数据存 至存储器的缓冲区中,该中断处理 需P秒。此外,缓冲区内每存储N 个数据,主程序就要将其取出进行 处理,这个处理需Q秒。试问该系 统可以跟踪到每秒多少次中断请求 ?解:这是一道求中断饱和度的题, 要注意主程序对数据的处理不是中断处 理,因此Q秒不能算在中断次数内。N个数据所需的处理时间=PN+Q秒平均每个数据所需处理时间= ( PN+Q)/ N 秒;求倒数得:该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/ (PN+Q)次。19. 在程序中断方式中,磁盘申请中 断的优先权高于打印机。当打印机正在 进行打印时,磁盘申请中断请求。试问 是否要将打印机输出停下来,等磁盘操 作结束后,打印机输出才能继续进行? 为什么?解:这是一道多重中断的题,由于 磁盘中断的优先权高于打印机,因此应 将打印机输出停下来,等磁盘操作结束 后,打印机输出才能继续进行。因为打 印机的速度比磁盘输入输出的速度慢, 并且暂停打印不会造成数据丢失。22. 程序查询方式和程序中断方式 都是通过“程序”传送数据,两者的区别 是什么?答:程序查询方式通过“程序”传送 数据时,程序对I/O的控制包括了I/O准 备和I/O传送两段时间。由于I/O的工作 速度比CPU低得多,因此程序中要反复 询问I/O的状态,造成“踏步等待”,严 重浪费了CPU的工作时间。而程序中断方式虽然也是通过“程 序”传送数据,但程序仅对I/O传送阶段 进行控制,I/O准备阶段不需要CPU查 询。故CPU此时照样可以运行现行程序 ,与I/O并行工作,大大提高了CPU的 工作效率。25. 根据以下要求设计一个产生3 个设备向量地址的电路。(1)3个设备的优先级按ABC 降序排列。(2)A、B、C的向量地址分别为 110 100、010 100、000 110。(3)排队器采用链式排队电路。(4)当CPU发来中断响应信号 INTA时,可将向量地址取至CPU。解:此题与教材例5.2类似,可参 考设计。该设备向量地址的电路如下
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