第7章I/O接口與外圍設(shè)備

7.1主教材習(xí)題解析

71CPU同外設(shè)交換的信息有三種類型：數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息，請(qǐng)說明CPU

是如何通過其三總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）同外設(shè)交換這三類信息的？i

解：外設(shè)接口同外設(shè)之間傳送的數(shù)據(jù)信息是CPU同外設(shè)進(jìn)行輸入輸出的主要實(shí)體，CPU用

OUT指令通過“數(shù)據(jù)總線”由接口中的“數(shù)據(jù)端口”向外設(shè)輸出“數(shù)據(jù)信息”，CPU用IN

指令通過“數(shù)據(jù)總線”讀入從外設(shè)經(jīng)接口中的“數(shù)據(jù)端口”送來的“數(shù)據(jù)信息二

外設(shè)接口同外設(shè)之間傳送的“控制信息”是CPU用OUT指令通過“數(shù)據(jù)總線”寫入

接口中的“控制端口”向外設(shè)輸出的信息，用來控制外設(shè)的啟動(dòng)和停止，以及把數(shù)據(jù)信息

打入外設(shè)數(shù)據(jù)緩沖器的選通信號(hào)。

外設(shè)接口同外設(shè)之間傳送的“狀態(tài)信息”是CPU用IN指令通過“數(shù)據(jù)總線”讀入從

外設(shè)經(jīng)接口中的“狀態(tài)端口”輸入的信息，該信息反應(yīng)了外設(shè)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)，用來

實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間信息傳輸?shù)摹巴?/p>

7.2.簡(jiǎn)述查詢式數(shù)據(jù)傳送方式的工作過程。

解：查詢式數(shù)據(jù)傳送又稱為“異步傳送方式”或“條件傳送方式”，其工作過程如下：

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送前必須首先讀取外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)，檢查外設(shè)是否已準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳

送。如果外設(shè)尚未準(zhǔn)備就緒，通常由狀態(tài)信息“皿SV（忙）有效或“KEA&V"僦緒）無效表

示，則CPU繼續(xù)查詢外設(shè)狀態(tài)；如果外設(shè)已準(zhǔn)備就緒，通常由狀態(tài)信息“BUSY”（忙）無效，

或“REAOV"（就緒）有效表示，則CPU可通過數(shù)據(jù)端口進(jìn)行輸入或輸出操作，以實(shí)現(xiàn)同外

設(shè)的數(shù)據(jù)傳送。

7.3.簡(jiǎn)述中斷傳送方式的工作過程。

解：采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)，在硬件方面，外設(shè)與CPU之前必須有一個(gè)具有中斷控制邏輯

的接口電路，用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的控制，也可以是一般的接口電路（無中斷控制邏輯）加上一

個(gè)專用的中斷控制器（例如8259A可編程中斷控制器PIC）。在軟件方面，必須編制一段“中

斷服務(wù)程序”以完成CPU與外設(shè)之間的一次數(shù)據(jù)傳送。

在中斷傳送方式中，通常在一個(gè)主程序中安排好在某一時(shí)刻啟動(dòng)某一外設(shè)后，CPU繼

續(xù)執(zhí)行主程序。此時(shí)，外設(shè)同時(shí)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)備工作，當(dāng)外設(shè)完成數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)備時(shí)，

通過中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，在CPU可以響應(yīng)中斷的條件下（CPU已開中斷一

-IF=1,并且在完成當(dāng)前指令后），現(xiàn)行主程序被“中斷”，通過中斷控制邏輯提供的“中斷

類型碼”，從“中斷向量表”中讀入“中斷向量”轉(zhuǎn)去執(zhí)行“中斷服務(wù)程序”，在“中斷服

務(wù)程序”中完成一次CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。傳送完成后返回被中斷的主程序，從斷

點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行，并等待外設(shè)的下一次中斷請(qǐng)求。

7.4簡(jiǎn)述三種DMA傳送方式的區(qū)別。

解：（1）單字節(jié)傳送方式

每次DMA傳送只傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，傳送后釋放總線由CPU控制總線至少一個(gè)

完整的總線周期。以后又是測(cè)試DMA請(qǐng)求線DREQ,若有效，再進(jìn)入DMA周期。在這種

方式中要注意：①在DMA響應(yīng)信號(hào)DACK有效前，DREQ必須保持有效；②即使DREQ

在傳送過程中一直保持有效，在兩次傳送之間也必褥稗故總線。

（2）成組傳送方式

一個(gè)DMA請(qǐng)求可以傳送一組信息，這一組信息的字節(jié)數(shù)由編程決定（在DMAC初

始化時(shí)），只要在DACK有效之前DREQ保持有效即可。一旦DACK有效，不管DREQ

是否有效，DMAC一直不放棄總線控制權(quán)，直到整個(gè)數(shù)組傳送完。

（3）請(qǐng)求傳送方式

又稱查詢傳送方式。該方式的傳送類似于成組傳送方式,但每傳送一個(gè)字節(jié)后，DMAC

就檢測(cè)DREQ,若無效，則掛起；若有效，繼續(xù)DMA傳送，直到（1）一組信息傳送結(jié)束；

（2）外加信號(hào)強(qiáng)制DMAC中止操作。

7.5簡(jiǎn)述DMA控制器同一般接口芯片的區(qū)別。

解：①能發(fā)出地址信息，對(duì)存儲(chǔ)器尋址，并修改地址指針。DMAC內(nèi)部必須有能自動(dòng)加1/

減1的地址寄存器；

②能發(fā)出讀、寫控制信號(hào)，包括存儲(chǔ)器訪問信號(hào)和I/O訪問信號(hào)。

7.6畫出查詢傳送方式輸出數(shù)據(jù)的流程圖

解：①能發(fā)出地址信息，對(duì)存儲(chǔ)器尋址，并修改地址指針。DMAC內(nèi)部必須有能自動(dòng)加1/

減1的地址寄存器；

②能發(fā)出讀、寫控制信號(hào)，包括存儲(chǔ)器訪問信號(hào)和I/O訪問信號(hào)。

7.7什么是計(jì)算機(jī)的輸入/輸出系統(tǒng)？

解：計(jì)算機(jī)的輸入解出系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與人（或其它系統(tǒng)）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的系

統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)由外圍設(shè)備和接口電路組成，軟件系統(tǒng)主要是接

口控制程序，兩者配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳輸。

78習(xí)圖7.2為一個(gè)LED接口電路，寫出使8個(gè)LED管自上而下依次發(fā)亮2秒的程序,

并說明該接口屬于何種輸入輸出控制方式？為什么？1

C

P

U

M/IO-WK-WI

習(xí)圖7.?2

解：

控制程序?yàn)椋?/p>

MOVAL,7FH

LOP：OUT20H,AL

CALLDELAY2S；調(diào)用延時(shí)2秒子程序

RORAL,1

JMP內(nèi)部LOP

該接口屬無條件傳送方式，CPU同LED之間無聯(lián)絡(luò)信號(hào)，且無中斷控制邏輯。LED

總是已準(zhǔn)備好，可以接收來自CPU的信息。

7.9習(xí)圖7.-3是一個(gè)具有中斷功能的輸入接口電路，當(dāng)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒時(shí)，發(fā)一個(gè)

READY的正脈沖，向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，請(qǐng)分析該電路的工作過程。

習(xí)圖7「3

解：該電路工作過程如下：當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器口，同時(shí)發(fā)

出一個(gè)READY正脈沖送到中斷請(qǐng)求觸發(fā)器U3,5的Q為高電平，送與門3。5為中斷允

許觸發(fā)器，在傳送數(shù)據(jù)前，由CPU對(duì)U2初始化，即用MOVAL,01H；OUTY2,AL使

5的D="1”，則5的Q端生成的中斷請(qǐng)求信號(hào)通過與門3向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求INTR,

CPU若滿足中斷響應(yīng)條件，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中用INAL,Yi指令產(chǎn)生

負(fù)脈沖，使Ui(輸入數(shù)據(jù)寄存器)的OE有效，讀入外設(shè)送入的數(shù)據(jù)。

71()具有中斷屏蔽的接口電路中的“屏蔽”同“屏蔽中斷”中的“屏蔽”是否一回事，若不是，

有何區(qū)別？

解：具有中斷屏蔽的接口電路中的“屏蔽”是指是否允許接口電路產(chǎn)生可屏蔽中斷請(qǐng)

求信號(hào)；而“屏蔽中斷”中的“屏蔽”是指有了可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)后，CPU是否能響應(yīng)。

兩者是不一樣的。

7.11.什么是I/O接口？I/O接口有哪些特點(diǎn)和功能？

實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)主機(jī)同輸入輸出設(shè)備問能正確地傳送信息的控制電路，稱為接口。

接口的基本功能為：

(1)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，使主機(jī)與外圍設(shè)備在工作速度上達(dá)到匹配。

(2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。接口線路在完成數(shù)據(jù)傳送的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)處理器與外圍設(shè)備之

間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

(3)提供外圍設(shè)備和接口的狀態(tài)，為處理器更好地控制和調(diào)整各種外圍設(shè)備提供有效

的幫助。

(4)實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外圍設(shè)備之間的通信聯(lián)絡(luò)控制。包括設(shè)備的選擇，操作時(shí)序的控制與

協(xié)調(diào)，主機(jī)命令與外圍設(shè)備狀態(tài)的交換與傳遞等。

7.12I/O數(shù)據(jù)傳送可以采用哪些方式？它們各有什么特點(diǎn)？

解：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳送的控制方式有如下幾種：

1.無條件傳送方式：接口中既無聯(lián)絡(luò)信號(hào)也無中斷控制邏輯

2.程序查詢方式：接口中必須有狀態(tài)端口

3.程序中斷方式：接口中必須有中斷控制邏輯

4..直接存儲(chǔ)器存取方式(DMA)：一種不需要CPU干預(yù)也不需要軟件介入的高速

數(shù)據(jù)傳送方式。由于CPU只啟動(dòng)而不干預(yù)這一傳送過程，同時(shí)整個(gè)傳送過程只由硬件完成

而不需軟件介入,所以其數(shù)據(jù)傳送速率可以達(dá)到很高。在DMA傳送方式中，由硬件--DMA

控制器(DMAC)控制數(shù)據(jù)傳送。

4.通道方式：通道是一個(gè)具有輸入輸出處理器控制的輸入輸出部件。通道控制器有

自己的指令，即通道指令。能夠根據(jù)程序控制多個(gè)外部設(shè)備并提供了DMA共享

的功能,

5.外圍處理機(jī)方式：外圍處理機(jī)（PeripheralProcessingUnit,PPU）基本上是獨(dú)立

于主機(jī)工作的，它有自己的指令系統(tǒng)，完成算術(shù)/邏輯運(yùn)算、讀/寫主存儲(chǔ)器，與

外設(shè)交換信息等

7.13.簡(jiǎn)要說明8259A中斷控制器中的IRR、ISR和IMR三個(gè)寄存器的功能。

（刪除此題）

7-14..設(shè)一個(gè)磁盤的平均尋道時(shí)間為10ms,數(shù)據(jù)讀取的速率高于數(shù)據(jù)傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸

速率是2MB/s,控制器延遲是2ms,盤片轉(zhuǎn)速為每分鐘720。轉(zhuǎn)。求讀寫一個(gè)512字節(jié)的扇

區(qū)的平均時(shí)間。

解：平均旋轉(zhuǎn)延時(shí)=0.5/5400=0.0056s=5.6ms

平均磁盤診問時(shí)間=平均尋道時(shí)間+平均旋轉(zhuǎn)延時(shí)+傳輸時(shí)間+控制器延遲

20ms+5.6ms+0.5KB/1.0MB+2ms

=20ms+5.6ms+0.5ms+2ms

=28,1ms

7.15.外部設(shè)備有哪些主要功能？外部設(shè)備的重要性有哪些？

解：外部設(shè)備即外圍設(shè)備簡(jiǎn)稱外設(shè)，是指在計(jì)算機(jī)主機(jī)處理信息前負(fù)責(zé)把信息送入計(jì)算機(jī)

的設(shè)備，以及在主機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理后輸出處理結(jié)果的設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與人（或

其它系統(tǒng)）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備。

7.16.外設(shè)可分為哪幾大類？舉例各類中的典型設(shè)備.

解：輸入設(shè)備一一健盤、鼠標(biāo)

輸出設(shè)備——打印機(jī)、顯示器

外存儲(chǔ)器——磁盤存儲(chǔ)器、光盤存儲(chǔ)器

多媒體設(shè)備——聲卡、圖形卡

網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備——MODEM.網(wǎng)卡

7.17.掃描儀的結(jié)構(gòu)與工作過程？

解：掃描儀主要由光學(xué)成像部件、機(jī)械傳動(dòng)部件和光電轉(zhuǎn)換部件組成，這三個(gè)部件相互配

合將反映圖像特征的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能處理的電信號(hào)。

掃描儀的光源照射在要輸入的圖稿（或文稿）上，對(duì)不透光的紙張文稿產(chǎn)生反射光，

對(duì)透明膠片文稿產(chǎn)生透射光。光學(xué)系統(tǒng)收集這些光信號(hào)聚焦到電荷耦合元件CCD,CCD將

這些光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后由A/D轉(zhuǎn)換器(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，產(chǎn)生

數(shù)字圖像信息，傳送到計(jì)算機(jī)

7.18.打印機(jī)分幾類？

解：打印機(jī)是計(jì)算機(jī)最基本的硬拷貝輸出設(shè)備。一般分為針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)和

激光打印機(jī)。

7.19.簡(jiǎn)述顯示器的逐行掃描與隔行掃描。

解：

逐行掃描一電子束在垂直掃描時(shí)，按奇偶散隔一行掃描一次，稱為“逐行掃描。

隔行掃描一電子束在垂直掃描時(shí)，按奇偶敢隔一行掃描一次，稱為“隔行掃描。

7.20.什么是光盤？簡(jiǎn)述光盤的工作原理。

解，光盤(OpticalDisk)是用光學(xué)方式進(jìn)行讀出或?qū)懭胄畔⒌谋P片，利用激光束在光盤記

錄表面上存儲(chǔ)信息。

寫入時(shí)，激光束聚焦成直徑為1?211m的微小光點(diǎn)，產(chǎn)生熱量融化光盤表面上的確合

金薄膜，在薄膜上形成小凹坑，表示“1”，無凹坑，表示“0”。讀出時(shí)，在讀出光束照射

下，有凹坑處和無凹坑處反射的光強(qiáng)是不同的，可以讀出“0”和“I”兩種信息。鑒于讀

出光束功率極小，僅為寫入光束的1/10,因此不會(huì)產(chǎn)生新的凹坑。

7.21.硬盤存儲(chǔ)器的參數(shù)有哪些?硬盤的接口類型有哪幾種？

解：硬盤存儲(chǔ)器的參數(shù)有

磁盤記錄密度

平均訪問時(shí)間

數(shù)據(jù)傳輸率(datatransferrate)

轉(zhuǎn)速

硬盤的接口類型有

ATA(IDE)接口、SCSI接口

7.22CPU響應(yīng)中斷應(yīng)具備哪能些條件？

解：D在接口電路中設(shè)置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器

2)在接口電路中設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器

這樣，接口電路可向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)

3）若CPU開中，即在CPU中設(shè)置中斷允許觸發(fā)器

4）CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束后響應(yīng)中斷

7.23簡(jiǎn)述DMA傳送的工作過程。

解：以習(xí)圖7?4為例

當(dāng)輸入設(shè)備準(zhǔn)備好一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出選通脈沖STB,該信號(hào)一方面選通“數(shù)據(jù)緩

沖寄存器”U2,把輸入數(shù)據(jù)通過3送入“鎖存器”U3；另一方面將“DMA請(qǐng)求觸發(fā)器”

口置“1”，作為鎖存器U3的準(zhǔn)備就緒信號(hào)READY,打開鎖存器U3,把輸入數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)

總線；同時(shí)DMA請(qǐng)求觸發(fā)器3向DMAC發(fā)出DMA請(qǐng)求信號(hào)。然后，DMAC向CPU發(fā)

出HOLD（總線請(qǐng)求）信號(hào)，CPU在現(xiàn)行總線周期結(jié)束后給予響應(yīng)，發(fā)出HLDA信號(hào)，

DMAC接到該信號(hào)后接管總線控制權(quán),發(fā)出D