第7章I/O接口與外圍設備

7.1主教材習題解析

71CPU同外設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）同外設交換這三類信息的？i

解：外設接口同外設之間傳送的數(shù)據(jù)信息是CPU同外設進行輸入輸出的主要實體，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”讀入從外設經(jīng)接口中的“數(shù)據(jù)端口”送來的“數(shù)據(jù)信息二

外設接口同外設之間傳送的“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”向外設輸出的信息，用來控制外設的啟動和停止，以及把數(shù)據(jù)信息

打入外設數(shù)據(jù)緩沖器的選通信號。

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

外設經(jīng)接口中的“狀態(tài)端口”輸入的信息，該信息反應了外設當前所處的工作狀態(tài)，用來

實現(xiàn)CPU與外設之間信息傳輸?shù)摹巴?/p>

7.2.簡述查詢式數(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：

在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送前必須首先讀取外設的當前狀態(tài)，檢查外設是否已準備好進行數(shù)據(jù)傳

送。如果外設尚未準備就緒，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)查詢外設狀態(tài)；如果外設已準備就緒，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)端口進行輸入或輸出操作，以實現(xiàn)同外

設的數(shù)據(jù)傳送。

7.3.簡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，外設與CPU之前必須有一個具有中斷控制邏輯

的接口電路，用來實現(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

斷服務程序”以完成CPU與外設之間的一次數(shù)據(jù)傳送。

在中斷傳送方式中，通常在一個主程序中安排好在某一時刻啟動某一外設后，CPU繼

續(xù)執(zhí)行主程序。此時，外設同時準備數(shù)據(jù)傳送的準備工作，當外設完成數(shù)據(jù)傳送的準備時，

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

-IF=1,并且在完成當前指令后），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“中斷服務程序”，在“中斷服

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

點處繼續(xù)執(zhí)行，并等待外設的下一次中斷請求。

7.4簡述三種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

完整的總線周期。以后又是測試DMA請求線DREQ,若有效，再進入DMA周期。在這種

方式中要注意：①在DMA響應信號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DMA請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），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)，直到整個數(shù)組傳送完。

（3）請求傳送方式

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

就檢測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）外加信號強制DMAC中止操作。

7.5簡述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，對存儲器尋址，并修改地址指針。DMAC內(nèi)部必須有能自動加1/

減1的地址寄存器；

②能發(fā)出讀、寫控制信號，包括存儲器訪問信號和I/O訪問信號。

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，對存儲器尋址，并修改地址指針。DMAC內(nèi)部必須有能自動加1/

減1的地址寄存器；

②能發(fā)出讀、寫控制信號，包括存儲器訪問信號和I/O訪問信號。

7.7什么是計算機的輸入/輸出系統(tǒng)？

解：計算機的輸入解出系統(tǒng)是實現(xiàn)計算機系統(tǒng)與人（或其它系統(tǒng)）之間進行數(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，兩者配合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳輸。

78習圖7.2為一個LED接口電路，寫出使8個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

習圖7.?2

解：

控制程序為：

MOVAL,7FH

LOP：OUT20H,AL

CALLDELAY2S；調(diào)用延時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)絡信號，且無中斷控制邏輯。LED

總是已準備好，可以接收來自CPU的信息。

7.9習圖7.-3是一個具有中斷功能的輸入接口電路，當外設數(shù)據(jù)準備就緒時，發(fā)一個

READY的正脈沖，向CPU發(fā)中斷請求，請分析該電路的工作過程。

習圖7「3

解：該電路工作過程如下：當外設準備好數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器口，同時發(fā)

出一個READY正脈沖送到中斷請求觸發(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端生成的中斷請求信號通過與門3向CPU發(fā)出中斷請求INTR,

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

負脈沖，使Ui(輸入數(shù)據(jù)寄存器)的OE有效，讀入外設送入的數(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

求信號；而“屏蔽中斷”中的“屏蔽”是指有了可屏蔽中斷請求信號后，CPU是否能響應。

兩者是不一樣的。

7.11.什么是I/O接口？I/O接口有哪些特點和功能？

實現(xiàn)計算機主機同輸入輸出設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)實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，使主機與外圍設備在工作速度上達到匹配。

(2)實現(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，實現(xiàn)處理器與外圍設備之

間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

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

的幫助。

(4)實現(xiàn)主機與外圍設備之間的通信聯(lián)絡控制。包括設備的選擇，操作時序的控制與

協(xié)調(diào)，主機命令與外圍設備狀態(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？

解：計算機系統(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)絡信號也無中斷控制邏輯

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

數(shù)據(jù)傳送方式。由于CPU只啟動而不干預這一傳送過程，同時整個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)程序控制多個外部設備并提供了DMA共享

的功能,

5.外圍處理機方式：外圍處理機（PeripheralProcessingUnit,PPU）基本上是獨立

于主機工作的，它有自己的指令系統(tǒng)，完成算術/邏輯運算、讀/寫主存儲器，與

外設交換信息等

7.13.簡要說明8259A中斷控制器中的IRR、ISR和IMR三個寄存器的功能。

（刪除此題）

7-14..設一個磁盤的平均尋道時間為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512字節(jié)的扇

區(qū)的平均時間。

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

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

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

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

=28,1ms

7.15.外部設備有哪些主要功能？外部設備的重要性有哪些？

解：外部設備即外圍設備簡稱外設，是指在計算機主機處理信息前負責把信息送入計算機

的設備，以及在主機對信息進行處理后輸出處理結(jié)果的設備，是實現(xiàn)計算機系統(tǒng)與人（或

其它系統(tǒng)）之間進行數(shù)據(jù)交換的設備。

7.16.外設可分為哪幾大類？舉例各類中的典型設備.

解：輸入設備一一健盤、鼠標

輸出設備——打印機、顯示器

外存儲器——磁盤存儲器、光盤存儲器

多媒體設備——聲卡、圖形卡

網(wǎng)絡通信設備——MODEM.網(wǎng)卡

7.17.掃描儀的結(jié)構(gòu)與工作過程？

解：掃描儀主要由光學成像部件、機械傳動部件和光電轉(zhuǎn)換部件組成，這三個部件相互配

合將反映圖像特征的光信號轉(zhuǎn)換為計算機能處理的電信號。

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

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

這些光信號轉(zhuǎn)換成電信號，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，產(chǎn)生

數(shù)字圖像信息，傳送到計算機

7.18.打印機分幾類？

解：打印機是計算機最基本的硬拷貝輸出設備。一般分為針式打印機、噴墨打印機和

激光打印機。

7.19.簡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，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，按奇偶敢隔一行掃描一次，稱為“隔行掃描。

7.20.什么是光盤？簡述光盤的工作原理。

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

錄表面上存儲信息。

寫入時，激光束聚焦成直徑為1?211m的微小光點，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，在讀出光束照射

下，有凹坑處和無凹坑處反射的光強是不同的，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,因此不會產(chǎn)生新的凹坑。

7.21.硬盤存儲器的參數(shù)有哪些?硬盤的接口類型有哪幾種？

解：硬盤存儲器的參數(shù)有

磁盤記錄密度

平均訪問時間

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響應中斷應具備哪能些條件？

解：D在接口電路中設置中斷請求觸發(fā)器

2)在接口電路中設置中斷屏蔽觸發(fā)器

這樣，接口電路可向CPU發(fā)出中斷請求信號

3）若CPU開中，即在CPU中設置中斷允許觸發(fā)器

4）CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束后響應中斷

7.23簡述DMA傳送的工作過程。

解：以習圖7?4為例

當輸入設備準備好一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，發(fā)出選通脈沖STB,該信號一方面選通“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請求觸發(fā)器”

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

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

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

DMAC接到該信號后接管總線控制權(quán),發(fā)出D