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(总分：46.00，做题时间：90分钟)
一、单项选择题(总题数：11，分数：22.00)
1.在不同速度的设备之间传送数据( )。 A.必须采用同步控制方式 B.必须采用异步控制方式
C.可用同步方式，也可用异步方式 √ D.必须采用应答方式 2.串行接口是指( )。
A.接口与系统总线之间串行传送，接口与I／O设备之间串行传送 B.接口与系统总线之间串行传送，接口与I／O设备之间并行传送 C.接口与系统总线之间并行传送，接口与I／O设备之间串行传送 √ D.接口与系统总线之间并行传送，接口与I／O设备之间并行传送
3.在中断系统中，CPU一旦响应中断，则立即关闭( )标志，以防止本次中断响应过程被其他中断源产生另一次中断干扰。 A.中断允许 B.中断请求 C.中断屏蔽 √ D.设备完成
4.CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，可采用( )。 A.并行技术 B.通道技术 C.缓冲技术 √ D.虚存技术
5.一个由微处理器构成的实时数据采集系统，其采样周期为20ms，A／D转换时间为25μs，则当CPU采用( )方式读取数据时，其效率最高。 A.查询 B.中断 √ C.无条件传送 D.延时采样
6.在采用DMA方式高速传输数据时，数据传送是( )。 A.在总线控制器发出的控制信号控制下完成的
B.在DMA控制器本身发出的控制信号控制下完成的 √ C.由CPU执行的程序完成的 D.由CPU响应硬中断处理完成的
7.周期挪用方式常用于( )方式的输入／输出中。 A.程序查询方式 B.中断方式 C.DMA方式 √ D.通道方式
8.CPU对通道的请求形式是( )。 A.自陷 B.中断 C.通道命令
D.I／O指令 √
9.下列陈述中，正确的是( )。
A.CPU对外设的选择是基于设备编址的 √
B.统一编址是指系统按照统一的设备管理方案对外设进行统一编码
C.设备编址是CPU对外设的选择编码，每个设备都有唯一的编码，不会造成混淆 10.下列陈述中，正确的是( )。
A.中断技术在实时系统中非常重要，在于CPU在任何时候都可响应中断请求，保证了系统的实时要求 B.在单级中断中，CPU响应中断时会设置中断屏蔽状态，这样中断过程就不会被其他中断打扰；而在多级中断系统中，为了支持多重中断，即优先级高的中断可以打断优先级低的中断，所以CPU响应中断时就不设置中断屏蔽状态了
C.在多级中断系统中，为了支持中断嵌套，中断服务程序首先要开中断 √ 11.下列陈述中，不正确的是( )。
A.缓冲技术是输入／输出系统用于平滑CPU和外设速度差异的基本手段 B.中断事件对输入／输出系统而言是一种随机事件 C.无条件传送方式的对象是速度极慢或简单的外围设备 D.CPU可以通过通道指令管理通道 √
二、设计题(总题数：3，分数：6.00)
12.磁盘、磁带、打印机三个设备同时工作：磁盘以30μs的间隔向控制器发DMA请求，磁带以45μs的间隔发DMA请求，打印机以150μs的间隔发DMA请求。假定DMA控制器每完成一次DMA传送所需时间为5μs，画出多路DMA控制器工作时空图。
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：根据传输速率，磁盘优先权最高，磁带次之，打印机最低。工作时空图如图8．12所示。) 13.某系统有2台磁带机(1个接口可控制两台磁带机)、2块磁盘(1个接口只控制1块磁盘)，还有一个终端、两台打印机，系统采用通道结构，请给出示意图。
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：使用选择通道连接磁带机，数组多路通道连接磁盘，字节多路通道连接终端和打印机。如图8．14所示。图。
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：配置图如图8．16所示，主端口是1394树形配置结构的根接点。一个主端口最多可连接63台设备，每个设备称为一个节点，它们构成亲子关系。其中右侧按菊花链式配置，左侧按亲子关系连接。) ) 14.有以下外设：硬盘、扫描仪、打印机、CD—ROM、数字相机，请利用IEEE1394接口进行连接，画出配置
三、分析题(总题数：9，分数：18.00)
15.说明外围设备的I／O控制方式分类及其特点。
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：①程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作能够同步，且硬件结构比较简单。输入和输出控制和传输完全由CPU处理，降低了CPU的效率。 ②程序中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，CPU不需要对外设进行状态查询，节省了CPU的时间开销，但硬件结构稍复杂一些。 ③直接内存访问(DMA)方式：数据传送不需要CPU的中转而在内存和外设间直接传送，数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的限制。需要更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批数据交换的场合。 ④通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，完全将CPU从I／O控制工作中解放处理，大大提高了CPU的工作效率。 ⑤外围处理机方式：是通道方式的进一步发展，基本上独立于主机工作，结构更接近一般处理机。)
16.说明中断优先级的意义。
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：中断优先级表现在两个地方：一是当多个中断源同时请求中断时，先响应优先级高的中断请求；二是优先级低的中断可以被优先级高的中断所中断。事实上，优先级就代表了系统对各个中断源所代表的事件的紧急程度的考量。)
17.什么叫中断允许?什么叫中断屏蔽?为什么要设置中断允许与中断屏蔽?
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：CUP执行过程中有时候不允许中断，特设立中断允许触发器，只有中断允许触发器为“1”才允许中断。如果禁止中断，可用指令将中断允许触发器置“0”，这时CPU就不再响应中断请求了。 中断源的优先级是固定的，不能任意改变。为了控制各种设备中断的先后顺序，特设立中断屏蔽触发器，每一个中断源都对应设立一个中断屏蔽触发器，当该屏蔽触发器为“1”时，其中断请求被屏蔽起来，不能向CPU申请中断。用这种方法也可改变许多设备同时请求中断时，CUP先响应哪个设备请求的次序。) 18.为什么DMA方式比中断方式具有更高的I／O效率?
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：中断方式只是解决了CPU对I／O设备状态的查询和等待，但数据传送仍然需要CPU参与和中转，以输入为例，CPU从外设读取数据到寄存器，再将寄存器中的数据存储到内存中；而在：DMA方式下，数据传送在DMA控制器的控制下直接在内存和外设间传送，既不需要CPU的参与也没有了中断开销，所以DMA方式具有更高的I／O效率。) 19.通道有几种类型?简述其特点。
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：①选择通道：又称高速通道，在物理上可接多个设备，但逻辑上只能接一个设备，主要用于连接高速外设。但外设的辅助操作时间长，此期间内通道处于等待状态，利用率不高。 ②数组多路通道：不仅在物理上可接多个设备，逻辑上也可接多个设备。既保留了选择通道高速传送数据的优点，又充分利用了控制性操作的时间间隔为其他设备服务，通道效率充分得到发挥。 ③字节多路通道：主要用于连接大量低速设备。物理上、逻辑上均可连接多个设备。不仅允许多个设备同时操作，也允许它们同时进行传输型操作。各设备与通道间的数据传送以字节为单位交替进行。)
20.图8．2是以程序查询方式实现与多台设备进行数据交换的程序流程图；试分析这种处理方式(图中实线表示的方式)存在的问题以及改进措施。 __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：这种处理方式一旦发现某个设备可供使用，或者发现它需要服务，控制方向就转到与这个设备有关的服务程序，服务结束后，将控制方向转到主程序，而不再继续检查任何其他设备的特征触发器。因此，只有那些在查询顺序中排在前面的特征触发器才经常被检查。在查询子程序进行这一次查询时，一台较高优先权的设备如果可以使用，所有较低优先权的设备都得不到服务。改进的方法是，将控制方向转回查询子程序(如图中虚线所示)，继续检查排在刚才能用的那台设备后面的那些设备。如果发现有新的设备可供使用，或者发现它需要服务，就把控制方向转到这个新设备的服务程序，在这个服务结束时，控制方向又转回查询子程序；从返回点开始，查询子程序又继续检查下一个最高优先权的设备能否使用；用这种方法，控制方向每转入查询子程序一次，查询序列就通过一次；只在所有的设备都已查询过了，控制方向才转向主程序。因此，没有哪一个设备长时间得不到服务，只有先后的差别，机会是相等的。) 21.分析图8．4逻辑示意图的功能。 __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：当中断允许信号INTI有效(为“0”)时，如果IR1、IR2、IR3中至少一个外设的中断请求时就会使中断请求INTO有效，向CPU提交中断请求。同时，IR1、IR2、IR3所相应的IS1、IS2、IS3会有效，表示是哪个外设产生的中断请求，IS1的条件是IR1有效，而IS2的条件是IR1无效且IR2有效，而IS3的条件是IR1、IR2无效且IR3有效，所以IR1的优先级最高、IR2次之、IR3最低。 当CPU响应中断后，INTA有效，IR1和IS1控制门7，IR2和IS2控制门8，IR3和IS3控制门7。如果是IR1产生的中断，则门7控制编码器，向数据总线上送出001010，这是IR1产生的中断的中断向量；同理，IR2产生的中断，中断响应INTA有效后，向数据总线上送出中断向量001010；IR3产生的中断，中断响应INTA有效
后，向数据总线上送出中断向量001000。 本示意图说明了采用串行排队链法来实现具有公共请求线的中断源优先级识别的过程。)
22.图8．6所示的系统是A、B、C三个设备组成的单级中断结构，它要求CPU在执行完当前指令时转向对中断请求进行服务。现假设： T oc 为查询链中每个设备的延迟时间； T A 、T B 、T C 分别为设备
A、B、C的服务程序所需的执行时间； T S 、T R 为保存现场和恢复现场所需时间； 主存的工作周期T M 。 试问： ①分析CPU处理设备A、B、C的服务程序所需的执行时间。 注意：“中断允许”机构在确认一个新中断之前，先要让即将被中断的程序的一条指令执行完毕。 ②就这个中断请求环境来说，系统在什么情况下达到中断饱和?也就是说，在确保请求服务的三个设备都不会丢失信息的条件下，允许出现中断的极限频率有多高? ③如果将系统改为多级中断系统，极限频率如何变化?
__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：①中断处理过程和各时间段如图8．7所示。 假定三个设备同时发出中断请求，那么依次分别处理设备C、B、A时间如下： t C =2T M +T oc +T s +T c +T R t B =2T M +2T oc +T s +T B +T R t A =2T M +3T oc +T s +T A +T R ②三个设备所花的总时间为：T=t C +t B +t A 。 T是达到中断饱和的最小时间，即中断极限频率为f=1／T。 ③系统改为多级中断系统，对中断极限频率有影响(重新计算t 、C t B 、t A )。)
23.某机用于生产过程中的温度数据采集，每个采集器含有8位数据缓冲寄存器一个，比较器一个，能与给定范围比较，可发出“温度过低”或“温度过高”信号。如图8．9所示，主机采用外设单独编址方式，四个采集器公用一个设备码，共一个接口。①如果采用程序查询方式工作，请拟定该接口的方案。②如果采用中断方式，如何改进该接口(如何产生中断请求)。③请简述在中断方式下的工作原理。 __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：如图8．10所示。①接口中设置了一个状态字，用来存储四个采集器的比较结果，每个采集器对应两个bit位，分别表示：00—正常、10—过低、11—过高。由于四个采集器公用一个设备码，所以在接口中设置了一个控制字，来指示后续读操作的对象，使用了三个bit位，分别表示：100—读状态、000—读采集器0的缓冲、001—读采集器1的缓冲、010—读采集器2的缓冲、011—读采集器0的缓冲。 ②如果采用中断方式，需要在接口中添加一个中断逻辑。写控制字时清除中断请求。控制字的三bit编码中增加：110—禁止中断、111允许终端，这两个编码的译码信号将控制中断逻辑中的EI。中断逻辑中的请求信号由状态字产生，8bit位中只要有一个“1”(假设不会错误产生01的状态，只有00、10、11)，就产生中断请求。 ③在初始化时写入控制字“111”，中断逻辑中的EI被设置为允许中断。采集器监视温度变化，并实时修改状态字：正常—00、过低—10、过高—11。如果有异常，即至少有一个采集器产生了过高或过低，状态字中就会出现一个“1”，中断逻辑中的请求被设置，向CPU请求中断。CPU响应中断，进入中断服务程序，先写控制字100读状态，再读取，取出的是状态字；检查状态字，看看是哪个或哪几个采集器异常，如果确实有异常再读取采集器当前的温度数值，方法仍然是：先送控制字000、001、010或011，再读取。)
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