1、第 6 章 輸入 /輸出1. 外部設備為什么要通過接口電路和主機系統相連？存儲器需要接口電路和 總線相連嗎？為什么？解答： 外部設備的功能是多種多樣的。有些外設作為輸入設備，有些外設作為輸出 設備，也有些外設既作為輸入設備又作為輸出設備， 還有一些外設作為檢測設備 或控制設備， 而每一類設備本身可能又包括了多種工作原理不同的具體設備。 對 于一個具體設備來說，它所使用的信息可能是數字式的，也可能是模擬式的， 而 非數字式信號必須經過轉換， 使其成為對應的數字信號才能送到計算機總線。 外 設的工作速度通常比 CPU 的速度低得多，而且各種外設的工作速度互不相同， 這就要求接口電路對輸入 /輸出過

2、程能起一個緩沖和聯絡的作用。 輸入 /輸出接口 電路是為了解決計算機和外部設備之間的信息變換問題而提出來的，輸入/ 輸出接口是計算機和外設之間傳送信息的部件， 每個外設都要通過接口和主機系統相 連。不需要，因為所有存儲器都是用來保存信息的， 功能單一； 傳送方式也單一， 一次必定是傳送 1 個字節或者 1 個字；品種很有限，只有只讀類型和可讀 /可寫 類型。此外，存儲器的存取速度基本上可以和 CPU 的工作速度匹配。這些決定 了存儲器可以通過總線和 CPU 相連。2. 是不是只有串行數據形式的外設需要接口電路和主機系統連接？為什么？解答：不是的，因為 CPU 通過總線要和外設打交道，而在同一個

3、時刻 CPU 通常只 和一個外設交換信息，就是說，一個外設不能長期和 CPU相連，只有被CPU選 中的外設， 才接收數據總線上的數據或者將外部信息送到數據總線上。 考慮外設 的速度和信號規格，所以，即使是并行設備，也同樣要通過接口與總線相連。3. 接口電路的作用是什么？按功能可分為幾類？解答：作用是：微處理器可以接收外部設備送來的信息或將信息發送給外部設備。 按功可分為兩類： 一類是使微外理器正常工作所需要的輔助電路通過這些輔助電 路，使外理器得到所需要的時鐘信號或接收外部的多個中斷請求等； 另一類是輸 入 /輸出接口電路，利用這些接口電路，微處理器可以接收外部設備送來的信息 或將信息發送給外

4、部設備。4. 數據信息有哪幾類？舉例說明它們各自的含義。解答：數據信息大致分為如下三種類型： 數字量：這類是指由鍵盤、磁盤機、卡片機等讀入的信息，或者主機送 給打印機、磁盤機、顯示器及繪圖儀的信息，它們是二進制形式的數據 或是以 ASII 碼表示的數據及字符，通常是 8 位的。模擬量：如果一個微型機系統是用于控制的，那么，多數情況下的輸入 信息就是現場的連續變化的物理量，如溫度、濕度、位移、壓力、流量 等，這些物理量一般通過傳感器先變成電壓或電流，再經過放大。這樣 的電壓和電流仍然是連續變化的模擬量，而計算機無法直接接收和處理 模擬量，要經過模擬量往數字量（ A/D ）的轉換，變成數字量，才能

5、送 入計算機。反過來，計算機輸出的數字量要經過數字量往模擬量（D/A ）的轉換，變成模擬量，才能控制現場。開關量：開關量可表示兩個狀態，如開關的閉全和斷開、電機的運摶和 停止、閥門的找開和關閉等，這樣的量只要用 1 位二進制數表示就可以 了。5. CPU 和輸入 /輸出設備之間傳送的信息有哪幾類？解答：CPU和輸入/輸出設備之間傳送的信息有以下幾類：數據信息、狀態信息、 控制信息。6. 什么叫端口？通常有哪幾類端口？計算機對 I/O 端口編址時通常采用哪兩種 方法？在 8086/8088 系統中，用哪種方法對 I/O 端口進行編址？解答：CPU和外設進行數據傳輸時，各類信息在接口中進入不同的寄

6、存器， 一般稱 這些寄存器為端口。 通常有：數據端口、狀態端口、控制端口。對端口編址的 兩種方法為：計算機對內存和 I/O 端口統一編址；計算機對內存和 I/O 端口分別 進行編址。在8086/8088系統中用計算機對內存和I/O端口統一編址。7. 為什么有時候可以使兩個端口對應一個地址？解答：不管輸入還是輸出，所用到的地址總是對端口而言的，而不是對接口部件而 言的。如果一個接口有兩個端口，那么，在設計接口部件時，就已經考慮了它能 接收兩個端口地址。 一個雙向工作的接口芯片通常有 4個端口，即數據輸入端口、 數據輸出端口、狀態端口和控制端口。因為數據輸入端口和狀態端口是 “只讀” 的，數據輸入

7、端口和控制端口是 “只寫”的，所以，系統為了節省地址空間，往往 將數據輸入端口和數據輸出端口對應一個端口地址，CPU用此地址進行讀操作時，實際上是從數據輸入端口讀取數據，而當 CPU 用此地址進行寫操作時，實 際上是往數據輸出端口寫入數據。 同樣，狀態端口和控制端口也用同一個端口地 址。& CPU和外設之間的數據傳送方式有哪幾種？實際選擇某種傳輸方式時，主 要依據是什么？解答：CPU與外設之間的數據傳輸有以下三種方式：程序方式、中斷方式、DMA方式。其中程序方式又可分為無條件傳送方式和條件傳送方式兩種方式。在CPU外設傳送數據不太頻繁的情況下一般采用無條件傳送方式。在CPU用于傳輸數據的時間較

8、長且外設數目不多時采用條件傳送方式。在實時系統以及多個外設的系統中，為了提高CPU的效率和使系統具有實時性能，采用中斷傳送方式。如 I/O設備的數據傳輸效率較高，那么CPU和這樣的外設進行數據傳輸是，即使盡 量壓縮程序查詢方式和中斷方式中的非數據傳輸時間，也仍然不能滿足要求。這是因為在這兩種方式下，還存在另外一個影響速度的原因，即它們都是按字節或 字來進行傳輸的。為了解決這個問題，實現按數據塊傳輸，就需要改變傳輸方式， 這就是直接存儲器傳輸方式，即 DMA方式。9. 無條件傳送方式用在哪些場合？畫出無條件傳送方式的工作原理圖并說明。解答：無條件傳送方式適用于對一些簡單的外設的操作中，如：開關、

9、七段顯示管 等。當CPU執行輸入指令是，讀信號RD有效，選擇信號M/IO處于低電平，因 而三態緩沖器被選通，使其中早已準備好的輸入數據進入數據總線，再到達CPU。當CPU執行輸入指令時，讀信號RD有效，選擇信號M/IO處于低電平，因 而三態緩沖器被選通，使其中早已準備好的輸入數據進入數據總線，再到達CPU。I/O輸入數據244三態 緩沖器AoAI地址譯碼器D0 D 7IO/Mrd10. 條件傳送方式的工作原理是怎樣的？主要用在什么場合？畫出條件傳送（查詢）方式輸出過程的流程圖。解答：數據傳送有三個環節：1、CPU從接口中讀取狀態字。2、CPU檢測狀態字 的對應位是否滿足 就緒”條件，如不滿足，

10、則回到前一步讀取狀態字。 3、如狀 態字表明外設已處于就緒狀態，則傳送數據。主要用于非實時系統及單一外設系 統。11. 設一個接口的輸入端口地址為 0100H，而它的狀態端口地址為0104H，狀態 端口中第 5 位為 1 表示輸入緩沖區中有一個字節準備好，可輸入。設計具體 程序實現查詢式輸入。解答：NEXT-IN ：MOV DX,106HIN AL ， DXTEST AL ，20HJZ NEXT-INMOV DX,100HIN AL ，DX12. 查詢式傳送方式有什么優缺點？中斷方式為什么能彌補查詢方式的缺 點？解答：在查詢方式下 CPU 不斷地讀取狀態字，如果狀態字表明外設沒準備好，則CPU

11、須等待。這些過程占用了 CPU的大量工作時間，而CPU真正用于傳輸數據 的時間卻很少。 另外，用查詢方式工作時， 如果一個系統有多個外設， 那么 CPU 只能輪流對每個外設進行查詢，而這些外設的速度往往并不同。這時 CPU 顯然 不能很好的滿足各個外設隨機性的對 CPU提出的輸入/輸出服務要求。使用中斷 傳送方式時， CPU 就不必花費大量時間去查詢外設的工作狀態了，因為當外設 就緒時，就會主動向CPU發中斷請求信號。而CPU本身具有這樣的功能：在每 條指令被執行完以后，會檢查外部是否有中斷請求，如果有中斷請求， 那么在中 斷允許標志為 1 的情況下， CPU 保留下一條指令的地址和當前的標志

12、，轉到中 斷服務程序去執行。被外界中斷時， 程序中下一條指令所處稱為斷點。 從中斷服 務程序返回時， CPU 會恢復標志和斷點地址。13. 敘述可屏蔽中斷的響應和執行過程。解答：INTR 引腿上進入的中斷請求信號是可以被 IF 標志所屏蔽的，所以稱為屏蔽 中斷。如果 IF 標志為 0，則從 INTR 引腿進入的中斷請求信號得不到響應，只有 當 IF 為 1 時， CPU 才會通過 INTA 引腿往接口電路送兩個負脈沖作為回答信號。 中斷接口電路接收到 INTA 信號后，將中斷向量發送到數據總線，同時清除中斷 請求觸發起的請求信號。 CPU 根據中斷處理子程序的入口地址，從而進入中斷 處理子程序

13、。14. 通常解決中斷優先級的方法有哪幾種？各有什么優缺點？解答：通常解決中斷優先級的方法有一下三種： （1）軟件查詢方式；（2）簡單硬件 方式-菊花鏈法；（3）專用硬件方式。利用軟件查詢方式來確定中斷優先級的優點是省硬件， 不需要有判斷優先級的硬件排隊電路， 而是用程序的優先級來確定 設備的優先級。當然， 用軟件查詢方式也有缺點， 這就是由設備發出中斷請求信 號到 CPU 轉入相應的服務程序入口的時間較長，特別是在中斷源比較多是情況 下，必須有較長的查詢程序段，這樣，轉入服務程序所花費的時間也較長。在簡 單硬件方式下， 各個外設接口就不會競爭中斷回答信號， 菊花鏈已經從硬件的角 度根據接口在

14、鏈中的位置決定了它們的優先級，越靠近CPU 的接口，優先級越高。在專用硬件方式下的整個過程中， 優先級較低的請求都受到阻塞， 直到通過 程序中的指令或者由于中斷處理程序執行完畢而引起當前中斷服務寄存器的對 應為清 0，級別較低的中斷請求才可能得到響應。15. 和 DMA 方式比較，中斷傳輸方式有什么不足之處？解答：在中斷方式下，仍然是通過 CPU 執行程序來實現數據傳送的，每進行 1次 傳送， CPU 都必須執行一遍中斷處理程序。而每進入 1次中斷處理程序， CPU 都要保護斷點和標志；此外， 在中斷處理程序中， 通常有一系列保護寄存器和恢 復寄存器的指令，這些指令顯然和數據傳送沒有直接關系，

15、但在執行時， 卻要使 CPU 花費不少時間；還有，對于 8086來說，本來取指令和執行指令分別由總線 接口部件和執行部件完成，它們并行地工作，即執行部件在執行指令時， 總線接 口部件把下面要執行的指令取到指令隊列中，但是，一旦進入中斷， 指令隊列就 要清除，執行部件須等待總線接口部件將中斷處理子程序中的指令取到指令隊列 中才開始執行程序，同樣，返回斷點時，指令隊列也要作清除，執行部件要等待 總線接口部件重新裝入斷點處的指令后才開始執行，這使并行工作機制失去功 能。傳輸速度就慢。16. 敘述用 DMA 方式單個數據的全過程。解答：（1）接口準備就緒，向 DMA 控制器發 DMA 請求；（2） D

16、MA 控制器接到 信號后，發總線請求； （3）接到信號后，總線允許，從而控制總線控制權； （4） DMA 控制器中地址寄存器的內容送到地址總線上； （5）DMA 請求得到確認；（6） 內存把數據送數據總線； （7）接口鎖存數據；（8）撤消總線請求；（9）8086 收 回總線控制權。17. DMA 控制器的地址線為什么是雙向的？什么時候往 DMA 控制器傳輸地 址？什么時候 DMA 控制器往地址總路線傳輸地址？解答：DMA 控制器的地址線之所以是雙向的，這是因為 DMA 控制器可以控制總 線，當它得到總線控制權時， 可以把地址送到地址總線上， 而接口卻只能接收端 口地址。當接口準備就緒，向 DM

17、A 控制器發 DMA 請求， DAM 允許后就可以 往DMA控制器傳輸地址。DAM控制器發總線請求，然后得到CPU送來的DMA允許信號，從而得到總線控制權，這時， DMA 控制器就往總路線傳輸地址18. 試說明在 DMA 方式時內存往外設傳輸數據的過程。 解答：當一個接口中有數據要輸出時，就往 DMA 控制器發一個 DMA 請求， DMA 控制器接到請求以后，便往控制總線上發一個總線請求，如果 CPU 允許讓出總 線，則發一個總線允許信號， DMA 控制器接到此信號后，就將地址寄存器的內 容送到地址總線上，同時往接口發一個 DMA 回答信號，并發一個 I/O 寫信號和 一個內存讀信號，接口接到

18、 DMA 回答信號以后，數據送到數據總線上，并撤除 DMA請求信號，I/O外設在接收到數據以后，一般往DMA控制器回送一個準備 好信號，于是 DMA 控制器的地址寄存器內容加 1或減 1，記數器的值減 1，而 且，撤除總線請求信號，這樣，就完成了對一個數據的 DMA 輸出傳輸，下一次 當接口中又準備好數據時，便可以進行一次新的傳輸。當計數器的值減為0時，DMA 傳輸過程便結束，此時， DMA 控制器往接口發一個記數結束信號，以表 示 DMA 傳輸結束。19. 對一個 DMA 控制器的初始化工作包括哪些內容？ 解答：對 DMA 控制器進行初始化的過程分為兩的方面： 1、將數據傳輸緩沖區的起 始地

19、址或者結束地址送到地址寄存器中。 2、將傳輸的字節數或字數送到計數器 中。20. DMA 控制器 8237A 什么時候作為主模塊工作？什么時候作為從模塊工作？ 在這兩種情況下，各控制信號處于什么狀態？解答：當 8237A 作為主模塊工作時 ,他會往總線上提供要訪問的內存地址 ,地址的地 位字節放在A7A0,而地址的高位字節放在 DB7-DB0。AEN信號為高電平，作 主模塊工作時， 8237A 還必須輸出必要的讀 /寫信號，它們分別是 I/O 讀信號， I/O 寫信號，存儲器讀寫信號。當CPU把數據送到8237A的寄存器或者從8237A的 寄存器取出時，8237A就象I/O接口一樣作為總線的從

20、模塊工作。8237A作從模 塊工作時，CS和HRQ 定為低電平，此時，用IOR和IOW作為讀/寫控制端， 當 IOR 為低電平時， CPU 可以讀取 8237A 的內部寄存器的值，當 IOW 為低電 平時，CPU可以將數據寫入8237A的內部寄存器中，CPU對8237A進行讀/寫時， AEN 為低電平。21. 8237A 有哪幾種工作方式？各自用在什么場合？ 解答：8237A有4種工作方式，分別為：單字節傳輸模式：8237A每完成1個字節 傳輸后，釋放系統總線。塊傳輸模式：可以連續進行多個字節的傳輸，只有當字 節計數器減為零，才釋放總線而結束傳輸。 請求傳輸模式： 只是在每傳輸 1 個字 節后

21、，如果檢測到 DREQ 端變為無效電平，則停止傳輸，當 DREQ 又變為有效 電平時，就在原來的基礎上繼續傳輸。級聯傳輸模式：幾個 8237A 可以進行級 聯，構成主從式 DMA 系統，最多可以由 5個 8237A 構成二級 DMA 系統，得到 16 個 DMA 通道，級聯時，主片通過軟件在模式寄存器中設置為級聯傳輸模式， 從片不用設置級聯方式。22. 什么叫 DMA 控制器的自動預置功能？這種功能是用得很普遍的，舉一個例 子說明它的使用場合。解答：自動預置功能是指在計數值達到 0 時，當前地址寄存器和當前字節計數器會 從基本寄存器和基本字節計數器中重新取得新值， 從而進入下一個數據傳輸過程 的功能。 例如：一個通道若被設置為具有自動預置功能， 則該通道對應的屏蔽位 必須為 0。23. 用 DMA 控制器進行內存到內存的傳輸時，有什么特點？ 解答：（1）為了實現這種傳