北方交大期末计算机复习资料计算机组成原理期末复习

打算机⑷成感理

期未裒习

题型：

i的舱择题：30分■

»基本概念和重要概念

»容易混淆的概念

»简单计算

»分布于各章

■计算题：20分

»看清题意（何种计算，何种算法）

»计算准确

»写出计算步骤K、

»第二章

■分析设计题：50分

»仔细分析题意及已知条件

»作图规范

»综合运用知识

»第二、三、五、六、七章

第一章知识要点：

1,了解计算机的发展历史及应用;

2,掌握计算机的基本组成及特点;

3,掌握计算机系统的层次结构。

图1.1计算机硬件系统基本组成框图

五级高级语言级-I

四级汇编卷"g级一I

口itSg序

三级操作靠统级1

R操作系统

二级一般&器级H

「尊序

微程鼻冠计康")

程序直接由硬件执行

1.3计算机系统的层次

结构示意tSLJ

第二章知识要点：

1,掌握数据信息的表示方法，包括原码、

补码、反码、移码及定、浮点数的表示

方法；

2,了解非数值数据（字符和汉字）的表

示方法；

3,掌握定点数的加、减、乘、除算法；

4,掌握定点运算器的组成与结构；

5,掌握浮点运算方法，了解浮点运算器

的基本结而。

用集成电路构成ALU的原理

■SN74181是一种具有并行进位的多功能ALU芯片,

每片4位，构成一组，组内是并行进位。

■SN74182芯片：是一个产生并行进位信号的部

■利用SN74181提供的小组进位传递函数和进位

生成函数为输入参数，以并行的方式给出每个

小组（芯片）的最高位进位信号。

■SN74182是作为第二级并行进位系统.

例：用SN74181和SN74182设计如下的32位ALU.

■两重进位方式

■三重进位方式

■行波进位方式

32位两重并行进位ALU框图:

4C12

G2AP2ICnC24C20G?P?

r

SN74182

I

GJn

Tn

P4*G?P3*—pl*

同右边FRrRFR

F|6F|5F14FlJFuF11F10F9IB3

II—III

s0

SN74181SN74181N77410

-IITIII

TfIIIIIIII

RTD$&cSA

Bj2BnB14BISB|4B|JB12BnBioB9*BJ

Aj2AnA16AlsAuA|3AnAnA10AsA5A4A2

第二大组第一大组

（16位）（16位）

32位三重并行进位ALU框图:

32位行波进位方式ALU框图:

mi

SN74181(7))cSN7418K2)SN74l8l(l)>-C0

风®27®26

AyiAj]A30A29AJJAj7A26A2J

2.5.2定点运算器

运算器的结构包含：、

■加法器

■通用寄存器

■输入数据选择电路

■输出数据控制电路

■内部总线

1.定点运算器的基本结构及工作过程:

系统总线

内存储器

内部BUS

寄存器n

实“循环左

校"判别16位运算结果是否为全0

“循环右

寄存校"

“字节交

最终簿"

“直接传11

进位三选一多

值路选择器

1T

AR

0O|01

ITT存放原

RoR]操作数、

目的操

LDRo作数，

可作累

加器

双向移位寄存

器，做乘法时

存放乘数，做

LDR3

除法时存放商。

图2.27小型机运算器框图

浮点运算方法和浮点运算器

例2.21：

■设浮点数的阶码为4位（含阶符），尾数

为6位（含尾符），x、y中的指数项，小

数项均为二进制真值.

(l)x=2olx0.1101,产2Hx(-0.1010),求x+广？

⑵x=-2-°i°x(Mill,y=2H0°x0.1110,求x一尸?

解⑴冈眉）001,0,11010；［y］补=0011,L01100

①对阶［AE广网补-回补=0001+1101=1110,其真值为・010,即x的

阶吗比y的阶码小2,x的尾教应右移施,阶妈加2,得

冈补=0011,0.00111（0索人）

②尾数相加（用双符号）,［xV/」6,IP

00.00111

+1L01100

11.10011

©球规格化，由于运算结果的尾数为山XX…X的形式,所以

应左规，尾数左移一位,阶碑机,结果为［x+ybW010,L00110,x+y=2010

x（-0.11010）.

2.6.2浮点运算器

1.浮点运算器的一般结构

第三章知识要点：

1,理解存储器的分类和分级结构；

2,掌握主存储器的技术指标、基本结构和

基本操作；

3,理解半导体存储器的基本组成和工作原

理；▼

4,掌握主存储器组织；

5,掌握CACHE的功能、基本原理、地址映

像（直接映像方式）和替换策略；

6,掌握多体交叉存储器的基本原理及地址

交叉方法;^

7,掌握虚拟存储器的基本概念及页式虚拟

存储器、段式虚拟存储器和段页式虚拟

存储器的工作原理和替换算法；

8,掌握存储保护的两种方法：存储区域保

护和访问方式保护；

9,掌握存储校验技术及几种常见校验码：

奇偶校验码、海明校验码、CRC码。

基本概念

■存储器：存放程序和数据的器件；

■存储位：存放一个二进制数位的存储单元，是

存储器最小的存储单位，或称记忆单元；

■存储字：一个数（n位二进制位）作为一个整

体存入或取出时，称存储字；

■存储单元：存放一个存储字的若干个记忆单元

组成一个存储单元；存储体：大量存储单元的

集合组成存储体；

■存储单元地址：存储单元的编号；

■字编址：对存储单元按字编址；

■字节编址：对存储单元按字节编址；

■寻址：由地址寻找数据，从对应地址的存储单

一"、-口

第四章知识要点：

■了解指令系统的发展；

■掌握指令系统的性能指标；

■理解计算机语言与硬件结构的关系；

■掌握指令的格式和指令字长度及其扩展

方法；

■掌握各种寻址方式的特点;，

■掌握指令系统的要求和指令分类。

第五章

CPU的组成与功能

■(1)控制器组成

■控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码

器、时序产生器和操作控制器等组成.

■主要负责协调和指挥整个计算机系统的操作，

控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。

■控制器内的主要寄存器有：程序计数器(PC)

缓冲寄存器(DR)、指令寄存器(IR)、指令译

码器(ID)、地址寄存器(AR)o

控制器的主要作用是：

■指令译码。

■控制指令执行。、

此外，控制器还应该具有以下作用：

■控制程序和数据的输入与结果输出

■处理异常情况和请求。

(2)运算器组成

运算器由算术逻辑单元(ALU)、累

加寄存器、数据缓冲寄存器和状态标志

寄存器组成，负责完成对操作数据的加

工处理任务.相对控制器而言，运算器

接受控制器的命令并且进行操作，即运

算器所进行的全部操作都是由控制器发

出的控制信号来指挥的，所以它是执行

部件。

运算器的主要组成

运算器的主要组成有：算术逻辑单

元（ALU）、累加寄存器（AC）、数据缓

冲寄存器（DR）、状态标志寄存器等。

CPU

图5.1CPI.的结构

指令的执行与时序产生器

■掌握指令的执行过程

■掌握指令周期、机器周期、节拍、工作脉冲的概念

-指令周期就是CPU从取出一条指令、分析指令并执

行这条指令所花费的时间。

指令周期常常用若干个CPU周期数来表示。

-CPU周期也称为机器周期。通常是用主存储器中读

取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。

基本的机器周期：

»取指周期

»寻址运算和取操作数周期

»执行周期

掌握各种指令的指令周期的构

'成'

■CU指令是我问内存指令；1^^^

■ADD指令是一条直接访问内存指令；

■STA指令是一条间接访问内存指令；

■JMP指令是转移控制指令。

掌握时序产生器的工作原理

■时序信号产生器就是用逻辑电路实现上

述控制时序，产生指令周期控制时序信

号的部件。Ik

■时序信号产生器最基本的结构都是由时

钟源、环形脉冲发生器、节拍脉冲和读

/写时序译码逻辑、启停控制逻辑等部

分构成的，

IORQMERQRDWET1T2T3T4

图5.16时序信号产生器结构图

CPU的控制方式

指令周期是指从取指到执行完一条指令

所需要的时间，是由若干个CPU周期组成的。

每条指令所需的时间各不相同，每个操作控

制信号所需的时间及出现的次序也是各不相

同的。形成控制不同操作序列的时序信号的

方法，称作控制器的控制方式。控制方式反

映了时序信号的定时方式。CPU常用的控制

方式有三种：同步控制方式、异步控制方式

和联合控制方式。

微程序设计技术和微程序控制

器

\在计算机系统设计中，微程序设计

技术是利用软件方法进行硬件设计的一

门技术。采用微程序设计思想的微程序

控制器，同组合逻辑控制器相比较，具

有规整、灵活、易维护等一系列优点，

因而，在计算机设计中取代了早期采用

的组合逻辑控制器，应用广泛。

微程序控制的基本思想就是按照设

计解题程序的思路，把操作控制信号编

成微指令，并将微指令代码存放到只读

存储器里，当机器运行时，一条一条地

读出这些微指令，产生计算机所需要的

各种操作控制信号，使相应部件执行规

定的操作。

微程序设计技术

1.微程序设计技术的基本概念

在计算机中，一条指令功能是，由控

制部件通过控制线向执行部件发出各种控

制命令，执行部件接受命令后，按一定次

序执行一系列最基本操作完成的。这些控

制命令通常称为微命令，而这些最基本的

操作称为微操作。微命令就是用以控制各

功能部件完成某个微操作的命令。

相容性和相斥性微操作

微操作在执行部件中是最基本的操作。

由于数据通路的结构关系，微操作可分为相

容性和相斥性两种。

所谓相容性的微操作，是指在同时或同

一个CPU周期内可以并行执行的微操作。

所谓相斥性的微操作，是指不能在同时

或不能在同一个CPU周期内并行执行的微操

作。

例子：

下图示出了一个简单运算器模型，其

中ALU为算术逻辑单元，R1,R2,R3为三

个寄存器。三个寄存器的内容都可以通过

多路开关从ALU的X输入端或Y输入端

送至ALU,而ALU的输出可以送往任何一

个寄存器或同时送往RI,R2,R3三个寄

存器。

简单运算器数据通路图

图中每个开关门由控制器中相应的微命令

来控制，例如，开关门4由控制器中编号为

4的微命令控制，开关门6由编号为6的微命

令控制，如此等等。三个寄存器Ri，R2,

R3的时钟输入端1，2,3也需要加以控制，

以便在ALU运算完毕而输出公共总线上电

平稳定时，将结果打入到某一寄存器。另

外，我们假定ALU只有十，一，M（传送）

三种操作。Cy为最高进位触发器，有进位

时该触发器状态为“1”。

■ALU的操作（加、减、传送）在同一个

CPU周期中只能选择一种，不能并行，所

以十，一，M（传送）三个微操作是相斥

性的微操作。类似地，4,6,8三个微操作

是相斥性的，5,7,9三个微操作也是相斥

性的。

■微操作1,2,3是可以同时进行的，所

以是相容性的微操作。另外，ALU的X输

入微操作4,6,8分别与Y输入的5,7,9

任意两个微操作，也都是相容性的。

图5.22微指令与机器指令的关系(1)

2.微指令基本结构

（1）微指令的基本格式

微指令的基本格式如图5.20所示。

微指令是由操作控制（微命令字段）和

顺序控制（微地址字段）两个基本部分

构成的。Rk▼

操作控制部分I顺序控制部分

----测试标志顺序地址

,___iIxzU

控制信号W/RSi-So下一条指令地址

图5.20微指令基本格式

1）操作控制部分

用它来发出指挥计算机工作的控制

信号。可以用操作字段的每一位表示一

个微命令。微命令信号还要加入时间控

制，即与时序信号组合。

2）顺序控制部分

用它来决定产生下一条微指令的地址。决

定下一条微指令地址的方法有多种，但基本上还

是由微指令顺序控制字段来决定。即用微指令顺

序控制字段的若干位直接给出下一条微指令的地

址，其余各位则作为判别测试状态的标志，如标

志为“0”则表示不进行判别测试，直接按顺序控

制字段给出的地址取下一条微指令；若标志为

“1”则表示要进行判别测试，根据测试结果，按

要求修改相应的地址位信息，并按修改后的地址

取下一条微指令。

例：一个具体的微指令结构

■微指令字长为23位，它由操作控制和顺

序控制两大部分组成。

■操作控制部分用来发出管理和指挥全机

工作的控制信号。为了形象直观，在我

们的例子中，该字段为17位，每一位表

示一个微命令。每个微命令的编号同前

图所示的数据通路相对应，具体功能示

于微指令格式的左上部。

LDR；LDRJRi-YR「YR3-YMRD'LDIR'PC+I

||I||H直接堆址

LDRJRLXRLXDR-XLDDR,LDAR'PiPi

具体微指令格式

例：一个具体的微指令结构

当操作控制字段某一位信息为“1”时，

表示发出微命令；而某一位信息为“0”时,

表示不发出微命令。例如，当微指令字第

1位信息为“1”时，表示发出LDR\；的

微命令，那么运算器将执行ALU-Ri的微

操作，把公共总线上的信息打入到寄存器

R1O同样，当微指令第10位信息为“1”时，

则表示向ALU发出进行“十”的微命令，

因而ALU就执行“十”的微操作。

例：一个具体的微指令结构

微指令格式中的顺序控制部分用来决

定产生下一条指令的地址。本例中顺序控

制字段有6位，其中4位(20-23)用来直接给

出下一条微指令的地址，第18,19两位作

为判别测试标志。根据测试结果，需要对

20—23位的某一位或某几位进行修改，然

后按修改地址取下一条微指令。

3.微程序设计技术

微程序设计的关键是微指令结构的设计。设

计微指令结构需要考虑以下问题（也是微程

序设计技术所要讨论的问题）：

①如何缩短微指令字的长度。

②如何减小控制存储器的容量。

③如何减少微程序长度。

④如何提高微程序的执行速度

⑤如何易于修改微指令。、

⑥如何增加微程序设计的灵活性。

(1)微指令的编码译码控制方法

微指令由控制字段和顺序控制字段

组成。微指令编码译码控制方法，就是

对微指令中的操作控制字段进行编码表

示，并且给出操作控制信号的方法。通

常有以下几种方法：

1）位直接控制法

采用位直接控制法的微指令结构如图

5.20所示。在微指令的控制字段中，每

一位表示一个微命令，在设计微指令时,

只要将微指令控制字段中相应位置成‘1

或’0’，便可发出或禁止某个微命令，

这就是位直接控制法。

操作控制部分I顺序控制部分

----测试标志顺序地址

,____iIxzU

控制信号W/RSi-So下一条指令地址

图5.20微指令基本格式

优点：简单直观，其输出可直接用于控制,

操作并行性最好，从而提高速度。

缺点：字长过长，CM容量过大，利用效率

极低o

2）字段直接译码控制法

采用字段直接译码控制法的微指令结

构如图5.23所示。字段直接译码控制法

就是把一组相斥性的微命令信号组成一

个字段（一个小组），然后通过字段译

码器对每一个微命令信号进行译码，译

码输出作为操作控制信号。即组内采用

最小编译法，组间采用直接控制法。

微命令微命令(Sb.*

图5.23字段直接译码控制法

优点：

■字长较直接控制编码短2〜4倍

■各段微操作是并行执行的，每段的位数

不多，其译码线路及组合逻辑线路较简

单，门电路的级延迟时间不大，提高速

度。

■硬件设备较最小编译法简单。

■以功能部件来分段，便于微程序的编制

和机器的调试检查工作。

3）混合编码译码控制法

这是将位直接控制法与字段译码控

制法混合使用的方法，能综合考虑微指

令字长、灵活性和执行微程序速度等方

面的要求.

（2）微地址的产生及微程序流的控制

当前正在执行的微指令，称为现行微指令，现

行微指令所在的控制存储器单元的地址称为现行微

地址。现行微指令执行完毕后，下一条要执行的微

指令称为后继微指令。后继微指令所在的控制存储

器单元地址称为后继微地址。

微程序流的控制是当现行微指令执行完毕后，

控制产生后继微指令的后继微地址的过程。通常，

产生后继微地址有3种方法。

■1）计数器方式

■2）增量方式与断定方式相结合的方法

■3）多路转移方式

(3)微指令的格式

微指令的编码译码控制方法是决定

微指令格式的主要因素。在设计计算机

时考虑到速度、价格等原因，可采用不

同的编码译码控制方法，即使在一台计

算机中，也有几种编码译码控制方法同

时存在的情况。微指令的格式大体分成

两类：水平型微指令和垂直型微指令。

1）水平型微指令

一次能定义并执行多个并行操作微

命令的微指令，称作水平型微指令。采

用直接控制法进行编码的，属于水平型

微指令的典型例子。水平型微指令的一

般格式如下：▼

控制字段判别测试字段下一地址字段

按照控制字段的编码方法的不同，

水平型微指令又分为三种：全水平型

（不译法）微指令、字段译码法水平型

微指令、直接和译码相混合的水平型微

指令。▼

2）垂直型微指令

设置微操作码字段时，采用微操作

码编译法来规定微指令的功能的微指令,

称为垂直型微指令。实现一条机器指令

的微程序要比水平型微指令编写的微程

序长得多。它采用较长的微程序结构来

换取较短的微指令结构。

5.3.2微程序控制器

\L威用矗器组成原理

微程序控制器主要由控制存储器、微

指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组

成，其中，微指令寄存器又分为微地址

寄存器和微命令寄存器两部分。

图5.27(1)微程序控制器组成原理框图

掌握硬布线控制器的设计方法

\J.硬布线控制基本方法鼠

硬布线控制是早期推出的设计计算

机的一种方法。硬布线控制器所产生的

控制计算机各部分操作所需的控制信号

是由直接连线的逻辑电路生成的，所以

又称为组合逻辑控制器。

主要掌握硬布线控制逻辑设计的基本步骤

掌握门阵列控制器的设计方法

由大量的与门、或门阵列等电路构成

的器件，简称为门阵列器件.用门阵列器

件设计的操作控制器，称为门阵列控制器

门阵列器件中有小规模、中规模集成电路

制作的逻辑器件，也有大规模集成电路制

作的通用可编程逻辑器件。

基本设计思想

采用门阵列器件设计控制器的基本

设计思想与早期的硬布线控制器一样：

首先写出每个操作控制信号的逻辑表达

式，然后选用某种门阵列芯片，并通过

编程来实现这些表达式。

第六章知识要点：

■了解总线的概念及分类。

■掌握总线的连接、控制和通信方式

以及信息的传送方式等等。

■掌握常用微机总线及接口的类型及

应用。

1.总线的结构

■地址线，用于选择信息传送的设备。地址线通

常是单向线，地址信息由源部件发送到目的部

择。

■数据线，用于在总线上的设备之间传送数据信

息。数据线通常是双向线。

■控制线，用于实现对设备的控制和监视功能。

控制线通常都是单向线，有从CPU发送出去的，

也有从设备发送出去的。

■还有时钟线、电源线和地线等，分别用作时钟

控制、提供电源，及减少信号失真及噪声干扰O

2.总线的连接方式

■根据连接方式的不同，单机系统中采用

的总线结构有3种基本类型：

—双总线结构；

-三总线结构。▼

信息的传送方式

■计算机系统中，信息传输基本上有4种方式：

-串行传送

-并行传送

-并串行传送

-分时传送

■出于速度和效率上的考虑，系统总线上传送信

息时，通常采用并行传送方式。

■在一些微型计算机或单片机中，由于受CPU引

脚数的限制，系统总线传送信息时，采用的是

并串行方式或分时方式。

6.2总线的控制与通信

■总线为多个部件所共享，要有一个控制机构来

仲裁总线使用权。因为总线是公共的，所以当

总线上的一个部件要与另一个部件进行通信时,

就应该发出请求信号。

■在同一时刻，可能有多个部件要求使用总线，

这时总线控制部件将根据一定的判决原则，即

按一定的优先次序，来决定首先同意哪个部件

使用总线。只有获得了总线使用权的部件，才

能开始传送数据。

总线的控制

■根据总线控制部件的位置，控制方式可

以分成两类：

-集中式：总线控制逻辑基本集中在一处的，

称为集中式总线控制。集中式控制是三总线、

双总线和单总线结构机器中主要采用的方式

它主要有3种控制方式：

■链式查询方式；

■计数器定时查询方式；

■独立请求方式。

-分散式：总线控制逻辑分散在总线各部件中

的，称为分散式总线控制。

1.链式查询方式

图示的总

线控制部

D数据线件在单总

A地址线线和双总

BG：总线授权信号线系统中

BSBR：总线请求信号

总线

BS：总线忙信号常常是

控制假设设备n请求使

用总线。CPU的一

部件BR部分。在

设备接口设备接口

0三总线系

统的I/O

总线中，

BG它是通道

的一部分

链式查询方式的主要特征

■BG串行地从一个I/O接口传送到下一个I/O接口

假如BG到达的接口无总线请求，则继续往下

传；假如BG到达的总线接口有总线请求，则

BG信号便不再往下传。这意味着，该I/O接口

就获得了总线使用权，同时将BS信号置1。

■在查询链中离总线控制器最近的设备具有最高

优先权，离总线越远，优先权越低，因此，链

式查询是通过接口的优先权排队电路来实现的

链式查询方式的优缺点

■优点：

-只用很少几根线就能按一定优先次序实现总

线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。

■缺点：K

-对查询链的电路故障很敏感，如果第i个设

备接口中有关链的电路有故障,那么第i个

以后的设备都不能进行工作。

-查询键的优先级固定。如果优先级高的设备

出现频繁的请求，那么优先级较低的设备可

能长期不能使用总线。

2.计数器定时查询方式

■原理如图所示。

计数器定时查询方式原理

■总线上的任一设备要求使用总线时，都

通过BR线发出总线请求。总线控制器接

到请求信号以后，在BS线为“0”的情况

下让计数器开始计数，计数值通过一组

地址线发向各设备。每个设备接口都有

一个设备地址判别电路，当地址线上的

计数值与请求使用总线的设备的接口地

址相一致时，该设备置BS线为“1”，获

得总线使用权，此时中止计数查询。

计数器定时查询方式优先级

■计数可以从“0”开始，各设备的优先次序与链

式查询法相同，优先级的顺序是固定的。

■计数也可以从中止点开始。每个设备使用总线

的优先级相等。这种方式对于用终端控制器来

控制各个显示终端设备是非常合适的。因为终

端显示属于同一类设备，应该具有相等的总线

使用权。

■计数器的初值也可用程序来设置，这样可以方

便地改变优先次序，显然这种灵活性是以增加

线数为代价的。

3.独立请求方式

设设备】和设备n同时

请求使用总线.

独立诂求方式中,每

个设备均仃-对总线

请求线BRi和总线授

权线BGi；中央仲裁

器白个排队电路,

它根据定的优先次

序决定首先响应哪个

设备的请求.给设备

i以授权信号BGL

独立请求方式优缺点

■优点：响应时间快，即确定优先响应的设备所

花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地

查询。该方式对优先次序的控制也很灵活。它

可以预先固定，例如，BRo优先级最高，BRi次

之……B灯最低；也可以通过程序来改变优先

次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法,

不响应来自无效设备的请求。

■缺点：增加控制线数。在链式查询中仅用两个

线就可确定总线使用权属于哪个设备；在计数

查询中大致要用log2n根线，其中n是允许接纳

的最大设备数。而独立请求方式需采用2n根线。

总线的通信

■共享总线的部件获得总线使用权后，就开始传

送信息，即进行通信。

■通信方式是实现总线控制和数据传送的手段，

通常分为两种：

-同步通信：即无应答通信。总线上的部件通过总线

进行信息传送时，用一个公共的时钟信号来实现同

步定时。

-异步通信：允许总线上的各部件有各自的时钟，在

部件之间进行通信时没有公共的时间标准，而是靠

发送信息时同时发出本设备的时间标志信号，用

“应答方式”来进行通信。

标准接口类型

■在微机系统中采用标准接口技术，其目的是为

了便于模块结构设计，得到更多厂商的广泛支

持，便于“生产”与之兼容的外部设备和软件

不同类型的外设需要不同的接口，不同的接口

不通用。Mk

■下面介绍CPU与外设，尤其是磁盘、光盘等的

接口标准。以前在8086/286机器上存在过的

磁盘机接口标准如ST506和ESDI等接口标准都

已经被淘汰，目前在微机中使用最广泛的接口

是：IDE、EIDE、SCSLUSB和IEEE1394等5

种。

第七章知识要点：

■了解外设的作用及编址方法。

■掌握CPU与外设之间的信息交换方式：

程序查询方式、程序中断控制方式、直

接内存访问方式（DMA）、通道方式和

外围处理机方式等。

信息交换的控制方式

■信息交换的控制方式一般分为5种类型

-程序查询方式H

-程序中断控制方式^

-直接内存访问方式(DMA)

-通道方二▼

-外围处理机方式(PPU)

各种方式的特点、工作原理、接口

程序查询方式

■程序查询方式又叫程序控制I/O方式。在这种方

式中，数据在CPU和外围设备之间的传送完全

靠计算机程序控制，是在CPU主动控制下进行

的。当执行I/O时，CPU暂停执行主程序，转去

执行I/O服务程序，根据服务程序中的I/O指令

进行数据传送。

■程序查询I/O方式程序执行的动作

■程序查询方式流程图和相应的程序

■程序查询方式优缺点

■程序查询方式的接口电路

程序中断方式

■中断的基本概念，所谓中断是指计算机由任何

非寻常的或非预期的急需处理的事件引起CPU

暂时中断现行程序的执行，而转去执行另一服

务程序来处理这些事件，等处理完后又返回原

程序，这一整个执行过程。

■中断的作用

■CPU响应中断的条件

■中断源的种类

■中断源的建立

■中断的分级与中断优先权

■禁止中断和中断屏蔽

■中断处理方式

■中断处理步骤

■判别中断条件。

-中断向量：中断服务程序的入口地址。

-中断向量地址：存放中断处理程序入口地址单元的

地址称为“中断向量地址”。

-向量中断方式：由发出中断请求信号的外部设备接

口中的硬件编码线路自动形成中断向量地址或中断

向量。

-非向量中断方式：由程序形成中断入口地址的方式

这是一种用软件调整响应中断的优先顺序的方式。

三种不同的方法:

-(1)查询法：这种软件查询方法适用于低

速和中速设备。属于非向量中断，它的优点

是电路简单，中断条件标志的优先级可用程

序任意改变，灵活性好。缺点是设备多时速

鱼太慢。K,

-(2)串行排队链法、由硬件实现的具有公

共请求线的判优选择方式。

-(3)独立请求法：这种方法的优点是速度

快，但是连线多，逻辑线路复杂。

掌握工作原理、特点，能分析线路图。

单级中断与多级中断

，二维多级中断结构

根据系统的配置不同，

多级中断又可分为一维

荷就无权依多级中断和二维多级中

3SLJHa断，如图所示。一维多

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里只有一个中断源，而

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fe级中断里又有多个中断

口源.图中虚莪左边为一

维多级中断结构，如果

去掉虚线则成为二维多

级中断结构。

程序中断方式的基本接口、工作过程

7DMA方式的基本概念与传送方式

■DMA方式的基本概念

-全由硬件执行I/O传送的工作方式。在这种

方式中，DMA控制器从CPU中接管了对总

线的控制，数据传送不经过CPU,而直接在

内存和I/O设备之间进行。

-DMA方式一般用于高速传送成组数据的场

合。

DMA控制器基本操作

■各种DMA控制器至少能执行以下一些基本操作

-①从外围设备接收DMA请求并传送到CPU；

-②CPU响应DMA请求，DMA控制器从CPU接管总

线的控制权；

-③DMA控制器对内存寻址、计数数据传送个数，并

执行数据传送操作；▼

-④DMA向CPU报告DMA操作的结束，CPU以中断

方式响应DMA结束请求，由CPU在中断程序中进行

结束后的处理工作。如数据缓冲区的处理、数据的

校验等简单操作.

DMA传送方式

■根据DMA控制器与CPU分时访问主存的

方式不同，DMA传送方式有以下3种：

-(1)停止CPU访问内存

-(2)周期挪用方式

-(3)CPU与DMA交替访问内存

DMA控制器的基本组成

■DMA控制器是采用DMA方式的外围设备与系

统总线之间的接口电路，它是在中断接口的基

础上再加上DMA机构组成的。它由以下几个逻

辑部分组成：

-①内存地址计数器。K

-②字计数器▼

-③中断机构。

-④控制/状态逻辑。

-⑤数据缓冲寄存器。

-⑥DMA请求标志。

DMA数据传送过程

■可分为3个阶段：'EI

-初始化DMA控制器、正式传送、传送后的

处理。

选择型和多路型DMA控制器

■1.选择型DMA控制器

-选择型DMA控制器在物理上可以连接多台外设，但

在逻辑上只允许接一台外设，即在某一时间内只能

选择某一台设备工作的DMA控制器。

■2.多路型DMA控制器

-多路型DMA控制器适合于同时为多台慢速的外设服

务的情况，它不仅在物理上可连接多台外设，而且

在逻辑上也允许这些外设同时工作。各设备以字节

交叉方式通过DMA控制器进行数据传送。

通道的基本概念

■通道控制方式是大、中型计算机中常用的一种

I/O形式。

■这种方式中，通道执行由操作系统“编制”的

通道程序来实现外部设备与内存的数据传送，

因此，通道是一种特殊的处理机，它有自己的

指令和程序，但通道程序不是由用户编写的，

而是由操作系统按照用户的请求及计算机系统

的状态“编制”而成的，它放入内存中。

■当通道需要工作时，将通道程序从内存取回到

通道并执行，从而完成用户的I/O操作。

通道与主机的连接

图示的是通道与主机的连接，

其中通道与CPU在内存管理部

件的控制下分时地使用内存，

系统中的总线分为两级：一级

是存储总线（系统总线）承担

通道与内存、CPU与内存之间

的数据传送任务；另一级是通

道总线，即I/O总线，它承担

外围设备与通道之间的数据传I[I/O益线

送任务。这两级总线可以分别冠择通道匚:-一"T-2