计算机组成与体系结构笔记

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第8章 总线与输入/输出系统 - 专项练习 ​

老师在录音里强调，第八章总线与输入/输出系统虽然内容杂，但考点非常集中。

他特别提醒：中断（Interrupt）与 DMA 方式的区别是每年必考的送分题。此外，总线仲裁方式（三种）、I/O 编址方式（独立 vs 统一）、以及磁盘寻道/旋转时间的计算也是基础题的核心。

一、填空题（每空 1 分） ​

1.
总线是多个部件分时共享的传输介质，其主要由 _________ 总线、数据总线和控制总线组成。
2.
衡量总线传输能力的重要指标是 _________，它等于总线位宽与工作频率的乘积。
3.
集中式总线仲裁中，_________ 方式对电路故障最敏感，_________ 方式响应速度最快。
4.
总线定时控制中，_________ 定时利用统一时钟控制，而 _________ 定时靠握手信号实现。
5.
将 I/O 端口地址看作主存地址的一部分，不需专用 I/O 指令的编址方式称为 _________。
6.
中断处理全过程包括：中断请求、中断判优、_________、中断处理和中断返回。
7.
在中断响应阶段，由硬件自动完成的关中断、保护断点、寻址服务程序的操作称为 _________。
8.
中断优先级中，_________ 优先级反映了响应次序，而 _________ 反映了实际处理次序。
9.
DMA 控制器与 CPU 争用主存时，采用 _________ 方式可以提高 CPU 的工作效率，即 DMA 占用一个存取周期进行传输。
10.
大中型计算机中，为了进一步减轻 CPU 对外设管理的负担，常引入 _________（处理器）。

二、单项选择题（每题 2 分） ​

1.
（核心辨析：独立 vs 统一）老师强调专用指令。独立编址方式下，访问 I/O 端口必须使用（ ）。
A.
MOVE 指令
B.
IN/OUT 指令
C.
JMP 指令
D.
访存指令
2.
（重点：中断响应时间）老师反复强调。CPU 响应可屏蔽中断的请求，通常是在（ ）。
A.
机器周期末
B.
指令周期末
C.
时钟周期末
D.
存取周期末
3.
（重点：DMA 响应时间）与上题对比。CPU 响应 DMA 请求，通常是在（ ）。
A.
机器周期末
B.
指令周期末
C.
程序结束时
D.
指令译码时
4.
（优先级排序）下列请求中，优先级最高的是（ ）。
A.
中断请求
B.
DMA 请求
C.
软件中断
D.
以上一样高
5.
（计算：磁盘存取时间）磁盘转速为 7200r/min，平均寻道时间为 8ms，则平均存取时间约为（ ）。
A.
8ms
B.
12.2ms
C.
16.3ms
D.
4.2ms
6.
（中断逻辑：屏蔽字）通过设置（ ），可以动态改变多重中断的处理次序。
A.
中断请求位
B.
中断允许位
C.
中断屏蔽字
D.
优先级寄存器
7.
（总线控制信号）链式查询总线仲裁中，由总线控制器发出的响应信号是（ ）。
A.
BR（请求）
B.
BS（忙）
C.
BG（批准）
D.
INTR（中断）
8.
（DMA 作用）老师强调硬件实现。在 DMA 传送过程中，主存地址的修改是由（ ）完成的。
A.
CPU
B.
操作系统
C.
DMA 控制器
D.
存储器
9.
（中断隐指令任务）下列由中断隐指令（硬件）自动完成的任务是（ ）。
A.
保护通用寄存器
B.
恢复现场
C.
保护程序断点（PC）
D.
开中断
10.
（综合对比）在程序查询、中断、DMA 三种方式中，对 CPU 占用率最低的是（ ）。
A.
程序查询方式
B.
程序中断方式
C.
DMA 方式
D.
三者一样

参考答案与解析 ​

一、填空题 ​

  1. 地址（三大总线必记）
  2. 总线带宽
  3. 链式查询、独立请求（录音陷阱：独立请求线最多但最快）
  4. 同步、异步
  5. 统一编址（或存储器映射编址）
  6. 中断响应
  7. 中断隐指令（录音重点：硬件完成，不可编程）
  8. 硬件（或响应）、屏蔽码（或处理）
  9. 周期挪用（或周期窃取）（DMA 重点，常考计算）
  10. 通道（Channel）

二、选择题 ​

  1. B - Intel x86 是代表，独立编址需要专用指令
  2. B - 中断要保证指令执行完整，否则现场难恢复
  3. A - DMA 只是抢总线传个数，机器周期末就能响应
  4. B - DMA 响应快、级别高
  5. B - 旋转一周 60s/7200=8.33ms，旋转延迟取一半 4.17ms；8ms+4.17ms=12.17ms
  6. C - 录音大题考点：先响应后处理，改屏蔽字
  7. C - Bus Grant
  8. C - DMA 控制器内部有地址计数器
  9. C - 注意：通用寄存器保护由软件/程序员完成，断点保护由硬件完成
  10. C - DMA 几乎不影响 CPU 执行程序，查询方式占用率最高

重点提示 ​

  1. 中断 vs DMA 区别（每年必考送分题）：

    • 中断：CPU响应时间在指令周期末，需要保护现场，处理完返回
    • DMA：CPU响应时间在机器周期末，不需要保护现场，只占用总线

  2. 总线仲裁方式（三种）：

    • 链式查询：对故障敏感，但连线少
    • 计数器定时查询：折中方案
    • 独立请求：响应最快，但连线多

  3. I/O 编址方式：

    • 独立编址：需要专用I/O指令（如IN/OUT），I/O地址空间独立
    • 统一编址：使用普通访存指令，I/O地址是主存地址的一部分

  4. 中断处理流程：

    • 请求 → 判优 → 响应（中断隐指令）→ 处理 → 返回
    • 中断隐指令由硬件自动完成：关中断、保护断点、寻址服务程序

  5. 中断优先级：

    • 硬件优先级：决定响应次序
    • 屏蔽码（软件设置）：决定处理次序
    • 可以通过修改屏蔽字动态改变处理次序

  6. DMA 方式：

    • 周期挪用：DMA占用一个存取周期，CPU暂停一个存取周期
    • DMA控制器自动修改主存地址
    • 对CPU占用率最低

  7. 磁盘存取时间计算：

    • 平均存取时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输时间
    • 旋转延迟 = 旋转一周时间 / 2
    • 旋转一周时间 = 60s / 转速（r/min）

🎉 全书复习大通关！ ​

你已经完成了所有核心章节的练习。根据老师在录音里的最后叮嘱，给你的考前冲刺 3 点建议：

  1. 死磕计算过程： 第 4 章的补码乘除法、第 6 章的平均访问时间。
  2. 死磕连线标注： 第 5 章存储器扩展图，注意那些小圆圈和 R/W― 标注。
  3. 死磕华为 5%： 确保知道 ARM、RISC、64位、泰山核、SOC 这些关键词。

需要我针对这几章的大题（计算/画图题）再给你一些答题模板或步骤解析吗？