考研複試計算機組成原理面試題（五）——總線與IO系統

寫作目的：為了應對考研複試中的面試，我整理了導師可能提問的地方，力求用口語化的語言描述出來。

這隻是一部分，陸續還有計算機組成原理的其它章節，還會推出作業系統、資料結構、計算機網絡、資料庫的複試題整理

思維導圖在我的processon。如果對你有幫助就打賞一下吧。

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目錄

總線系統

總線的定義和特點

總線的猝發傳輸方式是什麼？

總線分類

總線傳輸周期、總線寬度、總線帶寬、總線複用

引入總線結構有什麼好處

引入總線會導緻什麼問題，如何解決

集中仲裁的三種集中仲裁方式方式

描述分布仲裁方式

總線傳輸的四個階段

描述同步和異步的優缺點

異步方式的三種類型

同一時間可以有多對主從裝置同時使用總線嗎

IO系統

什麼是IO接口

IO接口的功能?

IO接口的類型

什麼是IO端口，有哪些編址類型

中斷響應的三個條件是什麼？

描述程式中斷方式過程

向量中斷、中斷向量、向量位址是哪個概念

程式中斷和調用子程式有什麼差別？

中斷響應優先級和中斷處理優先級有什麼差別

IO指令和通道指令

DMA方式和中斷方式的差別

總線系統

總線的定義和特點

總線是一組能為多個部件分時共享的公共資訊傳輸線路。分時和共享是總線的兩個特點。

總線的猝發傳輸方式是什麼？

在一個總線周期内傳輸存儲位址連續的多個資料字，就是猝發傳輸方式。

總線分類

片内總線、系統總線、通訊總線

系統總線又分為資料總線（雙向）、位址總線（單向）、控制總線

按照時序控制方式：同步總線和異步總線；

按照資料傳輸格式：并行總線和串行總線。

總線傳輸周期、總線寬度、總線帶寬、總線複用

總線傳輸周期：一次總線操作所需要的時間，包括申請階段、尋址階段、傳輸階段、和結束階段。總線周期通常由若幹個總線時鐘周期構成，也就是機器時鐘周期。

總線寬度：總線上能夠同時傳輸的資料位數。

總線帶寬：可了解為總線的資料傳輸率即機關時間内總線上可傳輸的資料位數，通常用每秒可傳輸的資料位元組數表示。

總線複用：一種信号線在不同的時間傳輸不同的資訊，是以可以較少使用線。

總線帶寬=總線寬度X總線頻率

引入總線結構有什麼好處

①簡化系統結構，便于系統設計；

②減少連線數目，便于布線，減小體積

③便于接口設計，所有總線裝置都采用類似接口

④便于系統擴充，實作子產品化

⑤便于裝置軟體設計

⑥便于故障檢測。

引入總線會導緻什麼問題，如何解決

引入總線後，總線上的裝置會分時共享總線，當裝置多了會産生總線沖突。應該采用總線仲裁來解決沖突。

集中仲裁的三種集中仲裁方式方式

鍊式查詢方式；計數器定時查詢；獨立請求方式；

描述分布仲裁方式

不需要中央仲裁器，每個主子產品都有自己的仲裁器。當有總線請求時，就回吧他們各自唯一的仲裁号發到仲裁總線上。

總線傳輸的四個階段

申請配置設定階段、尋址階段、傳輸階段、結束階段。

描述同步和異步的優缺點

同步方式，系統采用統一的時鐘周期來協調發送和接受雙方的傳送定時關系。時鐘産生相等的時間間隔構成一個總線周期。優點是傳輸速度快，總線控制邏輯簡單。缺點是主從裝置強制同步，不能及時進行資料通信的有效性檢驗，可靠性差。适用于總線長度較短和總線所需部件的存取時間比較接近的系統。

異步方式，沒有統一的時鐘也沒有固定的時間間隔，完全依靠傳送雙方互相制約的握手信号來實作定時控制。優點：總線周期長度可變，能保證兩個工作速度相差跟大的部件可靠地通信。缺點是比同步方式控制要複雜，速度要慢一些。

異步方式的三種類型

不互鎖方式；半互鎖方式；全互鎖方式。

同一時間可以有多對主從裝置同時使用總線嗎

不可以。在某個總線周期内，總線上隻有一個主裝置控制總線。

IO系統

什麼是IO接口

IO接口是主機和外設的交接面，通過接口可以實作主機與外設的資訊交換。由于主機和外設有很大的速度差異，是以需要接口來解決這個差異。

IO接口的功能?

1、實作主機和外設的通訊聯絡；2、進行位址譯碼和裝置選擇；3、實作資料緩沖；4、信号格式轉換；5、傳送控制指令和狀态資訊。

IO接口的類型

按照外設和接口側的資料傳送的方式可分為：并行接口和串行接口。

按主機通路IO裝置的控制方式可分為：程式查詢接口，中斷接口、DMA接口。

按照功能選擇的靈活性可分為可程式設計接口和不可程式設計接口

什麼是IO端口，有哪些編址類型

IO端口是指接口電路中可以被CPU直接通路的寄存器，主要有資料端口、狀态端口、控制端口。CPU對資料端口可以執行讀寫操作，但對狀态端口隻能進行讀操作，對控制端口隻能進行寫操作。

編址類型有：統一編制法和獨立編制。統一編制，就是把IO端口的位址算作主存位址，這種方式優點是不需要專門的輸入輸出指令，使用統一的輸入輸出指令就行，還可以使端口有較大的編址空間，cpu通路IO更加友善靈活。缺點是端口占用存儲器位址，使記憶體容量變小，而且執行速度較慢。

獨立編址是IO端口位址獨立于存儲器位址。優點是對IO端口的輸入輸出指令和存儲器指令有明顯差別，程式清晰，容易了解。缺點是需要CPU提供對存儲器讀寫和對IO讀寫兩組控制信号，增加了控制的複雜性。

中斷響應的三個條件是什麼？

①中斷源有中斷請求

②CPU允許中斷

③一條指令執行完畢，沒有特别要緊的任務

描述程式中斷方式過程

關中斷、儲存斷點、引入中斷服務程式（前三步由中斷隐指令完成）、儲存現場和屏蔽字、開中斷、執行中斷服務程式、關中斷、恢複現場和屏蔽字、開中斷傳回斷點。

向量中斷、中斷向量、向量位址是哪個概念

中斷向量是指中斷服務程式的入口位址；中斷向量位址是指中斷向量服務程式入口位址的位址。

向量中斷是一種識别中斷源的技術或方式。識别中斷源的目的是找到中斷源對應的中斷服務程式入口位址的位址，進而獲得中斷向量位址。

程式中斷和調用子程式有什麼差別？

兩者的根本差別在于服務時間和服務對象不一樣。

1、調用子程式是主程式預先設定好的指令是可以被預知的，而中斷的時間一般是随機的。

2、子之程式完全為主程式服務，而中斷服務程式和主程式兩者一般沒有關系，不存在誰服務誰。

3、主程式調用子程式的過程完全屬于軟體處理過程，而中斷屬于軟體硬體結合的過程。

4、子程式嵌套由計算機記憶體開辟的堆棧大小限制；而中斷嵌套次數主要由優先級決定。

中斷響應優先級和中斷處理優先級有什麼差別

中斷響應優先級，是CPU響應中斷的順序，是由硬體排隊電路或中斷查詢子程式順序決定的，不可動态改變。而中斷處理優先級是由中斷屏蔽字來改變的，反應兩個中斷之間的優先處理次序，當先來的中斷低于後來的中斷時就要處理後來的中斷。

IO指令和通道指令

I/O指令：I/O指令是計算機系統的一部分，由CPU執行。在采用通道的計算機系統中，I/O指令不直接控制I/O資料的傳送，它隻負責啟動、停止I/O的過程、查詢通道和I/O裝置的狀态、控制通道進行某些操作。

DMA方式和中斷方式的差別

1、中斷方式是程式的切換，需要保護現場；而DMA方式除了預處理和後處理，不需要使用CPU

2、中斷請求的響應隻能發生在每條指令執行完畢；對DMA的響應可以發生在每個機器周期結束，隻要CPU不占用總線就可以被響應。

3、中斷傳送過程需要CPU的幹預；而DMA不需要CPU的幹預，是以傳輸效率非常高。

4、DMA的請求優先于中斷請求

5、中斷方式依靠程式傳送，而DMA要硬體傳送

6、中斷方式有對異常事件的處理能力，而DMA方式僅僅限于資料塊的IO操作。