DMA方式特点、陷阱指令与程序链接重定位：计算机系统基础要点

本题为2014级期末试题（A卷）的计算机组织与系统结构部分，涵盖了以下几个关键知识点： 1. DMA方式实现系统I/O的特点： DMA（Direct Memory Access）方式是一种高效的I/O操作模式，它允许数据在不涉及CPU的情况下，直接在I/O设备和内存之间进行批量传输。这种方式的特点包括： - CPU与I/O操作解耦：DMA通过硬件控制器完成数据传输，CPU无需中断处理，提高系统效率。 - 并行传输：可以同时进行数据传输和处理其他任务，提高了整体性能。 - 高速传输：适用于大块数据交换，减少CPU介入的次数，节省CPU资源。 2. 陷阱指令的概念和作用： 陷阱指令，也称为中断指令或异常处理指令，是操作系统提供的一种机制，允许用户程序请求操作系统的服务。当遇到特定条件（如除数为零、非法指令等）时，程序会执行自陷指令，系统会暂停当前执行的进程，转而执行相应的陷阱处理程序，从而实现系统服务，如系统调用、异常处理等。 3. 程序链接过程中的重定位原因： 程序链接是在编译后的目标代码与实际运行环境（例如不同地址空间、不同内存配置）之间建立联系的过程。重定位是为了解决动态链接的问题，确保程序中的符号引用能够正确地指向实际的内存位置。这可能涉及到地址空间映射、相对地址调整、全局变量和函数的初始化等。 4. 异常控制流的原因： 异常控制流的常见原因包括但不限于： - 溢出：运算结果超过数据类型所能表示的范围，如整数溢出、浮点溢出。 - 缺页：访问的页面不在内存中，需要操作系统进行页面替换。 - 越界：试图访问数组或内存区域超出定义范围。 - 非法指令：执行了未被处理器支持或者被禁止的指令。 - 除数为0：除法运算的除数为零，导致错误。 - 堆栈溢出：递归调用或局部变量过多，导致堆栈空间不足。 - 断点设置：调试时人为设置的程序暂停点。 - 打印机缺纸、电源掉电、硬件故障：外部设备或系统环境问题引发的中断。 - 时间到：定时器或计数器到期，触发特定事件。 5. 快表（TLB，Translation Lookaside Buffer）： 快表是页表的一部分，在硬件中快速存储最近访问过的页表项，用于加速地址映射查找过程。当CPU需要查找虚拟地址到物理地址的映射时，首先在快表中查找，如果命中，则直接返回，否则才去慢速的页表进行查找，提高了内存访问速度。 关于C语言程序，题目给出了两个源文件（main.c和test.c）的部分内容，涉及到程序编译和内存布局的相关知识点。源程序转换为可执行文件（test）的过程包括词法分析、语法分析、语义分析、代码生成、链接和优化等步骤。此外，题目还要求根据给定的地址计算数组元素的值，这涉及到地址计算和数组的内存布局理解。