《计算机组成原理》习题解析：中断系统与I/O控制

"《计算机组成原理》习题答案（秦磊华）" 计算机硬件系统包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和外存）、输入输出设备等物理组件，它们共同构成了计算机的基础架构，负责执行指令和处理数据。硬件是计算机系统的基础，提供了执行各种计算和操作的物理平台。 软件则包括操作系统、应用软件、编程语言等，这些是控制硬件并使其执行特定任务的程序集合。软件通过指令集与硬件交互，使得用户可以通过高级语言进行编程，而无需直接操控硬件细节。 计算机系统的硬件和软件在逻辑功能上是等价的，因为它们都可以实现相同的功能，只是方式不同。例如，硬件可以直接执行某些操作，如算术运算和逻辑判断，而软件也可以通过编程来实现这些功能。这种等价性体现了计算机科学中的“冯·诺依曼”体系结构，其中硬件和软件是相互补充的，共同完成计算任务。 1. 接口是系统中不同部件或系统间的桥梁，负责数据的传输和控制信号的传递，如地址、控制和状态信息。接口的功能包括寻址、数据输入/输出、速度匹配、数据格式转换、发送主机命令以及报告设备状态。 2. 主机与外部设备之间的连接通常通过接口实现，如PCI、USB、Ethernet等，接口允许数据在CPU和外设之间高效、准确地传输。 3. 控制方式有：程序查询（简单但效率低）、中断（允许并行工作，提高效率）、DMA（快速数据块传输）、通道（更高级的数据传输管理）和外围处理机（专用处理器处理I/O操作）。 4. 程序查询I/O方式中，CPU不断检查设备是否准备好，当设备准备就绪，CPU停止当前任务，执行I/O操作。 5. 单级中断和多重中断处理流程的主要区别在于中断嵌套，多重中断允许在处理一个中断时被更高优先级的中断打断。 6. 中断隐指令用于保存CPU状态，准备执行中断服务程序。 7. 在保护和恢复现场时，关闭中断是为了防止新的中断干扰当前的处理过程，确保现场恢复的正确性。 8. CPU响应中断的条件通常包括：当前指令执行完毕、无禁止中断指令、有中断请求且中断允许。 9. 中断向量包含中断处理程序的地址和中断处理时的处理机状态字，形成中断向量的方法是通过中断处理程序的地址和状态字在内存中的固定位置存储。 10. DMA方式通过直接从设备到内存的数据传输，减少了CPU参与数据交换的时间，从而提高了传输速度。 11. 中断优先级反映了中断事件的紧急程度，有绝对优先级和相对优先级两种含义，划分原则通常基于中断源的重要性和紧迫性。 12. 中断屏蔽技术可以避免低优先级中断在高优先级中断处理过程中被响应，有助于维护中断处理的顺序。 13. 中断响应后，通常由硬件自动调用中断向量中的地址，执行中断服务程序。 14. DMA方式传送数据前，主机需提供DMA控制器设备地址、数据块大小、传输方向等参数。 15. 中断I/O和DMA都涉及I/O操作，但中断I/O需要CPU参与数据传输，而DMA由DMA控制器直接控制数据交换。 16. DMA与通道的相似之处在于都能实现高速数据传输，不同在于通道具有更复杂的控制功能，可以处理多种I/O操作。 17. 中断允许和中断屏蔽分别控制中断的发生和处理，前者决定是否响应中断，后者决定哪些中断可以被响应。两者不能合并，因为需要独立控制不同级别的中断。 以上内容涵盖了计算机系统中接口、I/O控制、中断处理、DMA、中断优先级和屏蔽等关键概念，这些都是计算机系统中高效运行和数据交换的基础。