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第7章 輸入/輸出系統

7.1 I/O系統基本概念 (答案見原書 P301) & 7.2 I/O接口 (答案見原書 P305)

01. 在統一編址的方式下，區分存儲單元和I/O設備是靠（ A ）。

題目原文

1. 在統一編址的方式下，區分存儲單元和I/O設備是靠（ ）。
   A. 不同的地址碼
   B. 不同的地址線
   C. 不同的控制線
   D. 不同的數據線

正確答案：A

題目解析

• 考點分析： 本題考察I/O編址方式中的“統一編址”。
• 正確選項分析 (A. 不同的地址碼)：
  • 統一編址（存儲器映射I/O）：將I/O設備的端口（寄存器）看作是主存的一部分，為它們分配主存地址空間中的一部分地址。
  • 在這種方式下，內存單元和I/O端口共享同一個地址空間。CPU訪問內存和訪問I/O端口時，使用的是相同的訪存指令（如MOV），通過相同的地址線發出地址，通過相同的控制線（如MREQ）發出訪存信號。
  • 因此，區分一個操作是訪問內存還是訪問I/O的唯一依據，就是CPU發出的地址碼。如果地址碼落在分配給內存的范圍內，就是訪問內存；如果落在分配給I/O的范圍內，就是訪問I/O設備。
• 錯誤選項分析：
  • B, C, D: 在統一編址下，地址線、控制線（訪存控制線）、數據線都是共享的，無法用它們來區分。

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02. 下列功能中，屬于I/O接口的功能的是（ D ）。

I. 數據格式的轉換   II. I/O過程中錯誤與狀態檢測
III. I/O操作的控制與定時   IV. 與主機和外設通信

正確答案：D

題目解析

• 考點分析： 本題考察I/O接口（也稱I/O控制器）的核心功能。
• 逐項分析：
  • I. 數據格式的轉換： 正確。例如，主機內部是并行數據，而外設（如鍵盤）是串行數據，接口需要進行串/并轉換。
  • II. I/O過程中錯誤與狀態檢測： 正確。接口需要檢測設備是否就緒、數據是否傳送完畢、是否發生錯誤，并將這些狀態信息提供給CPU。
  • III. I/O操作的控制與定時： 正確。接口需要接收CPU的命令，并產生控制信號來指揮外設完成指定的操作，并協調與CPU之間的數據交換時序。
  • IV. 與主機和外設通信： 正確。這是接口的根本作用，它作為主機（CPU、內存）和外設之間的橋梁，實現兩者之間的信息交換（數據、狀態、控制）。
• 組合判斷： I、II、III、IV 全部都是I/O接口的核心功能。

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03. 下列關于I/O端口和接口的說法中，正確的的是（ D ）。

題目原文
03. 下列關于I/O端口和接口的說法中，正確的的是（ ）。
A. 在統一編址方式下，對主存單元和I/O端口的存儲保護措施是獨立的
B. 在統一編址方式下，主存單元和I/O端口是靠不同的地址線來區分的
C. 在獨立編址方式下，主存單元和I/O端口是靠不同的地址線來區分的
D. 在獨立編址方式下，CPU需要設置專門的輸入/輸出指令訪問I/O端口

正確答案：D

題目解析

• 考點分析： 本題綜合對比統一編址和獨立編址的特點。
• 正確選項分析 (D. 在獨立編址方式下，CPU需要設置專門的輸入/輸出指令訪問I/O端口)：
  • 獨立編址（I/O映射I/O）：為I/O端口設立一個獨立的地址空間，與主存地址空間分離。
  • 為了訪問這個獨立的I/O地址空間，CPU必須使用專門的I/O指令（如x86的 IN 和 OUT 指令）。CPU執行I/O指令時，會發出專門的I/O控制信號（如IORQ），而不是訪存信號。
• 錯誤選項分析：
  • A: 在統一編址下，I/O端口被視為內存單元，因此共享主存的存儲保護機制。
  • B: 在統一編址下，靠的是不同的地址碼，而不是不同的地址線。
  • C: 在獨立編址下，雖然地址空間獨立，但物理上通常還是復用系統總線的地址線。區分是靠不同的控制信號（MREQ vs IORQ）。

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04. 下列屬于I/O接口中寄存器的有（ C ）。

I. 指令寄存器   II. 控制寄存器   III. 狀態寄存器
V. 數據緩沖寄存器   IV. 存儲器地址寄存器

正確答案：C

題目解析

• 考點分析： 本題考察I/O接口內部通常包含的寄存器類型。
• 逐項分析：
  • I. 指令寄存器 (IR) 和 IV. 存儲器地址寄存器 (MAR)：這是 CPU內部 的寄存器，不屬于I/O接口。
  • II. 控制寄存器 (Control Register)：屬于I/O接口。CPU通過向該寄存器寫入命令字來控制I/O設備的工作模式。
  • III. 狀態寄存器 (Status Register)：屬于I/O接口。該寄存器存放I/O設備當前的狀態信息（如忙、就緒、錯誤等），供CPU讀取。
  • V. 數據緩沖寄存器 (Data Buffer Register)：屬于I/O接口。也叫數據端口，用于暫存CPU與I/O設備之間傳送的數據，以協調兩者速度差異。
• 組合判斷： II、III、V 屬于I/O接口中的寄存器。

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05. I/O的編址方式采用統一編址方式時，進行輸入/輸出的操作的指令是（ B ）。

題目原文
05. I/O的編址方式采用統一編址方式時，進行輸入/輸出的操作的指令是（ ）。
A. 控制指令
B. 訪存指令
C. 輸入/輸出指令
D. 都不對

正確答案：B

題目解析

• 考點分析： 本題再次考察統一編址的指令特點。
• 正確選項分析 (B. 訪存指令)：
  • 在統一編址方式下，I/O端口被映射到內存地址空間。從CPU的角度看，訪問一個I/O端口和訪問一個內存單元沒有任何區別。
  • 因此，所有可以用來訪問內存的指令（即訪存指令，如MOV, LOAD, STORE等）都可以被用來對I/O端口進行讀寫操作。
• 錯誤選項分析：
  • C. 輸入/輸出指令：這是獨立編址方式下才使用的專用指令。
  • A. 控制指令：如NOP、HLT等，不用于數據傳送。

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