针对程序控制、中断和DMA三种输入输出方式，回答下列问题： （1）哪些输入输出方式可以为高速外部设备服务？ （2）如果需要处理例外事件（如电源掉电），应该采用哪些输入输出方式？ （3）为了使CPU运行用户程序与外部设备的输入输出工作并行进行，可以采用哪几种输入输出方式？

正确答案：D
解析：①程序控制方式，程序控制方式是指CPU与外设间的数据传送是在程序的控制下完成的一种数据传送方式，这种方式又分为无条件传送和条件传送二种。这种I/O方式中，程序设计简单，硬件软件较省，但费时，CPU效率较低，实时性差，主要用于中低速外设和实时性要求不高的场合。②中断控制方式，中断控制方式是指利用中断技术控制CPU与外设进行数据传送的一种方式。这种方式实时性好，不需要反复查询等待，减少了CPU等待时间，CPU与外设可并行工作，但这种方式需要进行现场保护及恢复其工作，仍花费CPU时间。③DMA方式，DMA方式是指由专门硬件控制，不需CPU介入，直接由存储器与外设进行数据传送的方式，这种方式不需CPU介入，减少了CPU的开销，能实现高速的数据块传送，提高了效率。但这种方式增加了硬件开销，提高了系统的成本。

正确答案：(1)DMA方式的基本概念：直接访问内存DMA方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在这种方式中DMA控制器从CPU中完全接管对总线的控制数据交换不经过CPU而直接在内存储器和I/O设备之间进行。DMA方式一般用于高速地传送成组的数据。DMA控制器将向内存发出地址和控制信号、修改地址、对传送的字的个数计数并且以中断方式向CPU报告传送操作的结束。 DMA方式的主要优点是速度快。由于CPU根本不参加传送操作因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。在数据传送过程中也不像中断方式那样要进行保存现场、恢复现场之类的工作。内存地址修改、传送字个数的计数等也不是由软件实现而是用硬件线路直接实现的。所以 DMA方式能满足高速I/O设备的要求也有利于CPU效率的发挥。正因为如此DMA方式在包括微型机在内的计算机中被广泛采用。DMA方式的缺点是硬件线路比较复杂。 (2)DMA的种类很多但各种DMA至少能执行以下一些基本操作： ①从外部设备发出DMA请求。 ②CPU响应请求把CPU工作改成DMA操作方式DMA控制器从CPU接管总线的控制。 ③由DMA控制器对内存寻址即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数并执行数据传送的操作。 ④向CPU报告DMA操作的结束。 (3)DMA控制器的基本组成及各部件功能c ①内存地址计数器 用于存放内存中要交换的数据地址。在DMA传送前需通过程序将数据在内存中的起始位置 (首地址)送到内存地址计数器。而当DMA传送时每交换一次数据将地址计数器加“1”从而以增量方式给出内存中要交换的一批数据的地址。 ②字计数器 用于记录传送数据块的长度(多少字数)。其内容也是在数据传送之前由程序预置交换的字数通常以补码形式表示。在DMA传送时每传送一个字字计数器就加“1”当计数器溢出即最高位产生进位时表示这批数据传送完毕于是引起DMA控制器向CPU发出中断信号。 ③数据缓冲寄存器 用于暂存每次传送的数据(一个字)．当输入时由设备(如磁盘)送往数据缓冲寄存器再由缓冲寄存器通过数据总线送到内存。反之输出时由内存通过数据总线送到数据缓冲寄存器然后再送到设备 ④“DMA请求”标志 每当设备准备好一个数据字后给出一个控制信号使“DMA请求”标志置“1”。该标志置位后向“控制/状态”逻辑发出DMA请求后者又向CPU发出总线使用权的请求(HOLD)CPU响应此请求后发回响应信号HLDA“控制/状态”逻辑接收此信号后发出DMA响应信号使“DMA请求”标志复位为交换下一个字做好准备。 ⑤“控制/状态”逻辑 由控制和时序电路以及状态标志等组成用于修改内存地址计数器和字计数器指定传送类型 (输入输出)并对“DMA请求”信号和CPU响应信号进行协调和同步。 ⑥中断机 当字计数器溢出时(全0)意味着一组数据交换完毕由溢出信号触发中断机构向CPU提出中断报告。这里的中断与前面介绍的I/O中断所采用的技术相同但中断的目的不同前面是为了数据的输入或输出而这里是为了报告一组数据传送结束。因此它们是I/O系统中不同的中断事件。
(1)DMA方式的基本概念：直接访问内存DMA方式，是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在这种方式中，DMA控制器从CPU中完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存储器和I/O设备之间进行。DMA方式一般用于高速地传送成组的数据。DMA控制器将向内存发出地址和控制信号、修改地址、对传送的字的个数计数，并且以中断方式向CPU报告传送操作的结束。 DMA方式的主要优点是速度快。由于CPU根本不参加传送操作，因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。在数据传送过程中，也不像中断方式那样，要进行保存现场、恢复现场之类的工作。内存地址修改、传送字个数的计数等，也不是由软件实现，而是用硬件线路直接实现的。所以 DMA方式能满足高速I/O设备的要求，也有利于CPU效率的发挥。正因为如此，DMA方式在包括微型机在内的计算机中被广泛采用。DMA方式的缺点是硬件线路比较复杂。 (2)DMA的种类很多，但各种DMA至少能执行以下一些基本操作： ①从外部设备发出DMA请求。 ②CPU响应请求，把CPU工作改成DMA操作方式，DMA控制器从CPU接管总线的控制。 ③由DMA控制器对内存寻址，即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数，并执行数据传送的操作。 ④向CPU报告DMA操作的结束。 (3)DMA控制器的基本组成及各部件功能c ①内存地址计数器 用于存放内存中要交换的数据地址。在DMA传送前，需通过程序将数据在内存中的起始位置 (首地址)送到内存地址计数器。而当DMA传送时，每交换一次数据，将地址计数器加“1”，从而以增量方式给出内存中要交换的一批数据的地址。 ②字计数器 用于记录传送数据块的长度(多少字数)。其内容也是在数据传送之前由程序预置，交换的字数通常以补码形式表示。在DMA传送时，每传送一个字，字计数器就加“1”，当计数器溢出，即最高位，产生进位时，表示这批数据传送完毕，于是引起DMA控制器向CPU发出中断信号。 ③数据缓冲寄存器 用于暂存每次传送的数据(一个字)．当输入时，由设备(如磁盘)送往数据缓冲寄存器，再由缓冲寄存器通过数据总线送到内存。反之，输出时，由内存通过数据总线送到数据缓冲寄存器，然后再送到设备， ④“DMA请求”标志 每当设备准备好一个数据字后给出一个控制信号，使“DMA请求”标志置“1”。该标志置位后向“控制/状态”逻辑发出DMA请求，后者又向CPU发出总线使用权的请求(HOLD)，CPU响应此请求后发回响应信号HLDA，“控制/状态”逻辑接收此信号后发出DMA响应信号，使“DMA请求”标志复位，为交换下一个字做好准备。 ⑤“控制/状态”逻辑 由控制和时序电路以及状态标志等组成，用于修改内存地址计数器和字计数器，指定传送类型 (输入输出)，并对“DMA请求”信号和CPU响应信号进行协调和同步。 ⑥中断机 当字计数器溢出时(全0)，意味着一组数据交换完毕，由溢出信号触发中断机构，向CPU提出中断报告。这里的中断与前面介绍的I/O中断所采用的技术相同，但中断的目的不同，前面是为了数据的输入或输出，而这里是为了报告一组数据传送结束。因此它们是I/O系统中不同的中断事件。

正确答案：C
解析：只有DMA输入输出方式能够为高速外部设备服务，只有中断输入输出方式能够处理例外事件。程序控制输入输出方式又称为状态驱动输入输出方式、应答输入输出方式、查询输入输出方式和条件驱动输入输出方式等，是计算机系统中一种最基本的输入输出方式，程序控制输入输出方式有如下4个特点：1．什么时候对什么设备进行输入或输出操作完全受CPU控制。2．外围设备与CPU处于异步工作关系。CPU要通过指令对设备进行测试才能知道设备的工作状态，例如，设备空闲(可能工作已经结束，也可能已经准备就绪)或正在忙碌等。3．数据的输入和输出都要经过CPU。外围设备每发送或接收一个数据都要由CPU执行相应的程序才能完成。4．用于连接低速外围设备，如显示器、打印机、键盘和鼠标等。采用中断输入输出方式能够完全克服程序控制输入输出方式中处理机与外围设备之间不能并行工作的缺点。中断输入输出方式的特点是：1．CPU与外围设备能够并行工作。2．能够处理例外事件。例如，电源掉电、非法指令、地址越界、数据溢出、数据校验错或页面失效等。3．数据的输入和输出都要经过CPU，要在程序的控制下完成从输入设备中读入数据到主存储器，或者把主存储器中的数据输出到输出设备中去。因此，中断输入输出方式与程序控制输入输出方式一样具有灵活性好的特点。4．一般用于连接低速外围设备。这是因为每输入或输出一个数据都必须执行一段程序才能完成。直接存储器访问方式又称为DMA(DirectMemoryAccess)方式，这种输入输出方式主要用来连接高速外围设备。例如，磁盘存储器、磁带存储器、光盘存储器及高速打印机等。DMA方式具有如下特点：1．DMA方式主要用于高速外围设备中，CPU不仅能够与外围设备并行工作，而且整个数据的传送过程不需要CPU的干预。如果主存储器的频带宽度足够的话，外围设备的工作可以丝毫不影响CPU运行它自身的程序。2．主存储器既可以被CPU访问，也可以被外围设备访问。在主存储器中通常要有一个存储管理部件来为各种访问主存储器的申请排队，一般计算机系统把外围设备的访问申请安排在最高优先级。3．由于在外围设备与主存储器之间传送数据不需要执行程序，也不动用CPU中的数据寄存器和指令计数器等。因此，不需要做保存现场和恢复现场等工作，从而使DMA方式的工作速度大大加快。4．在DMA控制器中，除了需要设置数据缓冲寄存器、设备状态寄存器或控制寄存器之外，还要设置主存储器地址寄存器，设备地址寄存器和数据交换个数计数器等。外围设备与主存储器之间的整个数据交换过程全部要在硬件的控制下完成。

正确答案：D
解析：本题考查的是输入/输出系统中的三种数据交换方式。.程序控制方式：输入/输出完全由CPU控制，在整个I/O过程中CPU必须等待而不能进行其他工作，无法充分发挥CPU高速的处理能力。.中断方式：I/O模块以中断的方式通知CPU开始传递数据，无需CPU主动查询和等待外设，从而把CPU解放出来做其他工作，以提高CPU的利用效率。.DMA方式：该方式下，CPU只在数据传输前和完成后才介入，而数据的传输过程由DMA控制器来管理，无需CPU参与。数据直接写入或读出主存储器，不再经过CPU中转。

正确答案：A
解析：程序控制方式是指CPU与外设间的数据传送是在程序的控制下完成的一种数据传送方式。这种方式又分为无条件传送和条件传送两种。所以选项A正确。输入/输出控制方式有三种方式：程序控制方式、中断控制方式以及DMA控制方式。DMA控制方式传输速度快，适合于成批数据传送，只在传送开始和结束时需要CPU参与，数据传送过程中无须CPU干预，提高了CPU的效率，中断控制方式中断次数多，CPU仍需要花较多的时间处理中断，能够并行操作的设备台数也受到中断处理时间的限制，中断次数据增多导致数据丢失。所以其他选项都是错误的。

正确答案：D
解析：本题考查的是输入输出系统中的三种数据交换方式。程序控制方式：输入输出完全由CPU控制，在整个I/O过程中 CPU必须等待而不能进行其他工作，无法充分发挥CPU高速的处理能力。中断方式：I/O模块以中断的方式通知CPU开始传递数据，无需 CPU主动查询和等待外设，从而把CPU解放出来做其他工作，以提高 CPU的利用效率。DMA方式：该方式下，CPU只在数据传输前和完成后才介入，而数据的传输过程由DMA控制器来管理，无需CPU参与。数据直接写入或读出主存储器，不再经过CPU中转。

正确答案：A

参考答案：C