計(jì)算機(jī)組成原理第二版課后習(xí)題答案.doc

第 一 章 1. 什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件？硬件和軟件哪個(gè)更重要？ 解：P3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理或邏輯的綜合體。 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體。 計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料。 硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。5. 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？ 解：馮氏計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：P9 由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成； 指令和數(shù)據(jù)以同一形式（二進(jìn)制形式）存于存儲(chǔ)器中； 指令由操作碼、地址碼兩大部分組成； 指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行； 以運(yùn)算器為中心（原始馮氏機(jī)）。7. 解釋下列概念：主機(jī)、CPU、主存、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)字、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)。 解：P10 主機(jī)是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由CPU+MM（主存或內(nèi)存）組成； CPU中央處理器（機(jī)），是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器+控制器組成；（早期的運(yùn)、控不在同一芯片上） 主存計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存??；由存儲(chǔ)體、各種邏輯部件及控制電路組成。 存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位； 存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位，又叫存儲(chǔ)基元或存儲(chǔ)元，不能單獨(dú)存?。?存儲(chǔ)字一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位； 存儲(chǔ)字長(zhǎng)一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)； 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代碼的總量；（通常主、輔存容量分開(kāi)描述） 機(jī)器字長(zhǎng)CPU能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)； 指令字長(zhǎng)一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)；講評(píng)：一種不確切的答法： CPU與MM合稱主機(jī)； 運(yùn)算器與控制器合稱CPU。 這兩個(gè)概念應(yīng)從結(jié)構(gòu)角度解釋較確切。 8. 解釋下列英文縮寫(xiě)的中文含義：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS 解：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、中文解釋三部分。 CPUCentral Processing Unit，中央處理機(jī)（器），見(jiàn)7題； PCProgram Counter，程序計(jì)數(shù)器，存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動(dòng)計(jì)數(shù)形成下一條指令地址的計(jì)數(shù)器； IRInstruction Register，指令寄存器，存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的寄存器； CUControl Unit，控制單元（部件），控制器中產(chǎn)生微操作命令序列的部件，為控制器的核心部件； ALUArithmetic Logic Unit，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，運(yùn)算器中完成算術(shù)邏輯運(yùn)算的邏輯部件； ACCAccumulator，累加器，運(yùn)算器中運(yùn)算前存放操作數(shù)、運(yùn)算后存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器； MQMultiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。 X此字母沒(méi)有專(zhuān)指的縮寫(xiě)含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運(yùn)算器中工作寄存器之一，用來(lái)存放操作數(shù)； MARMemory Address Register，存儲(chǔ)器地址寄存器，內(nèi)存中用來(lái)存放欲訪問(wèn)存儲(chǔ)單元地址的寄存器； MDRMemory Data Register，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，主存中用來(lái)存放從某單元讀出、或?qū)懭肽炒鎯?chǔ)單元數(shù)據(jù)的寄存器； I/OInput/Output equipment，輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送； MIPSMillion Instruction Per Second，每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令數(shù)，為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位；10. 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中,計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？ 解：計(jì)算機(jī)硬件主要通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即：取指周期（或取指微程序）取出的既為指令，執(zhí)行周期（或相應(yīng)微程序）取出的既為數(shù)據(jù)。 另外也可通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，從PC指出的存儲(chǔ)單元取出的是指令，由指令地址碼部分提供操作數(shù)地址。 問(wèn)題討論： 由控制器分析是指令還是數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)進(jìn)控制器？ 指令由指令寄存器存??；指令寄存器有控制功能？ 指令和數(shù)據(jù)的格式不一樣；指令由操作碼和地址碼組成）兩者的二進(jìn)制代碼形式不一樣？ 指令順序存放，而數(shù)據(jù)不是；數(shù)據(jù)為什么不能順序存放？ MAR放地址，MDR放數(shù)據(jù)；取指時(shí)MDR中也是數(shù)據(jù)？ 存取數(shù)據(jù)和存取指令的操作在機(jī)器中完全一樣；無(wú)法區(qū)分？ 指令和數(shù)據(jù)的地址不一樣；某一存儲(chǔ)單元只能放數(shù)據(jù)（或指令）? 指令放在ROM中，數(shù)據(jù)放在RAM中；用戶程序放在哪？第 三 章 1. 什么是總線？總線傳輸有何特點(diǎn)？為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)？ 解：總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件。 總線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時(shí)使用。 為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過(guò)三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通。 講評(píng)： 圍繞“為減輕總線負(fù)載”的幾種說(shuō)法： 應(yīng)對(duì)設(shè)備按速率進(jìn)行分類(lèi)，各類(lèi)設(shè)備掛在與自身速率相匹配的總線上； 應(yīng)采用多總線結(jié)構(gòu)； 總線上只連接計(jì)算機(jī)的五大部件； 總線上的部件應(yīng)為低功耗部件。上述措施都無(wú)法從根上（工程上）解決問(wèn)題，且增加了許多不必要（或不可能）的限制。 總線上的部件應(yīng)具備機(jī)械特性、電器特性、功能特性、時(shí)間特性；這是不言而喻的。4. 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見(jiàn)的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？ 解：總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問(wèn)題； 常見(jiàn)的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器查詢、獨(dú)立請(qǐng)求； 特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過(guò)程較復(fù)雜；獨(dú)立請(qǐng)求方式判優(yōu)速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。5. 解釋下列概念：總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。 解： 總線的主設(shè)備（主模塊）指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備（模塊）； 總線的從設(shè)備（從模塊）指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成傳輸?shù)脑O(shè)備（模塊），它只能被動(dòng)接受主設(shè)備發(fā)來(lái)的命令； 總線的傳輸周期總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間； 總線的通信控制指總線傳送過(guò)程中雙方的時(shí)間配合方式。6. 試比較同步通信和異步通信。 解： 同步通信由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場(chǎng)合； 異步通信不由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，有利于提高總線工作效率。 8. 為什么說(shuō)半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)？ 解： 半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不一致，因此工作效率介于兩者之間。10. 為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)？你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？什么叫plug and play？哪些總線有這一特點(diǎn)？ 解： 總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類(lèi)模塊化產(chǎn)品的兼容問(wèn)題； 目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有：ISA、EISA、PCI等； plug and play即插即用，EISA、PCI等具有此功能。11. 畫(huà)一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。 解：此題實(shí)際上是要求設(shè)計(jì)一個(gè)雙向總線收發(fā)器，設(shè)計(jì)要素為三態(tài)、雙向、使能等控制功能的實(shí)現(xiàn)，可參考74LS245等總線收發(fā)器芯片內(nèi)部電路。 邏輯圖如下：（n位）幾種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)：幾種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)：12. 設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個(gè)寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計(jì)：（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)DA、DB和DC寄存器間的傳送；（2） 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下列操作： T0時(shí)刻完成D總線； T1時(shí)刻完成總線A； T2時(shí)刻完成A總線； T3時(shí)刻完成總線B。 解： （1）采用三態(tài)輸出的D型寄存器74LS374做A、B、C、D四個(gè)寄存器，其輸出可直接掛總線。A、B、C三個(gè)寄存器的輸入采用同一脈沖打入。注意-OE為電平控制，與打入脈沖間的時(shí)間配合關(guān)系為： 現(xiàn)以8位總線為例，設(shè)計(jì)此電路，如下圖示： （2）寄存器設(shè)置同（1），由于本題中發(fā)送、接收不在同一節(jié)拍，因此總線需設(shè)鎖存器緩沖，鎖存器采用74LS373（電平使能輸入）。節(jié)拍、脈沖配合關(guān)系如下： 節(jié)拍、脈沖分配邏輯如下：節(jié)拍、脈沖時(shí)序圖如下： 以8位總線為例，電路設(shè)計(jì)如下：（圖中，A、B、C、D四個(gè)寄存器與數(shù)據(jù)總線的連接方法同上。） 幾種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)：（1） 幾種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)：（1） 幾種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)：（2） 幾種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)：（2） 幾種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)：第 四 章 3. 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計(jì)算機(jī)如何管理這些層次？ 答：存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在Cache主存和主存輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。 Cache主存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要對(duì)CPU訪存起加速作用，即從整體運(yùn)行的效果分析，CPU訪存速度加快，接近于Cache的速度，而尋址空間和位價(jià)卻接近于主存。 主存輔存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存。 綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)看，就達(dá)到了速度快、容量大、位價(jià)低的優(yōu)化效果。 主存與CACHE之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動(dòng)完成。而主存輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即將主存與輔存的一部份通過(guò)軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲(chǔ)器，程序員可使用這個(gè)比主存實(shí)際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)都是透明的。 4. 說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。 解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即： 存取周期 = 存取時(shí)間 + 恢復(fù)時(shí)間 5. 什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？ 解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。 存儲(chǔ)器帶寬 = 1/200ns 32位= 160M位/秒 = 20MB/S = 5M字/秒 注意字長(zhǎng)（32位）不是16位。（注：本題的兆單位來(lái)自時(shí)間=106） 6. 某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫(huà)出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。 解：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB，則： 按字尋址范圍 = 64K8 / 32=16K字 按字節(jié)編址時(shí)的主存地址分配圖如下：討論： 1、一個(gè)存儲(chǔ)器不可能有兩套地址，注意字長(zhǎng)32位，不是16位 ，不能按2字節(jié)編址； 2、本題與IBM370、PDP-11機(jī)無(wú)關(guān)； 3、按字尋址時(shí)，地址仍為16位； （ ：地址14位，單元16K個(gè)，按字編址4K空間。） 4、字尋址的單位為字，不是B。 5、按字編址的地址范圍為016K-1，空間為16K字；按字節(jié)編址的地址范圍為064K-1，空間為64KB。不能混淆； 6、畫(huà)存儲(chǔ)空間分配圖時(shí)要畫(huà)出上限。 7. 一個(gè)容量為16K32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？ 1K4位，2K8位，4K4位，16K1位，4K8位，8K8位 解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和 = 14 + 32 = 46根； 各需要的片數(shù)為：1K4：16K32 / 1K4 = 168 = 128片 2K8：16K32 / 2K8 = 84 = 32片 4K4：16K32 / 4K4 = 48 = 32片 16K1：16K32 / 16K1 = 32片4K8：16K32 / 4K8 = 44 = 16片8K8：16K32 / 8K8 = 24 = 8片 討論： 地址線根數(shù)與容量為2的冪的關(guān)系，在此為214，14根； ：32=25，5根）數(shù)據(jù)線根數(shù)與字長(zhǎng)位數(shù)相等，在此為32根。（不是2的冪的關(guān)系。 9. 什么叫刷新？為什么要刷新？說(shuō)明刷新有幾種方法。 解：刷新對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫(xiě)過(guò)程； 刷新原因因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作； 常用的刷新方法有三種集中式、分散式、異步式。 集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新； 分散式：在每個(gè)讀/寫(xiě)周期之后插入一個(gè)刷新周期，無(wú)CPU訪存死時(shí)間； 異步式：是集中式和分散式的折衷。討論： 1、刷新與再生的比較： 共同點(diǎn)： 動(dòng)作機(jī)制一樣。都是利用DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀操作時(shí)的重寫(xiě)過(guò)程實(shí)現(xiàn)； 操作性質(zhì)一樣。都是屬于重寫(xiě)操作。區(qū)別： 解決的問(wèn)題不一樣。再生主要解決DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀出時(shí)的信息重寫(xiě)問(wèn)題；刷新主要解決長(zhǎng)時(shí)間不訪存時(shí)的信息衰減問(wèn)題。 操作的時(shí)間不一樣。再生緊跟在讀操作之后，時(shí)間上是隨機(jī)進(jìn)行的；刷新以最大間隔時(shí)間為周期定時(shí)重復(fù)進(jìn)行。 動(dòng)作單位不一樣。再生以存儲(chǔ)單元為單位，每次僅重寫(xiě)剛被讀出的一個(gè)字的所有位；刷新以行為單位，每次重寫(xiě)整個(gè)存儲(chǔ)器所有芯片內(nèi)部存儲(chǔ)矩陣的同一行。 芯片內(nèi)部I/O操作不一樣。讀出再生時(shí)芯片數(shù)據(jù)引腳上有讀出數(shù)據(jù)輸出；刷新時(shí)由于CAS信號(hào)無(wú)效，芯片數(shù)據(jù)引腳上無(wú)讀出數(shù)據(jù)輸出（唯RAS有效刷新，內(nèi)部讀）。鑒于上述區(qū)別，為避免兩種操作混淆，分別叫做再生和刷新。 2、CPU訪存周期與存取周期的區(qū)別： CPU訪存周期是從CPU一邊看到的存儲(chǔ)器工作周期，他不一定是真正的存儲(chǔ)器工作周期；存取周期是存儲(chǔ)器速度指標(biāo)之一，它反映了存儲(chǔ)器真正的工作周期時(shí)間。 3、分散刷新是在讀寫(xiě)周期之后插入一個(gè)刷新周期，而不是在讀寫(xiě)周期內(nèi)插入一個(gè)刷新周期，但此時(shí)讀寫(xiě)周期和刷新周期合起來(lái)構(gòu)成CPU訪存周期。 4、刷新定時(shí)方式有3種而不是2種，一定不要忘了最重要、性能最好的異步刷新方式。 10. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？ 解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。 線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)器材； 重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過(guò)行、列譯碼信號(hào)的重合來(lái)選址，也稱矩陣譯碼。可大大節(jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。 11. 畫(huà)出用10244位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為64K8位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將64K分成4個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面分16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。 解：設(shè)采用SRAM芯片， 總片數(shù) = 64K8位 / 10244位 = 642 = 128片 題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁(yè)面、組三級(jí)，因此畫(huà)圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫(huà)。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量： 頁(yè)面容量 = 總?cè)萘?/ 頁(yè)面數(shù) = 64K8位 / 4 = 16K8位； 組容量 = 頁(yè)面容量 / 組數(shù) = 16K8位 / 16 = 1K8位； 組內(nèi)片數(shù) = 組容量 / 片容量 = 1K8位 / 1K4位 = 2片；地址分配： 頁(yè)面邏輯框圖：（字?jǐn)U展） 存儲(chǔ)器邏輯框圖：（字?jǐn)U展）討論：頁(yè)選地址取A11、A10，頁(yè)內(nèi)片選取A15A12； （頁(yè)內(nèi)組地址不連貫？ ） 不分級(jí)畫(huà)；問(wèn)題：1、不合題意；2、芯片太多難畫(huà)；3、無(wú)頁(yè)譯碼，6：64譯碼選組。 頁(yè)選直接聯(lián)到芯片；問(wèn)題：1、SRAM一般只一個(gè)片選端；2、譯碼輸出負(fù)載能力需考慮。附加門(mén)電路組合2級(jí)譯碼信號(hào)； （應(yīng)利用譯碼器使能端輸入高一級(jí)的譯碼選通信號(hào)）不設(shè)組選，頁(yè)選同時(shí)選8組（16組），并行存取？ 組譯碼無(wú)頁(yè)選輸入； 2片芯片合為一體畫(huà)；文字?jǐn)⑹龃娈?huà)圖； 地址線、數(shù)據(jù)線不標(biāo)信號(hào)名及信號(hào)序號(hào)。 12. 設(shè)有一個(gè)64K8位的RAM芯片，試問(wèn)該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長(zhǎng)的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說(shuō)明有幾種解答。 解：存儲(chǔ)基元總數(shù) = 64K8位 = 512K位 = 219位； 思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。 設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2ab = 219；b = 219-a；若a = 19，b = 1，總和 = 19+1 = 20； a = 18，b = 2，總和 = 18+2 = 20； a = 17，b = 4，總和 = 17+4 = 21； a = 16，b = 8，總和 = 16+8 = 24； 由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。 結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線 = 19根，數(shù)據(jù)線 = 1根；或地址線 = 18根，數(shù)據(jù)線 = 2根。 采用字、位擴(kuò)展技術(shù)設(shè)計(jì)； 13. 某8位微型機(jī)地址碼為18位，若使用4K4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問(wèn)： （1）該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？ （2）若每個(gè)模塊板為32K8位，共需幾個(gè)模塊板？ （3）每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？ （4）共有多少片RAM？ （5）CPU如何選擇各模塊板？ 解： （1）218 = 256K，則該機(jī)所允許的最大主存空間是256K8位（或256KB）； （2）模塊板總數(shù) = 256K8 / 32K8 = 8塊； （3）板內(nèi)片數(shù) = 32K8位 / 4K4位 = 82 = 16片； （4）總片數(shù) = 16片8 = 128片； （5）CPU通過(guò)最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配如下：討論：不對(duì)板譯碼、片譯碼分配具體地址位； 板內(nèi)片選設(shè)4位地址；不設(shè)板選，8個(gè)板同時(shí)工作，總線分時(shí)傳送； 8位芯片； 8板通過(guò)3：8譯碼器組成256K 14. 設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用-MREQ（低電平有效）作訪存控制信號(hào)，R/-W作讀寫(xiě)命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫(xiě)）?，F(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片：ROM（2K8位，4K4位，8K8位），RAM（1K4位，2K8位，4K8位），及74138譯碼器和其他門(mén)電路（門(mén)電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫(huà)出CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求： （1）最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，409616383地址范圍為用戶程序區(qū)； （2）指出選用的存儲(chǔ)芯片類(lèi)型及數(shù)量； （3）詳細(xì)畫(huà)出片選邏輯。 解： （1）地址空間分配圖： （2）選片：ROM：4K4位：2片； RAM：4K8位：3片； （3）CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯：討論： 1）選片：當(dāng)采用字?jǐn)U展和位擴(kuò)展所用芯片一樣多時(shí)，選位擴(kuò)展。 理由：字?jǐn)U展需設(shè)計(jì)片選譯碼，較麻煩，而位擴(kuò)展只需將數(shù)據(jù)線按位引出即可。 本題如選用2K8 ROM，片選要采用二級(jí)譯碼，實(shí)現(xiàn)較麻煩。 當(dāng)需要RAM、ROM等多種芯片混用時(shí)，應(yīng)盡量選容量等外特性較為一致的芯片，以便于簡(jiǎn)化連線。 2）應(yīng)盡可能的避免使用二級(jí)譯碼，以使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練。但要注意在需要二級(jí)譯碼時(shí)如果不使用，會(huì)使選片產(chǎn)生二義性。 3）片選譯碼器的各輸出所選的存儲(chǔ)區(qū)域是一樣大的，因此所選芯片的字容量應(yīng)一致，如不一致時(shí)就要考慮二級(jí)譯碼。另外如把片選譯碼輸出“或”起來(lái)使用也是不合理的。 4）其它常見(jiàn)錯(cuò)誤：138的C輸入端接地；（相當(dāng)于把138當(dāng)2-4譯碼器用，不合理） EPROM的PD端接地；（PD為功率下降控制端，當(dāng)輸入為高時(shí)，進(jìn)入功率下降狀態(tài)。因此PD端的合理接法是與片選端-CS并聯(lián)。） ROM連讀/寫(xiě)控制線-WE；（ROM無(wú)讀/寫(xiě)控制端） 15. CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8K8位的RAM芯片與CPU相連，試回答： （1）用74138譯碼器畫(huà)出CPU與存儲(chǔ)芯片的連接圖； （2）寫(xiě)出每片RAM的地址范圍； （3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。 （4）根據(jù)（1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？ 解： （1）CPU與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖： （2）地址空間分配圖： （3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片(第5片)都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。可能的情況有：1）該片的-CS端與-WE端錯(cuò)連或短路；2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路；3）該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路； 在此，假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的。 （4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會(huì)出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址A13=1的地址空間(奇數(shù)片)，A13=0的另一半地址空間（偶數(shù)片）將永遠(yuǎn)訪問(wèn)不到。若對(duì)A13=0的地址空間（偶數(shù)片）進(jìn)行訪問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪問(wèn)到A13=1的對(duì)應(yīng)空間(奇數(shù)片)中去。 17. 某機(jī)字長(zhǎng)16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？畫(huà)圖說(shuō)明。 解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取多體交叉存取技術(shù)，圖示如下：8體交叉訪問(wèn)時(shí)序： 18. 什么是“程序訪問(wèn)的局部性”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問(wèn)的局部性原理？ 解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問(wèn)；在空間上，這些被訪問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問(wèn)順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大 (大約 5:1 )。存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache主存層次采用了程序訪問(wèn)的局部性原理。20. Cache做在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)又有什么好處？ 答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處： 1）可提高外部總線的利用率。因?yàn)镃ache在CPU芯片內(nèi)，CPU訪問(wèn)Cache時(shí)不必占用外部總線； 2）Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率； 3）可提高存取速度。因?yàn)镃ache與CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短,故存取速度得以提高； 將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)有如下好處： 1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類(lèi)控制方式下指令預(yù)取操作的完成； 2）指令Cache可用ROM實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性； 3）數(shù)據(jù)Cache對(duì)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例32位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如64位）。 補(bǔ)充討論： Cache結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個(gè)措施是分級(jí)實(shí)現(xiàn)，如二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi)Cache（L1）和主存之間再設(shè)一個(gè)片外Cache（L2），片外緩存既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn)，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度（主存L2L1）。 21. 設(shè)某機(jī)主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每字塊有8個(gè)字，每字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映象（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)字塊）的Cache組織，要求：（1）畫(huà)出主存地址字段中各段的位數(shù)；（2）設(shè)Cache的初態(tài)為空，CPU依次從主存第0、1、299號(hào)單元讀出100個(gè)字（主存一次讀出一個(gè)字），并重復(fù)按此次序讀8次，問(wèn)命中率是多少？（3）若Cache的速度是主存的6倍，試問(wèn)有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高多少倍？ 答：（1）由于容量是按字節(jié)表示的，則主存地址字段格式劃分如下： 8 7 2 3 2 （2）由于題意中給出的字地址是連續(xù)的，故（1）中地址格式的最低2位不參加字的讀出操作。當(dāng)主存讀0號(hào)字單元時(shí)，將主存0號(hào)字塊（07）調(diào)入Cache（0組x號(hào)塊），主存讀8號(hào)字單元時(shí)，將1號(hào)塊（815）調(diào)入Cache（1組x號(hào)塊） 主存讀96號(hào)單元時(shí)，將12號(hào)塊（96103）調(diào)入Cache（12組x號(hào)塊）。 共需調(diào)100/8 13次，就把主存中的100個(gè)數(shù)調(diào)入Cache。除讀第1遍時(shí)CPU需訪問(wèn)主存13次外，以后重復(fù)讀時(shí)不需再訪問(wèn)主存。則在800個(gè)讀操作中： 訪Cache次數(shù)=（100-13）+700=787次 0.98 Cache命中率=787/800 98%（3）設(shè)無(wú)Cache時(shí)訪主存需時(shí)800T（T為主存周期），加入Cache后需時(shí)： （131.167+13）TT/6+13T787144.167T 5.55倍則：800T/144.167T 有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高4.55倍左右。 23. 畫(huà)出RZ、NRZ、NRZ1、PE、FM寫(xiě)入數(shù)字串1011001的寫(xiě)入電流波形圖。 解： 24. 以寫(xiě)入1001 0110為例，比較調(diào)頻制和改進(jìn)調(diào)頻制的寫(xiě)電流波形圖。 解：寫(xiě)電流波形圖如下： 比較： 1）FM和MFM寫(xiě)電流在位周期中心處的變化規(guī)則相同； 2）MFM制除連續(xù)一串“0”時(shí)兩個(gè)0周期交界處電流仍變化外，基本取消了位周期起始處的電流變化； 3）FM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多兩次磁翻轉(zhuǎn)，MFM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多一次磁翻轉(zhuǎn)，因此MFM制的記錄密度可提高一倍。上圖中示出了在MFM制時(shí)位周期時(shí)間縮短一倍的情況。由圖可知，當(dāng)MFM制記錄密度提高一倍時(shí)，其寫(xiě)電流頻率與FM制的寫(xiě)電流頻率相當(dāng)； 4）由于MFM制并不是每個(gè)位周期都有電流變化，故自同步脈沖的分離需依據(jù)相鄰兩個(gè)位周期的讀出信息產(chǎn)生，自同步技術(shù)比FM制復(fù)雜得多。 25. 畫(huà)出調(diào)相制記錄01100010的驅(qū)動(dòng)電流、記錄磁通、感應(yīng)電勢(shì)、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。 解：注意： 1）畫(huà)波形圖時(shí)應(yīng)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)各種信號(hào)的時(shí)間關(guān)系。 2）讀出感應(yīng)信號(hào)不是方波而是與磁翻轉(zhuǎn)邊沿對(duì)應(yīng)的尖脈沖； 3）同步脈沖的出現(xiàn)時(shí)間應(yīng)能“包裹”要選的讀出感應(yīng)信號(hào)，才能保證選通有效的讀出數(shù)據(jù)信號(hào)，并屏蔽掉無(wú)用的感應(yīng)信號(hào)。 4）最后讀出的數(shù)據(jù)代碼應(yīng)與寫(xiě)入代碼一致。 26. 磁盤(pán)組有六片磁盤(pán)，每片有兩個(gè)記錄面，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22厘米，外徑33厘米，道密度為40道/厘米，內(nèi)層密度為400位/厘米，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分，問(wèn)： （1）共有多少存儲(chǔ)面可用？ （2）共有多少柱面？ （3）盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少？ （4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？ 解： （1）若去掉兩個(gè)保護(hù)面，則共有：6 2 - 2 = 10個(gè)存儲(chǔ)面可用； （2）有效存儲(chǔ)區(qū)域 =（33-22）/ 2 = 5.5cm 柱面數(shù) = 40道/cm 5.5= 220道=p （3）內(nèi)層道周長(zhǎng)=22 69.08cm 道容量=400位/cm69.08cm = 3454B 面容量=3454B 220道 = 759，880B 盤(pán)組總?cè)萘?= 759，880B 10面 = 7，598，800B（4）轉(zhuǎn)速 = 2400轉(zhuǎn) / 60秒 = 40轉(zhuǎn)/秒 數(shù)據(jù)傳輸率 = 3454B 40轉(zhuǎn)/秒 = 138，160 B/S 注意：1）計(jì)算盤(pán)組容量時(shí)一般應(yīng)去掉上、下保護(hù)面；的精度選取不同將引起答案不同，一般取兩位小數(shù)；p2）盤(pán)組總磁道數(shù)（=一個(gè)盤(pán)面上的磁道數(shù)）3）柱面數(shù)4）數(shù)據(jù)傳輸率與盤(pán)面數(shù)無(wú)關(guān)；5）數(shù)據(jù)傳輸率的單位時(shí)間是秒，不是分。 27. 某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤(pán)面，每毫米5道，每道記錄信息12 288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求： （1）磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量； （2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度； （3）磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率； （4）平均等待時(shí)間。解： （1）存儲(chǔ)容量 = 275道12 288B/道4面 = 13 516 800B （2）最高位密度 = p12 288B/230= 17B/mm = 136位/mm（向下取整） 最大磁道直徑 =230mm+275道/5道 2 = 230mm + 110mm = 340mmp 最低位密度 = 12 288B / 340= 11B/mm = 92位 / mm （向下取整） （3）磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率 = 12 288B 3000轉(zhuǎn)/分 =12 288B 50轉(zhuǎn)/秒=614 400B/S （4）平均等待時(shí)間 = 1/50 / 2 = 10ms討論： 1、本題給出的道容量單位為字節(jié)，因此算出的存儲(chǔ)容量單位也是字節(jié)，而不是位； 2、由此算出的位密度單位最終應(yīng)轉(zhuǎn)換成bpm(位/毫米）； 3、平均等待時(shí)間是磁盤(pán)轉(zhuǎn)半圈的時(shí)間，與容量無(wú)關(guān)。第 五 章 1. I/O有哪些編址方式？各有何特點(diǎn)？ 解：常用的I/O編址方式有兩種： I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址和I/O獨(dú)立編址； 特點(diǎn)： I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址方式的I/O地址采用與主存單元地址完全一樣的格式，I/O設(shè)備和主存占用同一個(gè)地址空間，CPU可像訪問(wèn)主存一樣訪問(wèn)I/O設(shè)備，不需要安排專(zhuān)門(mén)的I/O指令。 I/O獨(dú)立編址方式時(shí)機(jī)器為I/O設(shè)備專(zhuān)門(mén)安排一套完全不同于主存地址格式的地址編碼，此時(shí)I/O地址與主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的空間，CPU需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的I/O指令來(lái)訪問(wèn)I/O地址空間。討論：I/O編址方式的意義： I/O編址方式的選擇主要影響到指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)I/O指令的安排，因此描述其特點(diǎn)時(shí)一定要說(shuō)明此種I/O編址方式對(duì)應(yīng)的I/O指令設(shè)置情況。 I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址方式將I/O地址看成是存儲(chǔ)地址的一部分，占用主存空間； 問(wèn)題：確切地講， I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址的空間為總線空間，I/O所占用的是內(nèi)存的擴(kuò)展空間。I/O獨(dú)立編址方式有明顯的I/O地址標(biāo)識(shí)， 而I/O與內(nèi)存統(tǒng)一的編址方式?jīng)]有； 問(wèn)題：無(wú)論哪種編址方式，I/O地址都是由相應(yīng)的指令提供的，而地址本身并沒(méi)有特殊的標(biāo)識(shí)。 2. 簡(jiǎn)要說(shuō)明CPU與I/O之間傳遞信息可采用哪幾種聯(lián)絡(luò)方式？它們分別用于什么場(chǎng)合？ 答： CPU與I/O之間傳遞信息常采用三種聯(lián)絡(luò)方式：直接控制（立即響應(yīng)）、 同步、異步。 適用場(chǎng)合分別為： 直接控制適用于結(jié)構(gòu)極簡(jiǎn)單、速度極慢的I/O設(shè)備，CPU直接控制外設(shè)處于某種狀態(tài)而無(wú)須聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 同步方式采用統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差不大，近距離傳送的場(chǎng)合。 異步方式采用應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差較大、遠(yuǎn)距離傳送的場(chǎng)合。討論：注意I/O交換方式、I/O傳送分類(lèi)方式與I/O聯(lián)絡(luò)方式的區(qū)別： 串行、并行I/O傳送方式常用于描述I/O傳送寬度的類(lèi)型； I/O交換方式主要討論傳送過(guò)程的控制方法； I/O聯(lián)絡(luò)方式主要解決傳送時(shí)CPU與I/O之間如何取得通信聯(lián)系以建立起操作上的同步配合關(guān)系。 同步方式適用于CPU與I/O工作速度完全同步的場(chǎng)合。 問(wèn)題： I/O 要達(dá)到與CPU工作速度完全同步一般是不可能的。同步方式的實(shí)質(zhì)是“就慢不就快”，如采用同步方式一般CPU達(dá)不到滿負(fù)荷工作。 6. 字符顯示器的接口電路中配有緩沖存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器，各有何作用？ 解：顯示緩沖存儲(chǔ)器的作用是支持屏幕掃描時(shí)的反復(fù)刷新；只讀存儲(chǔ)器作為字符發(fā)生器使用，他起著將字符的ASCII碼轉(zhuǎn)換為字形點(diǎn)陣信息的作用。 8. 某計(jì)算機(jī)的I/O設(shè)備采用異步串行傳送方式傳送字符信息。字符信息的格式為一位起始位、七位數(shù)據(jù)位、一位校驗(yàn)位和一位停止位。若要求每秒鐘傳送480個(gè)字符，那么該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率為多少？ 解：48010=4800位/秒=4800波特； 波特是數(shù)據(jù)傳送速率波特率的單位。 注：題意中給出的是字符傳送速率，即：字符/秒。要求的是數(shù)據(jù)傳送速率，串行傳送時(shí)一般用波特率表示。 兩者的區(qū)別：字符傳送率是數(shù)據(jù)的“純”有效傳送率，不含數(shù)據(jù)格式信息；波特率是“毛”傳送率，含數(shù)據(jù)格式信息。 10. 什么是I/O接口?為什么要設(shè)置I/O接口？I/O接口如何分類(lèi)？ 解： I/O接口一般指CPU和I/O設(shè)備間的連接部件； I/O接口分類(lèi)方法很多，主要有： 按數(shù)據(jù)傳送方式分有并行接口和 串行接口兩種； 按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分有程序控制接口、程序中斷接口、DMA接口三種。 12. 結(jié)合程序查詢方式的接口電路，說(shuō)明其工作過(guò)程。 解：程序查詢接口工作過(guò)程如下（以輸入為例）：開(kāi)命令接收門(mén)；選中，發(fā)SEL信號(hào)設(shè)備選擇器譯碼接口地址總線 1）CPU發(fā)I/O地址 設(shè)備開(kāi)始工作；接口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命令 D置0，B置1 2）CPU發(fā)啟動(dòng)命令DBR； 3）CPU等待，輸入設(shè)備讀出數(shù)據(jù) B置0，D置1；接口4）外設(shè)工作完成，完成信號(hào)CPU；控制總線 5）準(zhǔn)備就緒信號(hào) 6）輸入：CPU通過(guò)輸入指令（IN）將DBR中的數(shù)據(jù)取走； 若為輸出，除數(shù)據(jù)傳送方向相反以外，其他操作與輸入類(lèi)似。工作過(guò)程如下： 開(kāi)命令接收門(mén)；選中，發(fā)SEL信號(hào)設(shè)備選擇器譯碼接口地址總線1）CPU發(fā)I/O地址 2）輸出： CPU通過(guò)輸出指令（OUT）將數(shù)據(jù)放入接口DBR中； 設(shè)備開(kāi)始工作；接口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命令 D置0，B置1 3）CPU發(fā)啟動(dòng)命令 4）CPU等待，輸出設(shè)備將數(shù)據(jù)從 DBR取走；B置0，D置1；接口 5）外設(shè)工作完成，完成信號(hào) CPU，CPU可通過(guò)指令再次向接口DBR輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行第二次傳送?？刂瓶偩€6）準(zhǔn)備就緒信號(hào) 13. 說(shuō)明中斷向量地址和入口地址的區(qū)別和聯(lián)系。 解： 中斷向量地址和入口地址的區(qū)別： 向量地址是硬件電路（向量編碼器）產(chǎn)生的中斷源的內(nèi)存地址編號(hào)，中斷入口地址是中斷服務(wù)程序首址。 中斷向量地址和入口地址的聯(lián)系： 中斷向量地址可理解為中斷服務(wù)程序入口地址指示器（入口地址的地址），通過(guò)它訪存可獲得中斷服務(wù)程序入口地址。 (兩種方法：在向量地址所指單元內(nèi)放一條JUM指令；主存中設(shè)向量地址表。參考8.4.3）討論： 硬件向量法的實(shí)質(zhì)： 當(dāng)響應(yīng)中斷時(shí)，為了更快、更可靠的進(jìn)入對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行，希望由硬件直接提供中斷服務(wù)程序入口地址。但在內(nèi)存地址字較長(zhǎng)時(shí)這是不可能的。因此由硬件先提供中斷源編號(hào)、再由編號(hào)間接地獲得中斷服務(wù)程序入口地址。這種中斷源的編號(hào)即向量地址。 由于一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可帶的中斷源數(shù)量很有限，因此向量地址比內(nèi)存地址短得多，用編碼器類(lèi)邏輯部件實(shí)現(xiàn)很方便。 14. 在什么條件下，I/O設(shè)備可以向CPU提出中斷請(qǐng)求？ 解：I/O設(shè)備向CPU提出中斷請(qǐng)求的條件是：I/O接口中的設(shè)備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽碼為0 （MASK=0），且CPU查詢中斷時(shí)，中斷請(qǐng)求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=1）。 15. 什么是中斷允許觸發(fā)器？它有何作用？ 解：中斷允許觸發(fā)器是CPU中斷系統(tǒng)中的一個(gè)部件，他起著開(kāi)關(guān)中斷的作用（即中斷總開(kāi)關(guān)，則中斷屏蔽觸發(fā)器可視為中斷的分開(kāi)關(guān)）。 16. 在什么條件和什么時(shí)間，CPU可以響應(yīng)I/O的中斷請(qǐng)求？ 解：CPU響應(yīng)I/O中斷請(qǐng)求的條件和時(shí)間是：當(dāng)中斷允許狀態(tài)為1（EINT=1），且至少有一個(gè)中斷請(qǐng)求被查到，則在一條指令執(zhí)行完時(shí)，響應(yīng)中斷。 17. 某系統(tǒng)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣處理，每抽取一個(gè)輸入數(shù)據(jù)，CPU就要中斷處理一次，將取樣的數(shù)據(jù)存至存儲(chǔ)器的緩沖區(qū)中，該中斷處理需P秒。此外，緩沖區(qū)內(nèi)每存儲(chǔ)N個(gè)數(shù)據(jù)，主程序就要將其取出進(jìn)行處理，這個(gè)處理需Q秒。試問(wèn)該系統(tǒng)可以跟蹤到每秒多少次中斷請(qǐng)求？ 解：這是一道求中斷飽和度的題，要注意主程序?qū)?shù)據(jù)的處理不是中斷處理，因此Q秒不能算在中斷次數(shù)內(nèi)。 N個(gè)數(shù)據(jù)所需的處理時(shí)間=PN+Q秒 平均每個(gè)數(shù)據(jù)所需處理時(shí)間= （PN+Q） /N秒； 求倒數(shù)得： 該系統(tǒng)跟蹤到的每秒中斷請(qǐng)求數(shù)=N/（PN+Q）次。 19. 在程序中斷方式中，磁盤(pán)申請(qǐng)中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機(jī)。當(dāng)打印機(jī)正在進(jìn)行打印時(shí)，磁盤(pán)申請(qǐng)中斷請(qǐng)求。試問(wèn)是否要將打印機(jī)輸出停下來(lái)，等磁盤(pán)操作結(jié)束后，打印機(jī)輸出才能繼續(xù)進(jìn)行？為什么？ 解：這是一道多重中斷的題，由于磁盤(pán)中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機(jī)，因此應(yīng)將打印機(jī)輸出停下來(lái)，等磁盤(pán)操作結(jié)束后，打印機(jī)輸出才能繼續(xù)進(jìn)行。因?yàn)榇蛴C(jī)的速度比磁盤(pán)輸入輸出的速度慢，并且暫停打印不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。討論： 打印機(jī)不停，理由有如下幾種：打印內(nèi)容已存入打印機(jī)緩存； 問(wèn)題：1）如果打印機(jī)無(wú)緩存呢？ 2）如果打印機(jī)有緩存，還需要用程序中斷方式交換嗎？（應(yīng)用DMA)由于在指令執(zhí)行末查中斷，因此執(zhí)行打印指令時(shí)不會(huì)響應(yīng)磁盤(pán)中斷。 問(wèn)題：打印中斷處理程序=打印指令？采用字節(jié)交叉?zhèn)魉头绞?，?dāng)兩者同時(shí)請(qǐng)求中斷時(shí)，先響應(yīng)盤(pán)，再響應(yīng)打印機(jī)，交叉服務(wù)。 問(wèn)題：這是程序中斷方式嗎？由于打印機(jī)速度比CPU慢得多，CPU將數(shù)據(jù)發(fā)送給打印機(jī)后，就去為磁盤(pán)服務(wù)，而這時(shí)打印機(jī)可自己慢慢打印。 問(wèn)題：停止打印機(jī)傳送=停止打印機(jī)動(dòng)作？我有打印機(jī)，感覺(jué)上打印機(jī)工作是連貫的； 問(wèn)題：人的感覺(jué)速度=計(jì)算機(jī)工作速度？ 22. CPU對(duì)DMA請(qǐng)求和中斷請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間是否一樣？為什么？ 解： CPU對(duì)DMA請(qǐng)求和中斷請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間不一樣，因?yàn)閮煞N方式的交換速度相差很大，因此CPU必須以更短的時(shí)間間隔查詢并響應(yīng)DMA請(qǐng)求（一個(gè)存取周期末）。討論： CPU對(duì)DMA的響應(yīng)是即時(shí)的； 隨時(shí)都能響應(yīng)？CPU響應(yīng)DMA的時(shí)間更短； DMA比中斷速度高； 短、高或不一樣的具體程度？ 不一樣。因?yàn)镈MA與CPU共享主存，會(huì)出現(xiàn)兩者爭(zhēng)用主存的沖突，CPU必須將總線讓給DMA接口使用，常用停止CPU訪存、周期竊取及DMA與CPU交替訪存三種方式有效的分時(shí)使用主存； 這種情況僅僅存在于DMA與中斷程序之間嗎？答非所問(wèn)。 24. DMA的工作方式中，CPU暫停方式和周期挪用方式的數(shù)據(jù)傳送流程有何不同？畫(huà)圖說(shuō)明。 解：兩種DMA方式的工作流程見(jiàn)下頁(yè)，其主要區(qū)別在于傳送階段，現(xiàn)行程序是否完全停止訪存。停止CPU訪存方式的DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O B C D周期竊取方式的DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O B C D 25. s，試問(wèn)該外設(shè)是否可用程序中斷方式與主機(jī)交換信息，為什么？m假設(shè)某設(shè)備向CPU傳送信息的最高頻率是40K次/秒，而相應(yīng)的中斷處理程序其執(zhí)行時(shí)間為40 sm 解：該設(shè)備向CPU傳送信息的時(shí)間間隔 =1/40K=0.025103=25 sm40 則：該外設(shè)不能用程序中斷方式與主機(jī)交換信息，因?yàn)槠渲袛嗵幚沓绦虻膱?zhí)行速度比該外設(shè)的交換速度慢。討論： s）比較接近，傳送過(guò)程會(huì)頻繁的打斷CPU執(zhí)行主程序，而執(zhí)行中斷服務(wù)程序，因此不能用程序中斷方式。ms）與中斷處理時(shí)間（40mI/O傳送（25 錯(cuò)：此時(shí)CPU還有可能執(zhí)行主程序嗎？舉例說(shuō)明： （輸入） 假設(shè)初始CPU空閑，則當(dāng)I/O將第一個(gè)數(shù)據(jù)放在接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器中后，向CPU發(fā)第一個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU立即響應(yīng)； I/O設(shè)備勻速運(yùn)行， s時(shí)響應(yīng)；ms后，第二個(gè)中斷請(qǐng)求到來(lái)，CPU正在執(zhí)行中斷程序接收第一個(gè)數(shù)據(jù)， 40m25 s時(shí)響應(yīng)；ms后，第三個(gè)中斷請(qǐng)求到來(lái)，CPU正在執(zhí)行中斷程序接收第二個(gè)數(shù)據(jù)，要到80m50 s后，第四個(gè)中斷請(qǐng)求到來(lái)，但此時(shí)第三個(gè)中斷請(qǐng)求還沒(méi)有響應(yīng)，則放在數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的第三個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)不及接收，被第四個(gè)數(shù)據(jù)沖掉；m75 討論： s，CPU大部分時(shí)間處于“踏步等待”狀態(tài)；m 交換一次用時(shí)25+40=65 sm 錯(cuò)1：25 I/O傳送間隔主要指設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的時(shí)間（輸入），這段時(shí)間設(shè)備與CPU并行工作。 錯(cuò)2：程序中斷不存在踏步等待。 10-6=14040K.6秒，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，用程序中斷不劃算；中斷處理程序執(zhí)行時(shí)間=？ 錯(cuò)1：設(shè)備傳送頻率 錯(cuò)2：越慢速的設(shè)備越適合用中斷。若外設(shè)與CPU之間有足夠大的緩沖區(qū)，則可以用程序中斷方式； 如果安排足夠大的緩沖區(qū)，為何不用DMA方式？ 討論（續(xù)）：兩者速度相差較小沒(méi)有必要用中斷。 26. s，是否可采用一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案，為什么？若不行，應(yīng)采取什么方案？m設(shè)磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，分8個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)存儲(chǔ)1K字節(jié)，主存與磁盤(pán)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳送的寬度為16位（即每次傳送16位）。假設(shè)一條指令最長(zhǎng)執(zhí)行時(shí)間是25 解：先算出磁盤(pán)傳送速度，然后和指令執(zhí)行速度進(jìn)行比較得出結(jié)論。1616 =1K 8 8 道容量=1KB8 =1K 4=4K字?jǐn)?shù)傳率=4K字3000轉(zhuǎn)/分 =4K字50轉(zhuǎn)/秒 =200K字/秒sm5一個(gè)字的傳送時(shí)間=1/200K字/秒 注：在此1K=1024，來(lái)自數(shù)據(jù)塊單位縮寫(xiě)。 5 sm25 s，所以不能采用一條指令執(zhí)行結(jié)束響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案，應(yīng)采取每個(gè)CPU機(jī)器周期末查詢及響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案（通常安排CPU機(jī)器周期=MM存取周期）。m 討論： 扇面、扇段和扇區(qū)：扇面指磁盤(pán)分區(qū)后形成的扇形區(qū)域；扇段指扇面上一個(gè)磁道所對(duì)應(yīng)的弧形區(qū)域；扇區(qū)通常用來(lái)泛指扇面或扇段。由于磁盤(pán)是沿柱面存取而不是沿扇面存取，因此習(xí)慣上扇區(qū)即指扇段，不用特別說(shuō)明也不會(huì)引起誤會(huì)。 問(wèn)題：是否磁盤(pán)轉(zhuǎn)一圈讀完所有扇區(qū)上的磁道？ 答：應(yīng)為：磁盤(pán)轉(zhuǎn)一圈讀完一個(gè)磁道上