計算機組成原理答案第二版唐朔飛完整答案43690PPT課件

.,計算機系統(tǒng)概論第二版,第一章,課后習題答案,.,1.什么是計算機系統(tǒng)、計算機硬件和計算機軟件？硬件和軟件哪個更重要？解：P3計算機系統(tǒng)計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設備的物理或邏輯的綜合體。計算機硬件計算機的物理實體。計算機軟件計算機運行所需的程序及相關資料。硬件和軟件在計算機系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。,.,5.馮諾依曼計算機的特點是什么？解：馮氏計算機的特點是：P9由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部件組成；指令和數(shù)據(jù)以同一形式（二進制形式）存于存儲器中；指令由操作碼、地址碼兩大部分組成；指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行；以運算器為中心（原始馮氏機）。,.,7.解釋下列概念：主機、CPU、主存、存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲元、存儲字、存儲字長、存儲容量、機器字長、指令字長。解：P10主機是計算機硬件的主體部分，由CPU+MM（主存或內(nèi)存）組成；CPU中央處理器（機），是計算機硬件的核心部件，由運算器+控制器組成；,.,主存計算機中存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器，為計算機的主要工作存儲器，可隨機存?。淮鎯卧纱娣乓粋€機器字并具有特定存儲地址的存儲單位；存儲元件存儲一位二進制信息的物理元件，是存儲器中最小的存儲單位，又叫存儲基元或存儲元，不能單獨存??；存儲字一個存儲單元所存二進制代碼的邏輯單位；,.,存儲字長一個存儲單元所存二進制代碼的位數(shù)；存儲容量存儲器中可存二進制代碼的總量；機器字長CPU能同時處理的數(shù)據(jù)位數(shù)；指令字長一條指令的二進制代碼位數(shù)；,.,8.解釋下列英文縮寫的中文含義：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：CPUCentralProcessingUnit，中央處理機（器），見7題；PCProgramCounter，程序計數(shù)器，存放當前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動計數(shù)形成下一條指令地址的計數(shù)器；IRInstructionRegister，指令寄存器，存放當前正在執(zhí)行的指令的寄存器；,.,CUControlUnit，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；ALUArithmeticLogicUnit，算術邏輯運算單元，運算器中完成算術邏輯運算的邏輯部件；ACCAccumulator，累加器，運算器中運算前存放操作數(shù)、運算后存放運算結果的寄存器；MQMultiplier-QuotientRegister，乘商寄存器，乘法運算時存放乘數(shù)、除法時存放商的寄存器。,.,X此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運算器中工作寄存器之一，用來存放操作數(shù)；MARMemoryAddressRegister，存儲器地址寄存器，內(nèi)存中用來存放欲訪問存儲單元地址的寄存器；MDRMemoryDataRegister，存儲器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，主存中用來存放從某單元讀出、或寫入某存儲單元數(shù)據(jù)的寄存器；,.,I/OInput/Outputequipment，輸入/輸出設備，為輸入設備和輸出設備的總稱，用于計算機內(nèi)部和外界信息的轉換與傳送；MIPSMillionInstructionPerSecond，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計算機運算速度指標的一種計量單位；CPICyclePerInstruction，執(zhí)行一條指令所需時鐘周期數(shù)，計算機運算速度指標計量單位之一；,.,FLOPSFloatingPointOperationPerSecond，每秒浮點運算次數(shù)，計算機運算速度計量單位之一。,.,10.指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中,計算機如何區(qū)分它們？解：計算機硬件主要通過不同的時間段來區(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（或相應微程序）取出的既為數(shù)據(jù)。另外也可通過地址來源區(qū)分，從PC指出的存儲單元取出的是指令，由指令地址碼部分提供操作數(shù)地址。,返回目錄,.,系統(tǒng)總線,第三章,.,1.什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線負載，總線上的部件應具備什么特點？解：總線是多個部件共享的傳輸部件；總線傳輸?shù)奶攸c是：某一時刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時使用；為了減輕總線負載，總線上的部件應通過三態(tài)驅動緩沖電路與總線連通。,.,4.為什么要設置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點？哪種方式響應時間最快？哪種方式對電路故障最敏感？解：總線判優(yōu)控制解決多個部件同時申請總線時的使用權分配問題；常見的集中式總線控制有三種：鏈式查詢、計數(shù)器查詢、獨立請求；特點：鏈式查詢方式連線簡單，易于擴充，對電路故障最敏感；計數(shù)器查詢方式優(yōu)先級設置較靈活，對故障不敏感，連線及控制過程較復雜；獨立請求方式判優(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：總線的主設備（或主模塊）、總線的從設備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。解：總線的主設備（主模塊）指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權的設備（模塊）；總線的從設備（從模塊）指一次總線傳輸期間，配合主設備完成傳輸?shù)脑O備（模塊），它只能被動接受主設備發(fā)來的命令；,.,總線的傳輸周期總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時間；總線的通信控制指總線傳送過程中雙方的時間配合方式。,.,6.試比較同步通信和異步通信。解：同步通信由統(tǒng)一時鐘控制的通信，控制方式簡單，靈活性差，當系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場合；異步通信不由統(tǒng)一時鐘控制的通信，部件間采用應答方式進行聯(lián)系，控制方式較同步復雜，靈活性高，當系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，有利于提高總線工作效率。,.,8.為什么說半同步通信同時保留了同步通信和異步通信的特點？解：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時間不一致，因此工作效率介于兩者之間。,.,10.為什么要設置總線標準？你知道目前流行的總線標準有哪些？什么叫plugandplay？哪些總線有這一特點？解：總線標準的設置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題；目前流行的總線標準有：ISA、EISA、PCI等；plugandplay即插即用，EISA、PCI等具有此功能。,.,11.畫一個具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。解：此題實際上是要求設計一個雙向總線收發(fā)器，設計要素為三態(tài)、方向、使能等控制功能的實現(xiàn)，可參考74LS245等總線緩沖器芯片內(nèi)部電路。邏輯圖如下：（n位）,G,DIR,A1,B1,.,12.設數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列邏輯設計：（1）設計一個電路，在同一時間實現(xiàn)DA、DB和DC寄存器間的傳送；（2）設計一個電路，實現(xiàn)下列操作：T0時刻完成D總線；T1時刻完成總線A；T2時刻完成A總線；T3時刻完成總線B。,.,解：（1）采用三態(tài)輸出的D型寄存器74LS374做A、B、C、D四個寄存器，其輸出可直接掛總線。A、B、C三個寄存器的輸入采用同一脈沖打入。注意-OE為電平控制，與打入脈沖間的時間配合關系為：,-OE：,令：BUSA=BUSB=BUSC=CP；DBUS=-OE；當CP前沿到來時，將DA、B、C。,.,現(xiàn)以8位總線為例，設計此電路，如下圖示：,數(shù)據(jù)總線,D7D0,BUSA,.,（2）寄存器設置同（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、脈沖配合關系如下：,時鐘：CLK：節(jié)拍電平：Ti：打入脈沖：Pi：,圖中，脈沖包在電平中，為了留有較多的傳送時間，脈沖設置在靠近電平后沿處。,.,節(jié)拍、脈沖分配邏輯如下：,二位格雷碼同步計數(shù)器,1,&,&,&,&,1,1,1,CLK,P0P1P2P3,T0T1T2T3,-T0,-T1,-T2,-T3,.,節(jié)拍、脈沖時序圖如下：,時鐘：CLK：輸出：T0：T1：T2：T3：輸入：P0：P1：P2：P3：,.,以8位總線為例，電路設計如下：（圖中，A、B、C、D四個寄存器與數(shù)據(jù)總線的連接方法同上。）,=1,1Q8QOE1D8D,374A,1Q8QOE1D8D,374B,BUSB,DBUS,CBUS,BBUS,ABUS,BUSA,1Q8QOE1D8D,374D,BUSD,1Q8QOEG1D8D,373,1Q8QOE1D8D,BUSC,374C,=1,T1T3T0T2,數(shù)據(jù)總線（D7D0）,令：ABUS=-T2DBUS=-T0BUSA=P1BUSB=P3,返回目錄,.,存儲器,第四章,.,4.說明存取周期和存取時間的區(qū)別。解：存取周期和存取時間的主要區(qū)別是：存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢復時間。即：存取周期=存取時間+恢復時間5.什么是存儲器的帶寬？若存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲器的帶寬是多少？解：存儲器的帶寬指單位時間內(nèi)從存儲器進出信息的最大數(shù)量。存儲器帶寬=1/200nsX32位=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒,.,6.某機字長為32位，其存儲容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。解：存儲容量是64KB時，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB，則：按字尋址范圍=64KX8/32=16K字按字節(jié)編址時的主存地址分配圖如下：,0,1,2,3,6,5,4,65534,65532,7,65535,65533,字地址HB字節(jié)地址LB,0486552865532,.,7.一個容量為16KX32位的存儲器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當選用下列不同規(guī)格的存儲芯片時，各需要多少片？1KX4位，2KX8位，4KX4位，16KX1位，4KX8位，8KX8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：1KX4：16KX32/1KX4=16X8=128片2KX8：16KX32/2KX8=8X4=32片4KX4：16KX32/4KX4=4X8=32片16KX1：16KX32/16KX1=32片4KX8：16KX32/4KX8=4X4=16片8KX8：16KX32/8KX8=2X4=8片,.,9.什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新對DRAM定期進行的全部重寫過程；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補充，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：在最大刷新間隔時間內(nèi)，集中安排一段時間進行刷新；分散式：在每個讀/寫周期之后插入一個刷新周期，無CPU訪存死時間；異步式：是集中式和分散式的折衷。,.,10.半導體存儲器芯片的譯碼驅動方式有幾種？解：半導體存儲器芯片的譯碼驅動方式有兩種：線選法和重合法。線選法：地址譯碼信號只選中同一個字的所有位，結構簡單，費器材；重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號的重合來選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅動方式。,.,11.畫出用1024X4位的存儲芯片組成一個容量為64KX8位的存儲器邏輯框圖。要求將64K分成4個頁面，每個頁面分16組，指出共需多少片存儲芯片。解：設采用SRAM芯片，總片數(shù)=64KX8位/1024X4位=64X2=128片題意分析：本題設計的存儲器結構上分為總體、頁面、組三級，因此畫圖時也應分三級畫。首先應確定各級的容量：頁面容量=總容量/頁面數(shù)=64KX8位/4=16KX8位；,.,組容量=頁面容量/組數(shù)=16KX8位/16=1KX8位；組內(nèi)片數(shù)=組容量/片容量=1KX8位/1KX4位=2片；地址分配：,1KX4SRAM,1KX4SRAM,A90,-WE,-CSi,D7D6D5D4D3D2D1D0,頁面號組號組內(nèi)地址,2410,組邏輯圖如下：（位擴展）,1KX8,.,頁面邏輯框圖：（字擴展）,1KX8（組0）,1KX8（組1）,1KX8（組2）,1KX8（組15）,組譯碼器4:16,-CS0,-CS1,-CS2,-CS15,A90-WED70,A10A11A12A13,-CEi,16KX8,.,存儲器邏輯框圖：（字擴展）,16KX8（頁面0）,16KX8（頁面1）,16KX8（頁面2）,16KX8（頁面3）,頁面譯碼器2:4,A14A15,-CE0,-CE1,-CE2,-CE3,A130-WED70,.,12.設有一個64KX8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存儲基元）？欲設計一種具有上述同樣多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應滿足地址線和數(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，并說明有幾種解答。解：存儲基元總數(shù)=64KX8位=512K位=219位；思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應盡量把存儲元安排在字向，因為地址位數(shù)和字數(shù)成2的冪的關系，可較好地壓縮線數(shù)。,.,設地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2aXb=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：片字數(shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字數(shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。結論：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。,.,13.某8位微型機地址碼為18位，若使用4KX4位的RAM芯片組成模塊板結構的存儲器，試問：（1）該機所允許的最大主存空間是多少？（2）若每個模塊板為32KX8位，共需幾個模塊板？（3）每個模塊板內(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，則該機所允許的最大主存空間是256KX8位（或256KB）；（2）模塊板總數(shù)=256KX8/32KX8=8塊；（3）板內(nèi)片數(shù)=32KX8位/4KX4位=8X2=16片；（4）總片數(shù)=16片X8=128片；（5）CPU通過最高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：,板地址片地址片內(nèi)地址,3312.,14.設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，R/-W作讀寫命令信號（高電平為讀，低電評為寫）?，F(xiàn)有下列存儲芯片：ROM（2KX8位，4KX4位，8KX8位），RAM（1KX4位，2KX8位，4KX8位），及74138譯碼器和其他門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出CPU和存儲芯片的連接圖。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）指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量；（3）詳細畫出片選邏輯。,.,解：（1）地址空間分配圖：,4K（ROM）4K（SRAM）4K（SRAM）4K（SRAM）,0409540968191819212287122881638365535,Y0Y1Y2Y3,A15=1,A15=0,.,（2）選片：ROM：4KX4位：2片；RAM：4KX8位：3片；（3）CPU和存儲器連接邏輯圖及片選邏輯：,4KX4ROM,74138（3：8）,4KX4ROM,4KX8RAM,4KX8RAM,4KX8RAM,-CS0-CS1-CS2-CS3,-MREQA15A14A13A12,CBA-Y0,-G2A-G2B,G1,+5V,CPUA110R/-WD30D74,-Y1,-Y2,-Y3,.,15.CPU假設同上題，現(xiàn)有8片8KX8位的RAM芯片與CPU相連，試回答：（1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲芯片的連接圖；（2）寫出每片RAM的地址范圍；（3）如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲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與存儲器芯片連接邏輯圖：,CPU,8KX8SRAM,74138（3：8）,R/-WD70A120,8KX8SRAM,8KX8SRAM,8KX8SRAM,-G2A-G2B,A,B,C,-MREQ,A13A14A15,-CS0-CS1-CS2-CS7,+5V,G1,.,（2）地址空間分配圖：,.,（3）如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因為：該存儲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端錯連或短路；2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯連或短路；3）該片的-CS端與地線錯連或短路；在此，假設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，將會出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時存儲器只能尋址A13=1的地址空間，A13=0的另一半地址空間將永遠訪問不到。若對A13=0的地址空間進行訪問，只能錯誤地訪問到A13=1的對應空間中去。,.,17.某機字長16位，常規(guī)的存儲空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？畫圖說明。解：若想不改用高速存儲芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取多體交叉存取技術，圖示如下：,08M08K,19M18K,210M28K,311M38K,412M48K,513M58K,614M68K,715M78K,存儲管理,存儲總線,.,8體交叉訪問時序：,啟動M0：啟動M1：啟動M2：啟動M3：啟動M4：啟動M5：啟動M6：啟動M7：,t,單體存取周期,由圖可知：每隔1/8個存取周期就可在存儲總線上獲得一個數(shù)據(jù)。,返回目錄,.,23.畫出RZ、NRZ、NRZ1、PE、FM寫入數(shù)字串1011001的寫入電流波形圖。解：,.,24.以寫入10010110為例，比較調頻制和改進調頻制的寫電流波形圖。解：寫電流波形圖如下：,FM:MFM:MFM:,10010110,t,10010110頻率提高一倍后的MFM制。,t,.,比較：1）FM和MFM寫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”時兩個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制記錄一位二進制代碼最多兩次磁翻轉，MFM制記錄一位二進制代碼最多一次磁翻轉，因此MFM制的記錄密度可提高一倍。上圖中示出了在MFM制時位周期時間縮短一倍的情況。由圖可知，當MFM制記錄密度提高一倍時，其寫電流頻率與FM制的寫電流頻率相當；,.,4）由于MFM制并不是每個位周期都有電流變化，故自同步脈沖的分離需依據(jù)相鄰兩個位周期的讀出信息產(chǎn)生，自同步技術比FM制復雜得多。,.,25.畫出調相制記錄01100010的驅動電流、記錄磁通、感應電勢、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。解：,I：e：T：D：,01100010,t,t,t,t,t,.,26.磁盤組有六片磁盤，每片有兩個記錄面，存儲區(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，轉速2400轉/分，問：（1）共有多少存儲面可用？（2）共有多少柱面？（3）盤組總存儲容量是多少？（4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？,.,解：（1）若去掉兩個保護面，則共有：6X2-2=10個存儲面可用；（2）有效存儲區(qū)域=（33-22）/2=5.5cm柱面數(shù)=40道/cmX5.5=220道（3）內(nèi)層道周長=22=69.08cm道容量=400位/cmX69.08cm=3454B面容量=3454BX220道=759，880B盤組總容量=759，880BX10面=7，598，800B,.,（4）轉速=2400轉/60秒=40轉/秒數(shù)據(jù)傳輸率=3454BX40轉/秒=138，160B/S27.某磁盤存儲器轉速為3000轉/分，共有4個記錄盤面，每毫米5道，每道記錄信息12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求：（1）磁盤存儲器的存儲容量；（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度；（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率；（4）平均等待時間。,.,解：（1）存儲容量=275道X12288B/道X4面=13516800B（2）最高位密度=12288B/230=17B/mm=136位/mm（向下取整）最大磁道直徑=230mm+275道/5道X2=230mm+110mm=340mm最低位密度=12288B/340=11B/mm=92位/mm（向下取整）（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率=12288BX3000轉/分=12288BX50轉/秒=614400B/S（4）平均等待時間=1/50/2=10ms,返回目錄,.,輸入輸出系統(tǒng),第五章,.,1.I/O有哪些編址方式？各有何特點？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獨立編址；特點：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設備和主存占用同一個地址空間，CPU可像訪問主存一樣訪問I/O設備，不需要安排專門的I/O指令。I/O獨立編址方式時機器為I/O設備專門安排一套完全不同于主存地址格式的地址編碼，此時I/O地址與主存地址是兩個獨立的空間，CPU需要通過專門的I/O指令來訪問I/O地址空間。,.,6.字符顯示器的接口電路中配有緩沖存儲器和只讀存儲器，各有何作用？解：顯示緩沖存儲器的作用是支持屏幕掃描時的反復刷新；只讀存儲器作為字符發(fā)生器使用，他起著將字符的ASCII碼轉換為字形點陣信息的作用。,.,8.某計算機的I/O設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、一位校驗位和一位停止位。若要求每秒鐘傳送480個字符，那么該設備的數(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。,.,10.什么是I/O接口?為什么要設置I/O接口？I/O接口如何分類？解：I/O接口一般指CPU和I/O設備間的連接部件；I/O接口分類方法很多，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.結合程序查詢方式的接口電路，說明其工作過程。解：程序查詢接口工作過程如下（以輸入為例）：1）CPU發(fā)I/O地址地址總線接口設備選擇器譯碼選中，發(fā)SEL信號開命令接收門；2）CPU發(fā)啟動命令D置0，B置1接口向設備發(fā)啟動命令設備開始工作；3）CPU等待，輸入設備讀出數(shù)據(jù)DBR；4）外設工作完成，完成信號接口B置0，D置1；5）準備就緒信號控制總線CPU；6）輸入：CPU通過輸入指令（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，其他操作與輸入類似。工作過程如下：1）CPU發(fā)I/O地址地址總線接口設備選擇器譯碼選中，發(fā)SEL信號開命令接收門；2）輸出：CPU通過輸出指令（OUT）將數(shù)據(jù)放入接口DBR中；3）CPU發(fā)啟動命令D置0，B置1接口向設備發(fā)啟動命令設備開始工作；4）CPU等待，輸出設備將數(shù)據(jù)從DBR取走；5）外設工作完成，完成信號接口B置0，D置1；6）準備就緒信號控制總線CPU，CPU可通過指令再次向接口DBR輸出數(shù)據(jù)，進行第二次傳送。,.,13.說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，中斷入口地址是中斷服務程序首址。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程序入口地址指示器（入口地址的地址），通過它訪存可獲得中斷服務程序入口地址。,.,14.在什么條件下，I/O設備可以向CPU提出中斷請求？解：I/O設備向CPU提出中斷請求的條件是：I/O接口中的設備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽碼為0（MASK=0），且CPU查詢中斷時，中斷請求觸發(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)中的一個部件，他起著開關中斷的作用（即中斷總開關，則中斷屏蔽觸發(fā)器可視為中斷的分開關）。,.,16.在什么條件和什么時間，CPU可以響應I/O的中斷請求？解：CPU響應I/O中斷請求的條件和時間是：當中斷允許狀態(tài)為1（EINT=1），且至少有一個中斷請求被查到，則在一條指令執(zhí)行完時，響應中斷。17.某系統(tǒng)對輸入數(shù)據(jù)進行取樣處理，每抽取一個輸入數(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N個數(shù)據(jù)，主程序就要將其取出進行處理，這個處理需Q秒。試問該系統(tǒng)可以跟蹤到每秒多少次中斷請求？,.,解：這是一道求中斷飽和度的題，要注意主程序對數(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個數(shù)據(jù)所需的處理時間=PN+Q秒平均每個數(shù)據(jù)所需處理時間=（PN+Q）/N秒；求倒數(shù)得：該系統(tǒng)跟蹤到的每秒中斷請求數(shù)=N/（PN+Q）次。,.,19.在程序中斷方式中，磁盤申請中斷的優(yōu)先權高于打印機。當打印機正在進行打印時，磁盤申請中斷請求。試問是否要將打印機輸出停下來，等磁盤操作結束后，打印機輸出才能繼續(xù)進行？為什么？解：這是一道多重中斷的題，由于磁盤中斷的優(yōu)先權高于打印機，因此應將打印機輸出停下來，等磁盤操作結束后，打印機輸出才能繼續(xù)進行。因為打印機的速度比磁盤輸入輸出的速度慢，并且暫停打印不會造成數(shù)據(jù)丟失。,.,22.CPU對DMA請求和中斷請求的響應時間是否一樣？為什么？解：CPU對DMA請求和中斷請求的響應時間不一樣，因為兩種方式的交換速度相差很大，因此CPU必須以更短的時間間隔查詢并響應DMA請求（一個存取周期末）。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？畫圖說明。解：兩種DMA方式的工作流程見下頁，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CPUDMACI/O,DMA預處理：向DMAC送MM緩沖區(qū)首址；I/O設備地址；交換個數(shù)；啟動I/O,現(xiàn)行程序,開始工作,啟動,I/O準備,就緒,DMA請求,I/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/O,總線請求,現(xiàn)行程序,數(shù)據(jù)傳送：響應，停止CPU訪存,準備下個數(shù)據(jù),(AR)送MM(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；,就緒,DMA請求,現(xiàn)行程序等待,B,I/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/O,C,讓出總線,.,CPUDMACI/OBCD,準備下個數(shù)據(jù),(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；,現(xiàn)行程序,響應中斷,后處理：中斷服務程序：校驗、錯誤檢測、停止外設或再啟動及初始化。,現(xiàn)行程序,I/O停止,WC=0,現(xiàn)行程序等待,.,周期竊取方式的DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序CPUDMACI/O,DMA預處理：向DMAC送MM緩沖區(qū)首址；I/O設備地址；交換個數(shù)；啟動I/O,現(xiàn)行程序,開始工作,啟動,I/O準備,就緒,DMA請求,I/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/O,總線請求,現(xiàn)行程序,數(shù)據(jù)傳送：響應，讓出一個MM周期,準備下個數(shù)據(jù),(AR)送MM(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；,就緒,DMA請求,現(xiàn)行程序,總線請求,I/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/O,C,.,CPUDMACI/OBCD,數(shù)據(jù)傳送：響應，讓出一個MM周期,準備下個數(shù)據(jù),(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；,現(xiàn)行程序,響應中斷,后處理：中斷服務程序：校驗、錯誤檢測、停止外設或再啟動及初始化。,現(xiàn)行程序,I/O停止,WC=0,.,25.假設某設備向CPU傳送信息的最高頻率是40K次/秒，而相應的中斷處理程序其執(zhí)行時間為40s，試問該外設是否可用程序中斷方式與主機交換信息，為什么？解：該設備向CPU傳送信息的時間間隔=1/40K=0.025103=25s40s則：該外設不能用程序中斷方式與主機交換信息，因為其中斷處理程序的執(zhí)行速度比該外設的交換速度慢。,.,26.設磁盤存儲器轉速為3000轉/分，分8個扇區(qū)，每扇區(qū)存儲1K字節(jié)，主存與磁盤存儲器數(shù)據(jù)傳送的寬度為16位（即每次傳送16位）。假設一條指令最長執(zhí)行時間是25s，是否可采用一條指令執(zhí)行結束時響應DMA請求的方案，為什么？若不行，應采取什么方案？,.,解：先算出磁盤傳送速度，然后和指令執(zhí)行速度進行比較得出結論。道容量=1KB816=1K8816=1K4=4K字數(shù)傳率=4K字3000轉/分=4K字50轉/秒=200K字/秒一個字的傳送時間=1/200K字/秒=5s5s1/16解：（1）若要X1/2，只要a1=1，a2a6不全為0即可（a2ora3ora4ora5ora6=1）；（2）若要X1/8，只要a1a3不全為0即可（a1ora2ora3=1），a4a6可任取0或1；,.,（3）若要1/4X1/16，只要a1=0，a2可任取0或1；當a2=0時，若a3=0，則必須a4=1，且a5、a6不全為0（a5ora6=1；若a3=1，則a4a6可任取0或1；當a2=1時，a3a6可任取0或1。3.設x為整數(shù)，x補=1，x1x2x3x4x5，若要求x-16，試問x1x5應取何值？解：若要x-16，需x1=0，x2x5任意。（注：負數(shù)絕對值大的反而小。）,.,4.設機器數(shù)字長為8位（含1位符號位在內(nèi)），寫出對應下列各真值的原碼、補碼和反碼。-13/64，29/128，100，-87解：真值與不同機器碼對應關系如下：,真值十進制二進制原碼反碼補碼-13/64-0.0011011.00110101.11001011.110011029/1280.00111010.00111010.00111010.001110110011001000,11001000,11001000,1100100-87-10101111,10101111,01010001,0101001,.,5.已知x補，求x原和x。x1補=1.1100；x2補=1.1001；x3補=0.1110；x4補=1.0000；x5補=1，0101；x6補=1，1100；x7補=0，0111；x8補=1，0000；解：x補與x原、x的對應關系如下：,x補x原x（二進制）x（十進制）1.11001.0100-0.0100-1/41.10011.0111-0.0111-7/160.11100.1110+0.1110+7/81.0000無-1.0000-11，01011，1011-1011-111，11001，0100-0100-40，01110，0111+0111+71，0000無-10000-16,.,6.設機器數(shù)字長為8位（含1位符號位在內(nèi)），分整數(shù)和小數(shù)兩種情況討論真值x為何值時，x補=x原成立。解：當x為小數(shù)時，若x0，則x補=x原成立；若xy？解：若x補y補，不一定有xy。x補y補時xy的結論只在x0、y0，及x0時，有xy，但由于負數(shù)補碼的符號位為1，則x補0時，有xy補。,.,9.當十六進制數(shù)9B和FF分別表示為原碼、補碼、反碼、移碼和無符號數(shù)時，所對應的十進制數(shù)各為多少（設機器數(shù)采用一位符號位）？解：真值和機器數(shù)的對應關系如下：,.,10.在整數(shù)定點機中，設機器數(shù)采用一位符號位，寫出0的原碼、補碼、反碼和移碼，得出什么結論？解：0的機器數(shù)形式如下：,11.已知機器數(shù)字長為4位（其中1位為符號位），寫出整數(shù)定點機和小樹定點機中原碼、補碼和反碼的全部形式，并注明其對應的十進制真值。,.,解：機器數(shù)與對應的真值形式如下：,.,續(xù)表1：,.,續(xù)表2：,.,續(xù)表3：,.,12.設浮點數(shù)格式為：階符1位、階碼4位、數(shù)符1位、尾數(shù)10位。寫出51/128、27/1024、7.375、-86.5所對應的機器數(shù)。要求（1）階碼和尾數(shù)均為原碼；（2）階碼和尾數(shù)均為補碼；（3）階碼為移碼，尾數(shù)為補碼。解：據(jù)題意畫出該浮點數(shù)的格式：14110,階符階碼數(shù)符尾數(shù),.,將十進制數(shù)轉換為二進制：x1=51/128=（0.0110011）2=2-1（0.110011）2x2=-27/1024=（-0.0000011011）2=2-5（-0.11011）2x3=7.375=（111.011）2=23（0.111011）2x4=-86.5=（-1010110.1）2=27（-0.10101101）2則以上各數(shù)的浮點規(guī)格化數(shù)為：（1）x1浮=1，0001；0.1100110000（2）x1浮=1，1111；0.1100110000（3）x1浮=0，1111；0.1100110000,.,（1）x2浮=1，0101；1.1101100000（2）x2浮=1，1011；1.0010100000（3）x2浮=0，1011；1.0010100000（1）x3浮=0，0011；0.1110110000（2）x3浮=0，0011；0.1110110000（3）x3浮=1，0011；0.1110110000（1）x4浮=0，0111；1.1010110100（2）x4浮=0，0111；1.0101001100（3）x4浮=1，0111；1.0101001100注：以上浮點數(shù)也可采用如下格式：11410,數(shù)符階符階碼尾數(shù),此時只要將上述答案中的數(shù)符位移到最前面即可。,.,13.浮點數(shù)格式同上題，當階碼基值分別取2和16時，（1）說明2和16在浮點數(shù)中如何表示。（2）基值不同對浮點數(shù)什么有影響？（3）當階碼和尾數(shù)均用補碼表示，且尾數(shù)采用規(guī)格化形式，給出兩種情況下所能表示的最大正數(shù)和非零最小正數(shù)真值。解：（1）階碼基值不論取何值，在浮點數(shù)中均為隱含表示，即：2和16不出現(xiàn)在浮點格式中，僅為人為的約定。,.,（2）當基值不同時，對數(shù)的表示范圍和精度都有影響。即：在浮點格式不變的情況下，基越大，可表示的浮點數(shù)范圍越大，但精度越下降。（3）r=2時，最大正數(shù)的浮點格式為：0，1111；0.1111111111其真值為：N+max=215（1-2-10）非零最小規(guī)格化正數(shù)浮點格式為：1，0000；0.1000000000其真值為：N+min=2-162-1=2-17r=16時，最大正數(shù)的浮點格式為：0，1111；0.1111111111其真值為：N+max=1615（1-2-10）非零最小規(guī)格化正數(shù)浮點格式為：1，0000；0.0001000000其真值為：N+min=16-1616-1=16-17,.,14.設浮點數(shù)字長為32位，欲表示6萬間的十進制數(shù)，在保證數(shù)的最大精度條件下，除階符、數(shù)符各取一位外，階碼和尾數(shù)各取幾位？按這樣分配，該浮點數(shù)溢出的條件是什么？解：若要保證數(shù)的最大精度，應取階的基=2。若要表示6萬間的十進制數(shù)，由于32768（215）0，+-y*補1.10101111.0101100.1110+0.101011r0，+-y*補1.01011110.111010+0.101011r0，+-y*補1.01011,.,續(xù)：被除數(shù)（余數(shù)）商10.101100.110+0.11011r0，+y*1.1000111.000100.1100+0.11011r0，+y*1.1110110.11000+0.11011r0，+-y*補1.1010111.010101.0+0.10001ry*時產(chǎn)生溢出，這種情況在第一步運算后判斷r的正負時就可發(fā)現(xiàn)。此時數(shù)值位占領小數(shù)點左邊的1位，原碼無定義，但算法本身仍可正常運行。,.,補碼加減交替除法：被除數(shù)（余數(shù)）商00.101000.00000+11.01111試減，x、y異號，+y補00.00011100.001100.+11.01111r、y異號，+y補11.10101111.010100.1+00.10001r、y同號，+-y補11.11011111.101100.11+00.10001r、y同號，+-y補00.00111,.,續(xù)：被除數(shù)（余數(shù)）商100.011100.110+11.01111r、y異號，+y補11.11101111.110100.1101+00.10001r、y同號，+-y補00.0101110.11011恒置1r、x同號，結束r補=0.01011，r=r*=0.0000001011真符位的產(chǎn)生：qf=x0y0=01=1xy補=10.11011，xy=-1.00101判溢出：qfq0=10=1，溢出,.,注：由于本題中x*y*，有溢出。除法運算時一般在運算前判斷是否x*y*，如果該條件成立則停止運算，轉溢出處理。但此算法本身在溢出情況下仍可正常運行，此時數(shù)值位占領小數(shù)點左邊的1位，商需設雙符號位（變形補碼），以判溢出。采用這種方法時運算前可不判溢出，直接進行運算，運算完后再判溢出。,.,（4）x=13/32=（0.01101）2y=-27/32=（-0.11011）2x*=x原=x補=x=0.01101y原=1.11011y*=0.11011-y*補=1.00101y補=1.00101-y補=0.11011q0=x0y0=01=1x*y*=0.01111xy原=1.01111xy=（-0.01111）2=-15/32r*=0.010112-5=0.0000001011,.,原碼加減交替除法：被除數(shù)（余數(shù)）商0.011010.00000+1.00101試減，+-y*補1.1001011.001000.+0.11011r0，+-y*補0.10111,.,續(xù)：被除數(shù)（余數(shù)）商11.011100.011+1.00101r0，+-y*補0.1001111.001100.0111+1.00101r0，+-y*補0.0101110.01111r0，結束,.,補碼加減交替除法：被除數(shù)（余數(shù)）商00.011010.00000+11.00101試減，x、y異號，+y補11.10010111.001001.+00.11011r、y同號，+-y補11.11111111.111101.1+00.11011r、y同號，+-y補00.11001101.100101.10+11.00101r、y異號，+y補00.10111,.,續(xù)：被除數(shù)（余數(shù)）商101.011101.100+11.00101r、y異號，+y補00.10011101.001101.1000+11.00101r、y異號，+y補00.0101111.10001恒置1r、x同號，結束r補=0.01011，r=r*=0.0000001011xy補=1.10001，xy=（-0.01111）2=-15/32,.,22.設機器字長為16位（含1位符號位），若一次移位需1s，一次加法需1s，試問原碼一位乘、補碼一位乘、原碼加減交替除法和補碼加減交替除法各最多需多少時間？解：原碼一位乘最多需時=1s15（加）+1s15（移位）=30s補碼一位乘最多需時=1s16+1s15=31s原碼加減交替除最多需時=1s（16+1）+1s15=32s補碼加減交替除最多需時=1s（16+1）+1s15=32s,.,23.對于尾數(shù)為40位的浮點數(shù)（不包括符號位在內(nèi)），若采用不同的機器數(shù)表示，試問當尾數(shù)左規(guī)或右規(guī)時，最多移位次數(shù)各為多少？解：對于尾數(shù)為40位的浮點數(shù)，若采用原碼表示，當尾數(shù)左規(guī)時，最多移位39次；反碼表示時情況同原碼；若采用補碼表示，當尾數(shù)左規(guī)時，正數(shù)最多移位39次，同原碼；負數(shù)最多移位40次。當尾數(shù)右規(guī)時，不論采用何種碼制，均只需右移1次。,.,24.按機器補碼浮點運算步驟，計算xy補（1）x=2-0110.101100，y=2-010（-0.011100）；（2）x=2-011（-0.100010），y=2-010（-0.011111）；（3）x=2101（-0.100101），y=2100（-0.001111)。解：先將x、y轉換成機器數(shù)形式：（1）x補=1，101；0.101100y補=1，110；1.100100注