計算機組成原理習題答案.pdf

第一章第一章第一章第一章 1 l 解釋下列名詞 摩爾定律 對集成電路上可容納的晶體管數(shù)目 性能和價格等發(fā)展趨勢的預測 其主要 內(nèi)容是 成集電路上可容納的晶體管數(shù)量每 18 個月翻一番 性能將提高一倍 而其價格 將降低一半 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 存取 控制器 計算機的指揮中心 它使計算機各部件自動協(xié)調(diào)地工作 時鐘周期 時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù) 也稱為節(jié)拍周期或 T 周期 是處理操作最基本的時 間單位 多核處理器 多核處理器是指在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎 內(nèi)核 字長 運算器一次運算處理的二進制位數(shù) 存儲容量 存儲器中可存二進制信息的總量 CPI 指執(zhí)行每條指令所需要的平均時鐘周期數(shù) MIPS 用每秒鐘執(zhí)行完成的指令數(shù)量作為衡量計算機性能的一個指標 該指標以每秒鐘完成 的百萬指令數(shù)作為單位 CPU 時間 計算某個任務時 CPU 實際消耗的時間 也即 CPU 真正花費在某程序上的時間 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)由多級構(gòu)成 一般分成 5 級 由低到高分別 是 微程序設計級 機器語言級 操作系統(tǒng)級 匯編語言級 高級語言級 基準測試程序 把應用程序中使用頻度最高的那那些核心程序作為評價計算機性能的標準程 序 軟 硬件功能的等價性 從邏輯功能的角度來看 硬件和軟件在完成某項功能上是相同的 稱為軟 硬件功能是等價的 如浮點運算既可以由軟件實現(xiàn) 也可以由專門的硬件實現(xiàn) 固件 是一種軟件的固化 其目的是為了加快軟件的執(zhí)行速度 可靠性 可靠性是指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi) 完成規(guī)定功能的能力 產(chǎn) 品可靠性定義的要素是三個 規(guī)定 規(guī)定條件 規(guī)定時間 和 規(guī)定功能 MTTF 平均無故障時間 指系統(tǒng)自使用以來到第一次出故障的時間間隔的期望值 MTTR 系統(tǒng)的平均修復時間 MTBF 平均故障間隔時間 指相鄰兩次故障之間的平均工作時間 可用性 指系統(tǒng)在任意時刻可使用的概率 可根據(jù) MTTF MTTR 和 MTBF 等指標計算處系統(tǒng)的 可用性 1 3 馮 諾依曼型計算機的基本思想是什么 按此思想設計的計算機硬件系統(tǒng)應由哪些部 件組成 各起什么作用 答 馮諾依曼型計算機的基本思想是存儲程序和程序控制 其中的 存儲程序 是指將解題 的步驟編寫成程序 然后把存儲存放到計算機的內(nèi)存中 而 程序控制 是指控制器讀出存 放在存儲器中的程序并根據(jù)該程序控制全機協(xié)調(diào)工作以完成程序的功能 根據(jù)馮諾依曼型計算機的基本思想 計算機的硬件應該由運算器 控制器 存儲器 輸 入 輸出設備和總線組成 各部件的作用 運算器 對數(shù)據(jù)進行運算的部件 存儲器 存放程序和數(shù)據(jù) 控制器 根據(jù)指令的功能控制構(gòu)成計算機的各大功能部件協(xié)調(diào)工作 共同完成指令的功 能 輸入設備 將外部信息輸送到主機內(nèi)部的設備 輸出設備 能將計算機內(nèi)部的信息以不同并且相應的形式反饋給人們的設備 總線 連接兩個或多個設備 部件 的公共信息通路 1 4 什么是計算機字長 它取決于什么 計算機字長統(tǒng)一了哪些部件的長度 答 計算機的字長一般指一次參與運算數(shù)據(jù)的基本長度 用二進制數(shù)位的長度來衡量 它取決于運算器一次運算處理的二進制位數(shù) 它是計算機的重要性能指標 常用的計算 機字長有 8 位 16 位 32 位及 64 位 一般與計算機內(nèi)部寄存器 加法器 數(shù)據(jù)總線的位數(shù)以及存儲器字長等長 因此 字長 直接影響硬件的代價 1 5 計算機系統(tǒng)從功能上可劃分為哪些層次 各層次在計算機系統(tǒng)中起什么作用 答 計算機系統(tǒng)分成五級層次結(jié)構(gòu) 第 1 級為微程序設計級 第 2 級為機器語言級 第 3 級為操作系統(tǒng)級 第 4 級為匯編語言級 第 5 級為高級語言級 各層次的作用 微程序級 為機器指令級提供機器指令的解釋指行功能 機器指令級 是軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的界面 一條機器指令的功能由微程序機器級的一 段微型程序的功能實現(xiàn) 操作系統(tǒng)級 調(diào)度計算機中的軟件和硬件資源 匯編語言級 它將用戶編寫的接近人類語言的程序 翻譯成能在機器上運行的目標程序 高級語言級 完全面向用戶 是用戶關(guān)心的目標 可執(zhí)行各種用途的程序 1 6 計算機內(nèi)部有哪兩股信息在流動 它們彼此有什么關(guān)系 答 計算機中有兩股信息在流動 一股是控制信息 即操作命令 它分散流向各個部件 一 股是數(shù)據(jù)信息 它受控制信息的控制 從一個部件流向另一個部件 在流動的過程被相應的 部件加工處理 1 9 說明高級語言 匯編語言和機器語言三者之間的差別和聯(lián)系 答 機器語言是直接用二進制代碼指令表達的計算機語言 是一種面向機器的編程語言 屬 于低級語言 匯編語言是用助記符號來表示計算機指令的語言 也是低級的語言 高級語言是一類接近于人類自然語言和數(shù)學語言的程序設計語言的統(tǒng)稱 分為面向過程 的語言和面向?qū)ο蟮恼Z言 它們都是計算機的編程語言 并且是計算機編程語言發(fā)展的三個階段 三者各自的特點 使用機器語言編寫的程序 占用內(nèi)存少 執(zhí)行效率高 缺點 編程工作量大 容易出錯 依賴具體的計算機體系 因而程序的通用性 移植性都很差 使用匯編語言編寫計算機程序 能夠根據(jù)特定的應用對代碼做最佳的優(yōu)化 提高運行速 度 能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能 但是編寫的代碼非常難懂 不好維護 開發(fā)效率很低 時間長且單調(diào) 高級語言的優(yōu)點是 編程相對簡單 直觀 易理解 不容易出錯 編寫的計算機程序通 用性好 具有較好的移植性 1 10 什么是系統(tǒng)的可靠性 衡量系統(tǒng)可靠性的指標有哪些 如何提高系統(tǒng)的可靠性 答 系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi) 完成規(guī)定功能的能力 衡量系統(tǒng)可靠性的指標有三個 平均無故障時間 平均故障間隔時間和可用性 提高系統(tǒng)可靠性的常用方法包括避錯和容錯 前者即避免錯誤的出現(xiàn) 從而提高系統(tǒng)的 平均無故障時間 后者容許錯誤的出現(xiàn) 但采取有效的方法來防止其造成的不利影響 1 11 假定某計算機 1 和計算機 2 以不同的方式實現(xiàn)了相同的指令集 該指令集中共有 A B C D 四類指令 它們在程序中所占比例分別為 40 20 20 20 機器 1 和機器 2 的時 鐘周期為 600MHZ 和 800MHZ 各類指令在兩機器上的 CPI 如表 1 5 所示 求兩機器的 MIPS 各為多少 表 1 5 兩臺計算機不同指令的 CPI A B C D CPI1 2 3 4 5 CPI2 2 2 3 4 解 CPI1 2 0 4 0 2 3 4 5 3 2 MIPS1 f CPI1 10 6 600 106 3 2 106 187 5 CPI2 2 0 4 0 2 2 3 4 2 6 MIPS2 f CPI1 10 6 800 106 2 6 106 307 7 1 12 若某程序編譯后生成的目標代碼由 A B C D 四類指令組成 它們在程序中所占比例 分別為 40 20 15 25 已知 A B C D 四類指令的 CPI 分別為 1 2 2 2 現(xiàn)需要 對程序進行編譯優(yōu)化 優(yōu)化后的程序中 A 類指令條數(shù)減少了一半 而其它指令數(shù)量未發(fā)生變 化 假設運行該程序的計算機 CPU 主頻為 500MHZ 完成下列各題 1 優(yōu)化前后程序的 CPI 各為多少 2 優(yōu)化前后程序的 MIPS 各為多少 3 通過上面的計算結(jié)果你能得出什么結(jié)論 解 1 優(yōu)化前 CPI n i i i IC IC CPI 1 1 0 4 2 0 2 2 0 15 2 0 25 1 6 優(yōu)化后 A B C D 四類指令在程序中所占比例分別為 1 4 1 4 3 16 5 16 CPI n i i i IC IC CPI 1 1 1 4 2 1 4 2 3 16 2 5 16 1 75 2 根據(jù) 公式 MIPS 6 C PI 10 時 鐘 頻 率 得 優(yōu)化前 MIPS 500 10 6 1 6 106 312 5 優(yōu)化后 MIPS 500 10 6 1 75 106 285 7 3 優(yōu)化后 A 類指令條數(shù)減少 造成計算機的 CPI 增加 MIPS 減少 這樣的優(yōu)化雖然減少 了 A 類指令條數(shù) 卻降低了程序的執(zhí)行速度 第二章 2 1 解釋下列名詞 真值 正號和負號分別用 和 表示 數(shù)據(jù)位保持二進制值不變的數(shù)據(jù)表示方法 數(shù)值數(shù)據(jù) 計算機所支持的一種數(shù)據(jù)類型 用于科學計算 常見的數(shù)值數(shù)據(jù)類型包括小數(shù) 整數(shù) 浮點數(shù)數(shù)等 非數(shù)值數(shù)據(jù) 計算機所支持的一種數(shù)據(jù)類型 一般用來表示符號或文字等沒有數(shù)值值的數(shù)據(jù) 機器數(shù) 數(shù)據(jù)在機器中的表示形式 是正負符號數(shù)碼化后的二進制數(shù)據(jù) 變形補碼 用兩個二進制位來表示數(shù)字的符號位 其余與補碼相同 即 00 表示正 11 表示負 規(guī)格化 將非規(guī)格化的數(shù)處理成規(guī)格化數(shù)的過程 規(guī)格化數(shù)規(guī)定尾數(shù)用純小數(shù)表示 且真值 表示時小數(shù)點后第一位不為 0 以機器數(shù)表示時對小數(shù)點后第一位的規(guī)定與具體的機器數(shù)的 形式有關(guān) 機器零 計算機保存數(shù)字的位有限 所能表示最小的數(shù)也有范圍 其中有一個范圍之中 的數(shù)據(jù)無法精確表示 當實際的數(shù)據(jù)處在這個無法精確表示的數(shù)據(jù)范圍時計算機就將 該數(shù)作為機器零來處理 因此 計算機中的機器零其實對應的不是一個固定的數(shù) 而 是一個數(shù)據(jù)表示范圍 BCD 碼 用 4 位二進制數(shù)來表示 1 位十進制數(shù)中的 0 9 這 10 個數(shù)碼 即二進制表示的十 進制數(shù) 漢字內(nèi)碼 計算機內(nèi)部存儲 處理加工和傳輸漢字時所用的由 0 和 1 符號組成的代碼 碼距 一組編碼中對應位上數(shù)字位不同的最小個數(shù) 奇偶校驗 通過檢測校驗碼中 1 的個數(shù)的奇 偶性是否改變來判斷數(shù)據(jù)是否出錯的一種數(shù)據(jù) 校驗方法 海明校驗 是一種基于多重奇校驗且具有檢測與糾正錯誤的校驗方法 其基本原理是將有效 信息按某種規(guī)律分成若干組 每組安排一個校驗位進行奇偶測試 就能提供多位檢錯信息 以指出最大可能是哪位出錯 從而將其糾正 循環(huán)冗余校驗 是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種具有檢測與糾正錯誤能力差錯校驗碼 基利 用生成多項式并基于模 2 運算建立編碼規(guī)則 檢錯 檢測被傳送的信息中是否發(fā)生差錯 糾錯 糾正信息在傳送或存儲過程中所發(fā)生的錯誤 2 2 回答下列問題 1 為什么計算機中采用二進制 答 因為二進制具有運算簡單和表示簡單的優(yōu)點 除此之外還有可靠和容易實現(xiàn)等特點 具體來說 是因為 1 技術(shù)實現(xiàn)簡單 計算機是由邏輯電路組成 邏輯電話通常只有兩個狀態(tài) 開關(guān) 的接通與斷開 這兩種狀態(tài)正好可以用 1 和 0 表示 2 簡化運算規(guī)則 兩個二進制數(shù)和 積運算組合各有三種 運算規(guī)則簡單 有利 于簡化計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 提高運算速度 3 適合邏輯運算 邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據(jù) 二進制只有兩個數(shù)碼 正好 與邏輯代數(shù)中的 真 和 假 相吻合 4 易于進行轉(zhuǎn)換 二進制與十進制數(shù)易于互相轉(zhuǎn)換 2 為什么計算機中采用補碼表示帶符號的整數(shù) 答 采用補碼運算具有如下兩個特征 1 因為使用補碼可以將符號位和其他位統(tǒng)一處理 同時 減法也可以按加法來處理 即 如果是補碼表示的數(shù) 不管是加減法都直接用加法運算即可實現(xiàn) 2 兩個用補碼表示的數(shù)相加時 如果最高位 符號位 有進位 則進位被舍棄 這樣的運算有兩個好處 a 使符號位能與有效值部分一起參加運算 從而簡化運算規(guī)則 從而可以簡化運算器的 結(jié)構(gòu) 提高運算速度 減法運算可以用加法運算表示出來 b 加法運算比減法運算更易于實現(xiàn) 使減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算 進一步簡化計算機中 運算器的線路設計 3 浮點數(shù)的表示范圍和精確度分別由什么決定 字長一定時浮點數(shù)的表示范圍與精確度之間 有和關(guān)系 答 浮點數(shù)的表示范圍由階碼的位數(shù)決定 精確度由尾數(shù)的位數(shù)決定 當機器字長一定時 分給階碼的位數(shù)越多 尾數(shù)占用的位數(shù)就越少 則數(shù)的表示范圍越 大 而尾數(shù)占用的位數(shù)減少 必然會減少數(shù)的有效數(shù)位 即影響數(shù)的精度 4 漢字輸入碼 機內(nèi)碼和字型碼在漢字處理過程中各有何作用 答 漢字輸入碼 機內(nèi)碼和字型碼 分別用于漢字的輸入 漢字在計算機內(nèi)的處理以及漢字 的顯示和打印 具體來說 計算機要對漢字信息進行處理 首先要將漢字轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的二進 制形式并輸入到計算機 這是由漢字輸入碼完成的 漢字輸入到計算機后 還需要轉(zhuǎn)換成內(nèi) 碼才能被計算機處理 顯然 漢字內(nèi)碼也應該是二進制形式 如果需要顯示和打印漢字 還 要將漢字的內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成字形碼 5 在機內(nèi)碼中如何區(qū)分兩個 ASCII 碼字符和一個漢字 答 將一個漢字看成是兩個擴展 ASCII 碼 使表示 GB2312 漢字的兩個字節(jié)的最高位都為 1 而每個 ASCII 碼字符中每個字節(jié)的最高位為 0 這樣就能區(qū)別一個機內(nèi)碼到底對應一個漢字 還是兩個西文字符 6 8421 碼就是二進制數(shù) 這種說法對嗎 為什么 答 這種說法是不對的 8421 碼是一種最簡單的有權(quán)碼 它選取 4 位二進制數(shù)的前 10 個代 碼 0000 1001 分別對應表示十進制數(shù)的 10 個數(shù)碼 若按權(quán)求和 和數(shù)就等于該代碼所對應 的十進制數(shù) 8421 碼是一種編碼方式 用于十進位制與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 而二進制數(shù)是用 0 和 1 兩個數(shù)碼來表示的數(shù) 二者是不同的概念 不能等同 7 如何識別浮點數(shù)的正負 浮點數(shù)能表示的數(shù)值范圍和數(shù)值的精確度取決于什么 答 當采用一般浮點數(shù)格式表示浮點數(shù)時 階碼和尾數(shù)都各包含一位符號位 浮點數(shù)的正負 由尾數(shù)的的符號位決定 當采用 IEEE754 格式時 通過數(shù)符就能判斷出浮點數(shù)的正負 浮點數(shù)能表示的數(shù)值范圍和數(shù)值的精確度 分別取決于階碼的位數(shù)和尾數(shù)的位數(shù) 8 簡述 CRC 的糾錯原理 答 發(fā)送部件將某信息的 CRC 碼傳送至接收部件 接收部件收到 CRC 碼后 仍用約定的生成 多項式 G x 去除 若余數(shù)為 0 表示傳送正確 若余數(shù)不為 0 表示出錯 再由余數(shù)的值來 確定哪一位出錯 從而加以糾正 具體的糾錯原理如下 1 不論錯誤出現(xiàn)在哪一位 均要通過將出錯位循環(huán)左移到最左邊的一位上時被糾正 2 不為零余數(shù)的具有循環(huán)特性 即在余數(shù)后面補一個零除以生成多項目式 將得到 下一個余數(shù) 繼續(xù)在新余數(shù)基礎上補零除以生成多項式 繼續(xù)該操作 余數(shù)最后能循環(huán)到最開 始的余數(shù) 3 CRC 就是利用不為零余數(shù)的循環(huán)特性 在循環(huán)計算余數(shù)的同時 將收到的 CRC 編碼 同步移動 當余數(shù)循環(huán)到等于最左邊位出錯對應的余數(shù)時 表明已將出錯的位移到 CRC 碼的 最左邊 對出錯位進行糾錯 4 繼續(xù)進行余數(shù)的循環(huán)計算 并同步移動 CRC 編碼 當余數(shù)又回到最開始的值時 糾 錯后的 CRC 碼又回到了最開始的位置 至此 完成 CRC 的糾錯任務 2 4 已知數(shù)的補碼表示形式 求數(shù)的真值 x 補 0 10010 x 補 1 10010 x 補 1 11111 x 補 1 00000 x 補 0 10001 x 補 1 00001 解 x 補 0 10010 則 x 原 0 10010 x 0 10010 x 補 1 10010 則 x 原 1 01101 x 0 01101 x 補 1 11111 則 x 原 1 00000 x 0 x 補 1 00000 則 x 原 1 11111 x 0 11111 x 補 0 10001 則 x 原 0 10001 x 0 10001 x 補 1 00001 則 x 原 1 11110 x 0 11110 2 5 已知 x 0 10110 y 0 01010 求 x 2 補 x 4 補 y 2 補 2y 補 解 x 原 0 10110 x 反 x 補 所以 x 2 補 0 010110 x 4 補 0 0010110 y 原 1 01010 y 反 1 10101 y 補 1 10110 所以 y 2 補 1 110110 2y 補 1 0110 2 6 C 語言中允許無符號數(shù)和有符號整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 下面是一段 C 語言代碼 Int x 1 Unsigned u 2147483648 Printf x u d n x x Printf u u d n u u 給出在 32 位計算機中上述程序段的輸出結(jié)果并分析原因 解 x 4294967295 1 u 2147483648 2147483648 原因 x 是 int 型 在計算機中以補碼形式存在 u 以無符號輸出 d 輸出真值 所以 x 4294967295 1 u 231是一個無符號數(shù) 無溢出 由于首位為 1 u 符號輸出第一位為非符號位 所以是 2147483648 d 第一位為符號位 所以是負數(shù) 取反加 1 還是 231所以是 2147483648 2 10 求與 IEEE754 32 位浮點數(shù) 43940000H 對應的十進制數(shù) 解 43940000H 0100 0011 1001 0100 0000 0000 0000 0000 2 S 0 E 10000111 2 127 8 M 1 00101 所以表示數(shù)為 100101000 對應的十進制數(shù)為 296 2 11 求 32 位 IEEE754 浮點數(shù)能表示的最大數(shù)和最小數(shù) 解 用 IEEE754 格式 E 的取值范圍 1 254 留出全 0 和全 1 分別表示 0 和無窮大 31 30 23 22 0 E M 1 最大數(shù)的二進制表示 0 11111110 11111111111111111111111 即 2 127 2 2 23 2 最小數(shù)的二進制表示 1 11111110 11111111111111111111111 即 2 127 2 2 23 2 15 設有效信息為 01011011 分別寫出奇校驗碼和偶校驗碼 如果接收方收到的有效信息 為 01011010 說明如何發(fā)現(xiàn)錯誤 解 奇偶校驗位分別為 0 和 1 奇校驗碼 010110110 0 0 0 偶校驗碼 010110111 1 1 1 如果采用奇校驗 則發(fā)送方發(fā)出的奇校驗碼 x 010110110 0 0 0 前 8 位是有效信息位 最后一位 是校驗位 如果接收方收到的 x 010110100 0 0 0 只有 1 位出錯 最后一個 0 是校驗位 接收方按奇校驗方式根據(jù) 01011010 計算得到的驗位 C 1 與從信息中讀到得校驗碼的取 值不同 表明傳送的信息發(fā)生了錯誤 如果采用偶校驗 利用相似的方法可以發(fā)現(xiàn)錯誤 2 16 由 6 個字符的 7 位 ASCII 編碼排列 再加上水平和垂直偶校驗位構(gòu)成如表 2 23 的 行列結(jié)構(gòu) 最后一列為水平奇偶校驗位 最后一行為垂直奇偶校驗位 表 2 23 ASCII 碼交叉校驗 字符 7 位 ASCII 碼 HP 3 0 X1 X2 0 0 1 1 0 Y1 1 0 0 1 0 0 X3 1 X4 1 0 1 0 1 1 0 Y2 0 1 X5 X6 1 1 1 1 D 1 0 0 X7 1 0 X8 0 0 X9 1 1 1 X10 1 1 VP 0 0 1 1 1 X11 1 X12 則 X1 X2 X3 X4 處的比特分別為 1110 X5 X6 X7 X8 處的比特分別為 1000 X9 X10 X11 X12 處 的比特分別為 1011 Y1 和 Y2 處的字符分別為 I 和 7 解答思路 利用交叉奇 偶校驗原理來確定各個 X 值 再查詢 ASCII 碼表獲知 Y1 和 Y2是 什么字符 2 17 設 8 位有效信息為 01101ll0 試寫出它的海明校驗碼 給出過程 說明分組檢測方式 并給出指誤字及其邏輯表達式 如果接收方收到的有效信息變成 01101111 說明如何定位 錯誤并糾正錯誤 解 被檢驗位有 8 位 設檢驗位有 r 位 因為 8 rB A C 畫出串行鏈式排 隊電路 解解解解 圖 8 10 串行鏈接方式示意圖 8 6 有 4 個設備 A B C D 的響應優(yōu)先權(quán)為 A B C D 試畫出獨立請求方式的排隊電路 解解解解 總線 控制器 數(shù)據(jù)線 地址線 控制線 A B D BGD BRD BGB BRB BGA BRA C BGC BRC 其中優(yōu)先權(quán)的設定可通過編程進行修改 8 7 假定有一個具有以下性能的系統(tǒng) 1 存儲器和總線系統(tǒng)支持大小為 4 16 個 32 位字的數(shù)據(jù) 塊訪問 2 總線的時鐘頻率為 200MHZ 總線寬度為 64 位 每 64 位數(shù)據(jù)的傳輸需要一個時鐘 周期 向存儲器發(fā)送一個地址需要一個時鐘周期 每個總線操作之間需要 2 個總線周期 設 一次存儲之前總線總是處于空閑狀態(tài) 3 對最初的 4 個字的訪問時間為 200ns 隨后的 4 個字 能在 20ns 的時內(nèi)被讀取 假定總線傳輸數(shù)據(jù)的操作可以與讀下 4 個字的操作重疊進行 讀操 作中 分別用 4 個字的數(shù)據(jù)塊和 16 個字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個數(shù)據(jù) 計算機兩種情況下總線 傳輸?shù)膸捄兔棵胫锌偩€事務的次數(shù) 說明 一個總線傳輸操作包含一個地址和緊隨其后 的數(shù)據(jù) BG BR BS 地址線 數(shù)據(jù)線 控制線 D 總線 控制器 B C A 解解解解 用 4 個字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個數(shù)據(jù) 需要傳送 64 次數(shù)據(jù) 根據(jù)題目假設條件 傳輸 256 個數(shù)據(jù)需要的總時間為 t 200ns 20ns 64 1 1460ns 則傳輸?shù)膸挒?256 4B 1460ns 701MB s 總線事務次數(shù)為 64 1 2 192 次 用 16 個字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個數(shù)據(jù) t 3 16 T 200ns 16 48 20ns 傳輸帶寬為 256 4B 3 16 T 200ns 16 48 20ns 233MB s 總線事務次數(shù)為 16 1 8 144 次 第九章 9 1 解釋下列名詞 接口 中斷 中斷處理優(yōu)先級 中斷屏蔽 多重中斷 中斷向量 中斷響應優(yōu)先級 中斷隱指令 程序中斷 I O 程序查詢 I O DMA 周期挪用 通道 選擇型通道 通道指令 輸入設備 輸出設備 顯示分辨率 點距 行反轉(zhuǎn)掃描法 解 1 接口 接口是兩個不同部件或系統(tǒng)之間的連接部分 可以是兩個硬設備 可以都是計 算機 也可以都是外部設備 之間的連接 也可以是軟件系統(tǒng)中兩個獨立程序塊之間的連接 2 中斷 計算機系統(tǒng)運行時 若系統(tǒng)外部 內(nèi)部或現(xiàn)行程序本身出現(xiàn)某種非預期的事件 CPU 將暫時停下現(xiàn)行程序 轉(zhuǎn)向為該事件服務 待事件處理完畢 再恢復執(zhí)行原來被終止的 程序 這個過程稱為中斷 3 中斷處理優(yōu)先級 處理優(yōu)先級是指 CPU 實際完成中斷處理程序的先后次序 對單級中斷 而言 先被 CPU 響應的中斷服務程序先完成 對多重中斷而言 先被 CPU 響應的中斷不一定 先完成 這與中斷屏蔽密切相關(guān) 4 中斷屏蔽 為了便于利用程序控制中斷處理的先后順序 可通過程序有選擇地封鎖部分 中斷源發(fā)出的中斷請求 而允許其余部分中斷仍得到響應 這種方式稱為中斷屏蔽 5 多重中斷 若在中斷服務程序執(zhí)行過程中 如果允許 CPU 響應其它中斷請求 則這種中 斷稱為多重中斷 也稱中斷嵌套 6 中斷向量 通常將中斷服務程序的入口地址和程序狀態(tài)字 有的機器不包含此項 稱為 中斷向量 7 中斷響應優(yōu)先級 響應優(yōu)先級是指 CPU 對各設備中斷請求進行響應的先后次序 它根據(jù) 中斷事件的重要性和迫切性而定 當幾個設備同時有中斷請求時 優(yōu)先級高的先響應 優(yōu)先 級低的后響應 8 中斷隱指令 CPU 響應中斷之后 經(jīng)過某些操作 轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序 這些操作是 由硬件直接實現(xiàn)的 把它稱為中斷隱指令 中斷隱指令并不是指令系統(tǒng)中的一條真正的指令 它沒有操作碼 所以中斷隱指令是一種不允許 也不可能為用戶使用的特殊指令 9 程序中斷 I O 當主機啟動外設后 無需等待查詢 而是繼續(xù)執(zhí)行原來的程序 外設在 做好輸入輸出準備時 向主機發(fā)出中斷請求 主機接到請求后就暫時中止原來執(zhí)行的程序 轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序?qū)ν獠空埱筮M行處理 在中斷處理完畢后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行 10 程序查詢 I O 程序查詢方式是一種程序直接控制方式 這是主機與外設間進行信息交 換的最簡單的方式 輸入和輸出完全是通過 CPU 執(zhí)行程序來完成的 一旦某一外設被選中并 啟動后 主機將查詢這個外設的某些狀態(tài)位 看其是否準備就緒 若外設未準備就緒 主機 將再次查詢 若外設已準備就緒 則執(zhí)行一次 I O 操作 11 DMA 直接存儲器存取控制方式 DMA 方式下外設與主存之間傳送數(shù)據(jù)時 CPU 仍可執(zhí)行 主程序 12 周期挪用 周期挪用是指利用 CPU 不訪問存儲器的那些周期來實現(xiàn) DMA 操作 此時 DMAC 可以使用總線而不用通知 CPU 也不會妨礙 CPU 的工作 13 通道 通道方式是 DMA 方式的發(fā)展 在通道方式下 數(shù)據(jù)的傳送方向 存取數(shù)據(jù)的內(nèi)存 起始地址及傳送的數(shù)據(jù)塊長度等都由獨立于 CPU 的通道來進行控制 因此 通道方式可進一 步減少 CPU 的干預 14 選擇型通道 對于這種高速傳輸 通道難以同時對多個這樣的設備進行操作 只能一次 對一個設備進行操作 這種通道稱為選擇通道 15 通道指令 通道程序是由一系列通道指令組成的 通道指令一般包含被交換數(shù)據(jù)在內(nèi)存 中應占據(jù)的位置 傳送方向 數(shù)據(jù)塊長度及被控制的 I O 設備的地址信息 特征信息 例如 是磁帶設備還是磁盤設備 等 16 輸入設備 向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設備 17 輸出設備 是人與計算機交互的一種部件 用于數(shù)據(jù)的輸出 18 顯示分辨率 顯示分辨率是顯示器在顯示圖像時的分辨率 分辨率是用點來衡量的 顯 示器上這個 點 就是指像素 pixel 19 點距 點距指屏幕上相鄰兩個同色像素單元之間的距離 即兩個紅色 或綠 藍 像素 單元之間的距離 20 行反轉(zhuǎn)掃描法 先對所有行線送 1 所有列線送 0 讀鍵盤行掃描值 然后反過先 對所有行線送 0 然后對所有列線送 1 并讀鍵盤列掃描值 9 2 簡要回答下列問題 1 什么是接口 它有哪些功能 2 主機與外部設備之間如何連接 3 主機與外部設備信息交換的控制方式有哪些 各有什么特點 4 什么是程序程序查詢 I O 方式 簡要說明其工作原理 5 比較單級中斷和多重中斷處理流程的異同點 6 中斷隱指令完成什么功能 7 為什么在保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場的過程中 CPU 必須關(guān)中斷 8 CPU 響應中斷的條件有哪些 9 什么是中斷向量 簡要分析中斷向量方式下形成中斷向量的基本方法 10 為什么采用 DMA 方式能提高成組數(shù)據(jù)傳送的速度 11 什么是中斷優(yōu)先級 它具有哪兩層含義 劃分優(yōu)先等級的原則是什么 12 計算機中斷系統(tǒng)中使用屏蔽技術(shù)有什么好處 13 計算機中斷響應后 如何調(diào)出中斷服務程序 14 DMA 方式傳送數(shù)據(jù)前 主機應向 DMA 接口輸送哪些參數(shù) 15 比較中斷 I O 和 DMA 的一統(tǒng)點 16 比較 DMA 與通道的異同點 17 中斷系統(tǒng)中設計中斷允許和中斷屏蔽的作用分別是什么 兩者是否可以合二為一 解 1 接口是兩個不同部件或系統(tǒng)之間的連接部分 可以是兩個硬設備 可以都是計算機 也可以都是外部設備 之間的連接 也可以是軟件系統(tǒng)中兩個獨立程序塊之間的連接 具有的功能 1 尋址功能 2 數(shù)據(jù)輸入 輸出功能 3 匹配主機與外設的速度差距 4 實現(xiàn) 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換或邏輯電平轉(zhuǎn)換 5 傳送主機命令 6 反映設備的工作狀態(tài) 2 主機通過接口連接 I O 設備 接口實現(xiàn)主機與外設的連接和信息的交換 3 主機與外部設備信息交換的控制方式有 程序查詢控制方式 程序中斷控制方式 直接 存儲器存取控制方式 DMA 通道方式 外圍處理機方式 特點 程序查詢控制方式接口設計簡單 但是 CPU 與外設只能串行工作 由于 CPU 的速度比 外設的速度要高得多 所以在信息傳送過程中 CPU 的大量時間是花費在查詢和等待上 從 而使系統(tǒng)效率大大降低 程序中斷控制方式 允許外部設備用 中斷 信號中止 CPU 正在執(zhí)行的程序 具體他說 當 接口電路需要與 CPU 進行數(shù)據(jù)交換 輸入 輸出等 時 便由接口電路向 CPU 發(fā)出一個中斷 請求