第3章習題選解(解答3)

1、計算機組成原理教程第三章習題選解3.1 計算機外部設備分為哪幾類計算機外部設備分為哪幾類答答: 外部設備分類可從不同角度分為不同類別。外部設備分類可從不同角度分為不同類別。n從使用的角度可分為三類：人從使用的角度可分為三類：人機交互設機交互設備，機備，機機通訊設備和計算機信息駐在設機通訊設備和計算機信息駐在設備。備。n從與從與CPU的關系角度可以分為：輸入設備、的關系角度可以分為：輸入設備、輸出設備、拾取設備和輸入輸出設備。輸出設備、拾取設備和輸入輸出設備。3.2 用于人用于人機交互的計算機外部設備的發(fā)展機交互的計算機外部設備的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段，今后的發(fā)展趨勢是什么？經(jīng)歷了哪幾個階段，今后

2、的發(fā)展趨勢是什么？答：答： (p91)用于人用于人機交互的計算機外部設備的發(fā)展經(jīng)機交互的計算機外部設備的發(fā)展經(jīng)歷了符號界面、圖形界面、多媒體界面技術、歷了符號界面、圖形界面、多媒體界面技術、虛擬現(xiàn)實技術。虛擬現(xiàn)實技術。今后的發(fā)展方向是更接近人的自然交互界面今后的發(fā)展方向是更接近人的自然交互界面發(fā)展，比如具有視覺、聽覺和語音能力的外發(fā)展，比如具有視覺、聽覺和語音能力的外部設備。部設備。3.3 什么是綠色計算機？它有哪些要求？什么是綠色計算機？它有哪些要求？答：答：綠色計算機是指不會對人類及其生活環(huán)境造綠色計算機是指不會對人類及其生活環(huán)境造成不良影響的計算機。它的主要要求：成不良影響的計算機。它的

3、主要要求：(1)節(jié)能。主要是計算機本身的耗電量要降低。節(jié)能。主要是計算機本身的耗電量要降低。(2)低污染。生產、包裝過程中盡量使用無毒、低污染。生產、包裝過程中盡量使用無毒、可再生的材料；打印機的噪聲要降到最小限可再生的材料；打印機的噪聲要降到最小限度；電磁輻射也要符合環(huán)保標準。度；電磁輻射也要符合環(huán)保標準。(3)易回收。生產、運輸、使用等各過程使用易回收。生產、運輸、使用等各過程使用的材料應容易銷毀或回收。的材料應容易銷毀或回收。(4)符合人體工程學。各種設備外形符合人體符合人體工程學。各種設備外形符合人體健康標準。健康標準。3. 8 試指出計算機外部設備的發(fā)展趨勢。試指出計算機外部設備的發(fā)

4、展趨勢。答：答：新一代的外部設備正在向智能化、微型化的新一代的外部設備正在向智能化、微型化的方向發(fā)展，其結構逐漸趨于模塊化，同時采方向發(fā)展，其結構逐漸趨于模塊化，同時采取各種自檢、診斷、容錯技術，使得外部設取各種自檢、診斷、容錯技術，使得外部設備的使用越來越方便和可靠。備的使用越來越方便和可靠。 此外，此外，人人機交互設備還向更接近人的自然機交互設備還向更接近人的自然交互界面發(fā)展，而機交互界面發(fā)展，而機機通訊設備向帶寬更機通訊設備向帶寬更大、信息駐在設備則向容量更大發(fā)展。大、信息駐在設備則向容量更大發(fā)展。3.93.13 選擇題選擇題 3. 14 一次中斷大致可以分為哪些過程？一次中斷大致可以分

5、為哪些過程？答：答：一次中斷大致可以分為：一次中斷大致可以分為：1.中斷請求。某一中斷源提出中斷請求。中斷請求。某一中斷源提出中斷請求。2.中斷判優(yōu)。中斷判優(yōu)。CPU對不同的中斷分輕重緩急進行對不同的中斷分輕重緩急進行排隊處理。排隊處理。3.中斷響應。一旦中斷響應。一旦CPU響應中斷的條件滿足，則響應中斷的條件滿足，則停止原來執(zhí)行的程序開始響應中斷：停止原來執(zhí)行的程序開始響應中斷：(1)保護源保護源程序的斷點狀態(tài)，程序的斷點狀態(tài)， (2) 轉向中斷服務程序轉向中斷服務程序4.中斷處理。開中斷中斷處理。開中斷, 執(zhí)行中斷服務程序執(zhí)行中斷服務程序, 關中斷。關中斷。5.中斷返回?；謴驮闯绦虻臓顟B(tài)和

6、斷點，繼續(xù)執(zhí)中斷返回。恢復源程序的狀態(tài)和斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。行原來的程序。 3.15 設計設計8個中斷源，用軟件方式排隊判優(yōu)個中斷源，用軟件方式排隊判優(yōu).（1）設計中斷申請邏輯電路）設計中斷申請邏輯電路（2）如何判別中斷源，畫出中斷處理流程圖。）如何判別中斷源，畫出中斷處理流程圖。答答: v(1) 使用一個使用一個“或門或門”和一個存放和一個存放8個請求信號的個請求信號的寄存器，寄存器，“或門或門”的輸出可判別有無中斷請求，的輸出可判別有無中斷請求，若有，則對寄存器中對應位進行檢測和程序判斷。若有，則對寄存器中對應位進行檢測和程序判斷。1INT0 INT1 INT2 INT3INT4 I

7、NT5 INT6 INT7INT(2) 中斷處理中斷處理程序程序流程圖流程圖執(zhí)行執(zhí)行0號中斷處理程序號中斷處理程序保護斷點和現(xiàn)場保護斷點和現(xiàn)場0號中斷？號中斷？Y執(zhí)行執(zhí)行1號中斷處理程序號中斷處理程序1號中斷？號中斷？Y執(zhí)行執(zhí)行2號中斷處理程序號中斷處理程序2號中斷？號中斷？Y執(zhí)行執(zhí)行7號中斷處理程序號中斷處理程序7號中斷？號中斷？Y中斷請求中斷請求恢復現(xiàn)場返回主程序恢復現(xiàn)場返回主程序3.16 設有設有A、B、C三個中斷源，其中三個中斷源，其中A的優(yōu)先權最高，的優(yōu)先權最高，B的優(yōu)先權次之，的優(yōu)先權次之，C的的優(yōu)先權最低，請分別用的的優(yōu)先權最低，請分別用鏈鏈式式和獨立請求設計判優(yōu)電路和獨立請求設

8、計判優(yōu)電路 。解：解： (參閱參閱P116)(a) 獨立請求中斷判優(yōu)電路獨立請求中斷判優(yōu)電路 INTAINTA&11INTBINTCINTBINTC(b) 鏈式中斷判優(yōu)電路鏈式中斷判優(yōu)電路 INTA&1INTA&1INTB&1INTC1INT至下一級至下一級允許中斷允許中斷A允許中斷允許中斷B允許中斷允許中斷C時鐘CPU周期CPU周期指令周期 T 時鐘周期 T1 T2 T3 T4 機器周期 機器周期 機器周期 機器周期 取指令 取源操作數(shù) 取目的操作數(shù) 執(zhí)行指令 指令周期一個指令周期由若干個機器周期組成，每個機器周一個指令周期由若干個機器周期組成，每個機器周期又由若干個時鐘周期組成。期又由若干

9、個時鐘周期組成。173.19 解：解： 硬件判優(yōu)硬件判優(yōu) 軟件判優(yōu)軟件判優(yōu) 異常情況異常情況 特殊情況特殊情況3.20 解：解： 機器周期機器周期3.21 解：解： 通道的功能是：通道的功能是：接受接受CPU的的I/O指令指令、控制控制外設與主存的數(shù)據(jù)交換外設與主存的數(shù)據(jù)交換。按通道的工作方式。按通道的工作方式分，通道有分，通道有字節(jié)多路字節(jié)多路通道、通道、數(shù)組多路數(shù)組多路通道和通道和選擇選擇通道通道3種類型，通道程序由一條或幾條種類型，通道程序由一條或幾條通道指令通道指令組成。組成。 3.22 A (1) B (4) C(3) D(6) E(4) 3.23 何為單級中斷與多級中斷？如何實現(xiàn)？

10、什么是何為單級中斷與多級中斷？如何實現(xiàn)？什么是中斷向量？中斷向量？ (參見多重中斷參見多重中斷)答答: (1)單級中斷是指中斷響應后，進入中斷服務程序單級中斷是指中斷響應后，進入中斷服務程序的執(zhí)行過程中，不允許其它中斷再打斷中斷服務的執(zhí)行過程中，不允許其它中斷再打斷中斷服務程序。為此，只要將所有中斷源都處于同一級別，程序。為此，只要將所有中斷源都處于同一級別，這樣這樣CPU中斷響應后，就不會讓其他的中斷所打中斷響應后，就不會讓其他的中斷所打斷。斷。(2)多級中斷是指讓計算機按中斷事件的輕重緩急多級中斷是指讓計算機按中斷事件的輕重緩急程度分成若干個中斷級別，這樣程度分成若干個中斷級別，這樣CPU

11、響應中斷時，響應中斷時，更高級別的中斷可以打斷中斷服務程序的執(zhí)行。更高級別的中斷可以打斷中斷服務程序的執(zhí)行。多級中斷主要通過堆棧技術實現(xiàn)。多級中斷主要通過堆棧技術實現(xiàn)。(3)中斷向量就是中斷服務程序的入口地址。中斷向量就是中斷服務程序的入口地址。3. 24 DMA方式與通道方式有何異同？方式與通道方式有何異同？答：答：最基本的相同點是把外設與主機交換數(shù)據(jù)過程從最基本的相同點是把外設與主機交換數(shù)據(jù)過程從CPU中接管，使外設與主機并行工作。主要區(qū)別中接管，使外設與主機并行工作。主要區(qū)別是：是：(1)(1)工作原理不同。工作原理不同。DMA完全借助于硬件完成數(shù)據(jù)傳完全借助于硬件完成數(shù)據(jù)傳送，而通道送

12、，而通道則是通過一組通道命令與硬件一起完則是通過一組通道命令與硬件一起完成數(shù)據(jù)傳送；成數(shù)據(jù)傳送；(2)功能不同。在功能不同。在DMA中，中，CPU必須進行設備的選擇、必須進行設備的選擇、切換、啟動、終止，并進行數(shù)據(jù)效驗，切換、啟動、終止，并進行數(shù)據(jù)效驗，CPU開銷開銷較大，而通道則把這些工作都接管過來。另外，較大，而通道則把這些工作都接管過來。另外， 一個通道可控制多臺不同類型的設備，而一個通道可控制多臺不同類型的設備，而DMA控控制器通常只控制速度較快的一臺或幾臺同類的設制器通常只控制速度較快的一臺或幾臺同類的設備。備。3.25 中斷控制方式中的中斷與中斷控制方式中的中斷與DMA的中斷有何異

13、同？的中斷有何異同？答答: DMA在控制外設與主機數(shù)據(jù)進行交換的過場中為在控制外設與主機數(shù)據(jù)進行交換的過場中為向向CPU申請總線控制權，并向申請總線控制權，并向CPU報告數(shù)據(jù)傳送報告數(shù)據(jù)傳送過程中的正常和異常情況也需要中斷，但與程序過程中的正常和異常情況也需要中斷，但與程序中斷控制方式中的中斷有所不同：中斷控制方式中的中斷有所不同： (1)對于對于DMA的中斷，的中斷，CPU在一個機器周期內就可在一個機器周期內就可以響應。對于程序中斷，以響應。對于程序中斷，CPU必須執(zhí)行完一條指必須執(zhí)行完一條指令后方能響應。令后方能響應。 (2)DMA的控制只在外設與內存之間進行的控制只在外設與內存之間進行,

14、 不會破壞不會破壞CPU的現(xiàn)場的現(xiàn)場, 不需要保護現(xiàn)場不需要保護現(xiàn)場, 應此可以快速響應。應此可以快速響應。3.26 試述接口的功能及其組成。試述接口的功能及其組成。答：答：1、簡單的說，接口的基本功能是在系統(tǒng)總線和外設、簡單的說，接口的基本功能是在系統(tǒng)總線和外設之間傳輸信號，提供緩沖作用，以滿足兩邊的時序之間傳輸信號，提供緩沖作用，以滿足兩邊的時序要求。由于外設的多樣性和復雜性，對不同的外設要求。由于外設的多樣性和復雜性，對不同的外設接口功能不盡相同。一般講，接口具備如下功能接口功能不盡相同。一般講，接口具備如下功能:(1)尋址功能。接口要能識別尋址功能。接口要能識別CPU的訪問信號，并的訪

15、問信號，并識別要求的操作。識別要求的操作。(2)輸入輸出功能。接口能按照輸入輸出功能。接口能按照CPU要求的讀寫信要求的讀寫信號從總線上接收號從總線上接收CPU送來的和控制信息，或把數(shù)據(jù)送來的和控制信息，或把數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息送到總線上。和狀態(tài)信息送到總線上。(3)數(shù)據(jù)緩沖功能。數(shù)據(jù)緩沖功能。CPU與外設的速度往往不相匹與外設的速度往往不相匹配配,為了消除速度差異為了消除速度差異, 接口必須提供數(shù)據(jù)的緩沖功接口必須提供數(shù)據(jù)的緩沖功能。能。(4)數(shù)據(jù)轉換功能。不同設備信息格式不同，與主數(shù)據(jù)轉換功能。不同設備信息格式不同，與主機格式也不同，接口應提供計算機與外設信息格機格式也不同，接口應提供計算機與外

16、設信息格式的轉換，比如正負邏輯的轉換、串式的轉換，比如正負邏輯的轉換、串-并轉換、數(shù)并轉換、數(shù)/模轉換或模模轉換或模/數(shù)轉換等。數(shù)轉換等。(5)其他。接口除了上述功能外，還應有檢錯糾錯其他。接口除了上述功能外，還應有檢錯糾錯功能、中斷功能、時序控制功能等。功能、中斷功能、時序控制功能等。2、為了實現(xiàn)上述功能。接口至少應有一組緩沖器和、為了實現(xiàn)上述功能。接口至少應有一組緩沖器和一個具有鎖存能力的寄存器。主存訪問接口主要一個具有鎖存能力的寄存器。主存訪問接口主要是對端口是對端口(各種寄存器各種寄存器)進行訪問。因此，在接口中進行訪問。因此，在接口中還必須有對端口的選擇機構和讀寫控制機構，如還必須有

17、對端口的選擇機構和讀寫控制機構，如地址譯碼線路、讀寫控制線路和中斷控制線路。地址譯碼線路、讀寫控制線路和中斷控制線路。除此之外，還需要有設備狀態(tài)寄存器、定時信號除此之外，還需要有設備狀態(tài)寄存器、定時信號線路等。線路等。 3.27 I/O接口有哪兩種尋址方式？各有何缺點？接口有哪兩種尋址方式？各有何缺點？答：答：(1)有端口地址與主存統(tǒng)一編址和端口獨立編址兩有端口地址與主存統(tǒng)一編址和端口獨立編址兩種尋址方式。種尋址方式。(2) 統(tǒng)一編址的優(yōu)點是不需要專門的輸入輸出指令，統(tǒng)一編址的優(yōu)點是不需要專門的輸入輸出指令，并使并使CPU訪問訪問I/O的操作更靈活、更方便，此外可的操作更靈活、更方便，此外可是

18、斷口有更大的編址空間。缺點是端口占用了存是斷口有更大的編址空間。缺點是端口占用了存儲器地址，使內存容量變小，此外，利用存儲器儲器地址，使內存容量變小，此外，利用存儲器編址的編址的I/O設備進行數(shù)據(jù)的輸入輸出操作執(zhí)行速度設備進行數(shù)據(jù)的輸入輸出操作執(zhí)行速度較慢。較慢。單獨編址的優(yōu)點是專門的輸入輸出指令使程序編單獨編址的優(yōu)點是專門的輸入輸出指令使程序編址清晰、易于理解。缺點是輸入輸出指令少，一址清晰、易于理解。缺點是輸入輸出指令少，一般只是對端口進行傳送操作，需要般只是對端口進行傳送操作，需要CPU存儲器讀存儲器讀寫、寫、I/O設備讀寫兩組控制信號，增加了控制的復設備讀寫兩組控制信號，增加了控制的復

19、雜性。雜性。3.28 硬線連接并行接口與可編程并行接口各有何特硬線連接并行接口與可編程并行接口各有何特點？點？答：答：硬線連接并行接口一般使用方便、操作簡單。當硬線連接并行接口一般使用方便、操作簡單。當采用不同的硬連接方式時，可用它形成不同的接采用不同的硬連接方式時，可用它形成不同的接口，但芯片一旦連接到系統(tǒng)后，用戶無法改變其口，但芯片一旦連接到系統(tǒng)后，用戶無法改變其功能。功能?？删幊滩⑿薪涌诒容^靈活，用戶在使用過程中可可編程并行接口比較靈活，用戶在使用過程中可根據(jù)當時任務的需要，通過程序命令設置接口的根據(jù)當時任務的需要，通過程序命令設置接口的功能，使接口逐步走向通用化。功能，使接口逐步走向通

20、用化。3.29 串行通訊有何特點？異步串行接口的基本任務串行通訊有何特點？異步串行接口的基本任務有哪些？有哪些？ 答：答：串行通訊的特點是信息在傳輸時是串行通訊的特點是信息在傳輸時是1位位1位順序傳位順序傳輸，傳輸線數(shù)少，成本低，干擾小，適合于長距輸，傳輸線數(shù)少，成本低，干擾小，適合于長距離的數(shù)據(jù)傳送，但數(shù)度慢。離的數(shù)據(jù)傳送，但數(shù)度慢。異步串行接口的基本任務有如下幾點：異步串行接口的基本任務有如下幾點：1)實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)格式化實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)格式化2)實現(xiàn)串并轉換實現(xiàn)串并轉換3)對數(shù)據(jù)進行自動檢錯和糾錯對數(shù)據(jù)進行自動檢錯和糾錯4)實現(xiàn)通訊雙方的連接和控制實現(xiàn)通訊雙方的連接和控制3.31 為什么設置輸

21、入為什么設置輸入/輸出緩沖區(qū)？輸出緩沖區(qū)？答：答：緩沖技術的主要作用是匹配器件與器件之間、緩沖技術的主要作用是匹配器件與器件之間、設備與器件之間、設備與設備之間速度差異。設備與器件之間、設備與設備之間速度差異。比如，在存儲體系中為了匹配比如，在存儲體系中為了匹配CPU與主存的與主存的速度差異設置了高速緩沖存儲器速度差異設置了高速緩沖存儲器(Cache)，在主存與外設進行數(shù)據(jù)交換時，為了匹配外在主存與外設進行數(shù)據(jù)交換時，為了匹配外設與主機的速度差異在接口中設置了緩沖寄設與主機的速度差異在接口中設置了緩沖寄存器。存器。3.32 設備驅動程序有何作用？它們一般包含哪些內設備驅動程序有何作用？它們一般包含哪些內容？容？ 答：答：(1) 簡單說，設備驅動程序的作用就是給出設備的具簡單說，設備驅動程序的作用就是給出設備的具體操作關系密切的程序。體操作關系密切的程序。因為每一臺外部設備在的使用時，都涉及到因為每一臺外部設備在的使用時，都涉及到DMA或中斷過程等這樣低級語言的操作，而操作系統(tǒng)或中斷過程等這樣低級語言的操作，而操作系統(tǒng)只是設置了一些