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文檔簡介
1、第一章計算機系統(tǒng)概論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):由計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。計算機硬件:指計算機中的電子線路和物理裝置。計算機軟件:計算機運行所需的程序及相關(guān)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:馮諾依曼計算機的特點是:p8計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成;指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲器內(nèi),并可以按地址訪問;指令和數(shù)據(jù)均用二進制表示;指令由操作碼、地址碼兩大部分組成,操作碼用來表示操作的性質(zhì),地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置;指令
2、在存儲器中順序存放,通常自動順序取出執(zhí)行;機器以運算器為中心(原始馮諾依曼機)。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:p9-10主機:是計算機硬件的主體部分,由cpu和主存儲器mm合成為主機。(cpu:中央處理器,是計算機硬件的核心部件,由運算器和控制器組成;早期的運算器和控制器不在同一芯片上,現(xiàn)在的cpu內(nèi)除含有運算器和控制器外還集成了cache)。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??;由存儲體、各種邏輯部件及控制電路組成。存儲單元:可存放一個機器字并具有
3、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,不能單獨存取。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;(通常主、輔存容量分開描述)。機器字長:指cpu一次能處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù),通常與cpu的寄存器位數(shù)有關(guān)。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:全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、功能三部分。cpu:cent
4、ralprocessingunit,中央處理機(器),是計算機硬件的核心部件,主要由運算器和控制器組成。pc:programcounter,程序計數(shù)器,其功能是存放當(dāng)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。ir:instructionregister,指令寄存器,其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。cu:controlunit,控制單元(部件),為控制器的核心部件,其功能是產(chǎn)生微操作命令序列。alu:arithmeticlogicunit,算術(shù)邏輯運算單元,為運算器的核心部件,其功能是進行算術(shù)、邏輯運算。acc:accumulator,累加器,是運算器中既能存放運算前的操作數(shù),又能存放
5、運算結(jié)果的寄存器。mq:multiplier-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);mar:memoryaddressregister,存儲器地址寄存器,在主存中用來存放欲訪問的存儲單元的地址。mdr:memorydataregister,存儲器數(shù)據(jù)緩沖寄存器,在主存中用來存放從某單元讀出、或要寫入某存儲單元的數(shù)據(jù)。i/o:input/outputequipment,輸入/輸出設(shè)備,為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱,用于計算機內(nèi)部和外界信
6、息的轉(zhuǎn)換與傳送。mips:millioninstructionpersecond,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。9.畫出主機框圖,分別以存數(shù)指令“stam”和加法指令“addm”(m均為主存地址)為例,在圖中按序標出完成該指令(包括取指令階段)的信息流程(如)。假設(shè)主存容量為256m*32位,在指令字長、存儲字長、機器字長相等的條件下,指出圖中各寄存器的位數(shù)。解:主機框圖如p13圖所示。(1)stam指令:pcmar,marmm,mmmdr,mdrir,op(ir)cu,ad(ir)mar,accmdr,marmm,wr(2)addm指令:pcmar,marmm,m
7、mmdr,mdrir,op(ir)cu,ad(ir)mar,rd,mmmdr,mdrx,add,aluacc,accmdr,wr假設(shè)主存容量256m*32位,在指令字長、存儲字長、機器字長相等的條件下,acc、x、ir、mdr寄存器均為32位,pc和mar寄存器均為28位。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:計算機區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下2種方法:通過不同的時間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù),即在取指令階段(或取指微程序)取出的為指令,在執(zhí)行指令階段(或相應(yīng)微程序)取出的即為數(shù)據(jù)。通過地址來源區(qū)分,由pc提供存儲單元地址的取出的是指令,由指令地址碼部分提供存儲單元地址的取出的是操作數(shù)。第2章
8、計算機的發(fā)展及應(yīng)用1.通常計算機的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)答:p22主要以組成計算機基本電路的元器件為依據(jù),如電子管、晶體管、集成電路等。2.舉例說明專用計算機和通用計算機的區(qū)別。答:按照計算機的效率、速度、價格和運行的經(jīng)濟性和實用性可以將計算機劃分為通用計算機和專用計算機。通用計算機適應(yīng)性強,但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟性,而專用計算機是最有效、最經(jīng)濟和最快的計算機,但適應(yīng)性很差。例如個人電腦和計算器。第3章系統(tǒng)總線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(yīng)具備什么特點答:p41.總線是多個部件共享的傳輸部件??偩€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
9、減輕總線負載,總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動緩沖電路與總線連通。4.為什么要設(shè)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(yīng)時間最快哪種方式對電路故障最敏感答:總線判優(yōu)控制解決多個部件同時申請總線時的使用權(quán)分配問題;常見的集中式總線控制有三種:鏈式查詢、計數(shù)器定時查詢、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)器定時查詢方式優(yōu)先級設(shè)置較靈活,對故障不敏感,連線及控制過程較復(fù)雜;獨立請求方式速度最快,但硬件器件用量大,連線多,成本較高。5.解釋下列概念:總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、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
10、信控制。答:p46??偩€寬度:通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù);總線帶寬:總線的數(shù)據(jù)傳輸率,指單位時間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù);總線復(fù)用:指同一條信號線可以分時傳輸不同的信號。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)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備(模塊),它只能被動接受主設(shè)備發(fā)來的命令;總線的傳輸周期:指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。答:同步通信:指由統(tǒng)一時鐘控制的通信,控制方式簡單,靈活性差,當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時,總線工作效率明顯
11、下降。適合于速度差別不大的場合。異步通信:指沒有統(tǒng)一時鐘控制的通信,部件間采用應(yīng)答方式進行聯(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,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答: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(shè)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答:總線標準的設(shè)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,e
12、isa、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。答:在總線的兩端分別配置三態(tài)門,就可以使總線具有雙向傳輸功能。a0a1anb0b1bna至bb至a12.設(shè)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(shè)計:(1)設(shè)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(shè)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)由t打開三態(tài)門將d寄存器中的內(nèi)容送至總線bus,由cp脈沖同時將總線上的數(shù)據(jù)打入到a、b、c寄存器中。t和cp的時間關(guān)系如圖(1)所示。cp脈沖ab
13、c總線bust三態(tài)門dtcp圖(1)(2)三態(tài)門1受t0t1控制,以確保t0時刻d總線,以及t1時刻總線接收門1a。三態(tài)門2受t2t3控制,以確保t2時刻a總線,以及t3時刻總線接收門2b。t0、t1、t2、t3波形圖如圖(2)所示。圖(2)設(shè)總線的時鐘頻率為8mhz,一個總線周期等于一個時鐘周期。如果一個總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù),試問總線的帶寬是多少解;總線寬度=16位/8=2b總線帶寬=8mhz2b=16mb/s在一個32位的總線系統(tǒng)中,總線的時鐘頻率為66mhz,假設(shè)總線最短傳輸周期為4個時鐘周期,試計算總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高數(shù)據(jù)傳輸率,可采取什么措施解法1:總線寬度=32位
14、/8=4b時鐘周期=1/66mhz=s總線最短傳輸周期=s4=s總線最大數(shù)據(jù)傳輸率=4b/s=s解法2:總線工作頻率=66mhz/4=總線最大數(shù)據(jù)傳輸率=4b=66mb/s若想提高總線的數(shù)據(jù)傳輸率,可提高總線的時鐘頻率,或減少總線周期中的時鐘個數(shù),或增加總線寬度。在異步串行傳送系統(tǒng)中,字符格式為:1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個校驗位、2個終止位。若要求每秒傳送120個字符,試求傳送的波特率和比特率。解:一幀=1+8+1+2=12位波特率=120幀/秒12位=1440波特比特率=1440波特(8/12)=960bps或:比特率=120幀/秒8=960bps第四章0.靜態(tài)ram與動態(tài)ram的區(qū)別靜態(tài)
15、ram(sram)速度非??欤灰娫创嬖趦?nèi)容就不會自動消失。其基本存儲電路為6個mos管組成1位,因此集成度相對較低,功耗也較大。一般高速緩沖存儲器用它組成。動態(tài)ram(dram)的內(nèi)容在10-3或l0-6秒之后自動消失,因此必須周期性的在內(nèi)容消失之前進行刷新。由于它的基本存儲電路由一個晶體管及一個電容組成,因此它的集成度高,成本較低,另外耗電也少,但它需要一個額外的刷新電路。dram運行速度較慢,sram比dram要快25倍,一般,pc機的標準存儲器都采用dram組成。1.輔助儲存的技術(shù)的指標(1)記錄密度dt=1/pdb=f1/d(min)(2)儲存容量c=nks(3)平均尋址時間ta=
16、tsa+twd(4)數(shù)據(jù)傳輸率dv=db*v(5)誤碼率的三種映射方式:(1)直接映射實現(xiàn)簡單,不夠靈活。(2)全相聯(lián)映射(3)組相聯(lián)映射3.存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方為什么要分這些層次計算機如何管理這些層次答:存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次上。cache-主存層次在存儲系統(tǒng)中主要對cpu訪存起加速作用,即從整體運行的效果分析,cpu訪存速度加快,接近于cache的速度,而尋址空間和位價卻接近于主存。主存-輔存層次在存儲系統(tǒng)中主要起擴容作用,即從程序員的角度看,他所使用的存儲器其容量和位價接近于輔存,而速度接近于主存。綜合上述兩個存儲層次的作用,從
17、整個存儲系統(tǒng)來看,就達到了速度快、容量大、位價低的優(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完成。而主存與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn),即將主存與輔存的一部分通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲器,程序員可使用這個比主存實際空間(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)程序運行時,再由軟、硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此,這兩個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說都是透明的。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(fù)時
18、間。即:存取周期=存取時間+恢復(fù)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=1/200ns32位=160m位/秒=20mb/秒=5m字/秒注意:字長32位,不是16位。(注:1ns=10-9s)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64k,如按字編址,其尋址范圍為:64k/(32/8)=16k主存字地址和字節(jié)地址的分配情況:(略)。7.
19、一個容量為16k32位的存儲器,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)格的存儲芯片時,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;選擇不同的芯片時,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)=132=32片4k8:(16k32)/(4k8)=44=16片8k8:(16k32)/(8k8)=24=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d
20、ram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,存在cpu訪存死時間。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。討論:1、刷新與再生的比較:共同點:動作機制一樣。都是利用dram存儲元破壞性讀操作時的重寫過程實現(xiàn);操作性質(zhì)一樣。都是屬于重寫操作。區(qū)別:解決的問題不一樣。再生主要解決dram存儲元破壞性讀出時的信息重寫問題;刷新主要解決長時間不訪存時的信息衰減問題。操作的
21、時間不一樣。再生緊跟在讀操作之后,時間上是隨機進行的;刷新以最大間隔時間為周期定時重復(fù)進行。動作單位不一樣。再生以存儲單元為單位,每次僅重寫剛被讀出的一個字的所有位;刷新以行為單位,每次重寫整個存儲器所有芯片內(nèi)部存儲矩陣的同一行。芯片內(nèi)部i/o操作不一樣。讀出再生時芯片數(shù)據(jù)引腳上有讀出數(shù)據(jù)輸出;刷新時由于cas信號無效,芯片數(shù)據(jù)引腳上無讀出數(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一邊看到的存儲器工作周期,他不一定是真正的存儲器工作周期;存取周期是存儲器速度指標之一,它反映了存儲器真正
22、的工作周期時間。3、分散刷新是在讀寫周期之后插入一個刷新周期,而不是在讀寫周期內(nèi)插入一個刷新周期,但此時讀寫周期和刷新周期合起來構(gòu)成cpu訪存周期。4、刷新定時方式有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)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有幾種解:半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)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(jié)構(gòu)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(qū)動方式。11.一個8k8位的動態(tài)ram芯片,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排
23、列成256256形式,存取周期為s。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少解:采用分散刷新方式刷新間隔為:2ms,其中刷新死時間為:256s=s采用分散刷新方式刷新間隔為:256(s+s)=s采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms12.畫出用10244位的存儲芯片組成一個容量為64k8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(shè)采用sram芯片,則:總片數(shù)=(64k8位)/(10244位)=642=128片題意分析:本題設(shè)計的存儲器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級,因此畫圖時也應(yīng)分三級畫。首先應(yīng)確定各級的容量:頁面容量=總?cè)萘?
24、頁面數(shù)=64k8/4=16k8位,4片16k8字串聯(lián)成64k8位組容量=頁面容量/組數(shù)=16k8位/16=1k8位,16片1k8位字串聯(lián)成16k8位組內(nèi)片數(shù)=組容量/片容量=1k8位/1k4位=2片,兩片1k4位芯片位并聯(lián)成1k8位存儲器邏輯框圖:(略)。13.設(shè)有一個64k8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(shè)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(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,并說明有幾種解答。解:存儲基元總數(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)盡量把存儲元安排在字向
25、,因為地址位數(shù)和字數(shù)成2的冪的關(guān)系,可較好地壓縮線數(shù)。解: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:片字數(shù)越少,片字長越長,引腳數(shù)越多。片字數(shù)減1、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。14.某8位微型機地址碼為18位,若使用4k4位的ram芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲器,試
26、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32k8位,共需幾個模塊板設(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,mreq7413874138a14a13(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)該機所允許的最大主存空間是:2188位=256k8位=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通過最高3位地址譯碼輸出選擇模板,次高3位地址譯碼輸出選擇芯片。地址格式分配如下:模板號(3位)
27、芯片號(3位)片內(nèi)地址(12位)a15a15a14a13a12a12a0a11.a0a11.rom1oerom2oeram1ram2ram3.rom1oerom2oeram1ram2ram3.cpud0d3d4d7r/wpdprogcscscscpud0d3d4d7r/wpdprogcscscs作讀寫命令信號(高電平為讀,低電平為寫)?,F(xiàn)有下列存儲芯片: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
28、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:系統(tǒng)程序區(qū)(rom共4kb):0000h-0fffh用戶程序區(qū)(ram共12kb):1000h-ffffh(2)選片:rom:選擇4k4位芯片2片,位并聯(lián)ram:選擇4k8位芯片3片,字串聯(lián)(ram1地址范圍為:1000h-1fffh,ram2地址范圍為2000h-2fffh,ram3地址范圍為:3000h-3fffh)(3)各芯片二進制地址分配如下:a15a14a13a12a11a10a9a8a7a6a5a4a3a2a1a0rom1,2000000000001010101010101010
29、10101ram1ram2ram3000000000000001111110011010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101cpu和存儲器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(3)所示:mreqg1g2ay7a15a14a13a12g2b74138abcy3y2y1y0.a11a0.rom1cpupd/progrom2ram1ram2ram3.oeoecscscs.d7.d0d3.d4r/w圖(3)16.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譯碼器畫出cp
30、u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:+5v.wemreqa15a14a13a12a0.cpug1g2a74138g2babcwey7.y2y1y0.ram0we.ram1ram7.d0d7.cscscsr/w(2)地址空間分配圖:ram0:0000h-1fffhram1:2000h-3fffhram2:4000h-5fffhram3:6
31、000h-7fffhram4:8000h-9fffhram5:a000h-bfffhram6:c000h-dfffhram7:e000h-ffffh(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(ram5)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。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的,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。(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
32、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)將永遠訪問不到。若對a13=0的地址空間(偶數(shù)片)進行訪問,只能錯誤地訪問到a13=1的對應(yīng)空間(奇數(shù)片)中去。17.寫出1100、1101、1110、1111對應(yīng)的漢明碼。解:有效信息均為n=4位,假設(shè)有效信息用b4b3b2b1表示校驗位位數(shù)k=3位,(2k=n+k+1)設(shè)校驗位分別為c1、c2、c3,則漢明碼共4+3=7位,即:c1c2b4c3b3b2b1校驗位在漢明碼中分別處于第1、2、4位c1=b4b3b1c2=b4b2b1c3=b3b2b1當(dāng)有效信息為1100時,c3c2c1=011,漢明碼為1110100。當(dāng)有效信
33、息為1101時,c3c2c1=100,漢明碼為0011101。當(dāng)有效信息為1110時,c3c2c1=101,漢明碼為1011110。當(dāng)有效信息為1111時,c3c2c1=010,漢明碼為0110111。18.已知收到的漢明碼(按配偶原則配置)為1100100、1100111、1100000、1100001,檢查上述代碼是否出錯第幾位出錯解:假設(shè)接收到的漢明碼為:c1c2b4c3b3b2b1糾錯過程如下:p1=c1b4b3b1p2=c2b4b2b1p3=c3b3b2b1如果收到的漢明碼為1100100,則p3p2p1=011,說明代碼有錯,第3位(b4)出錯,有效信息為:1100如果收到的漢明碼
34、為1100111,則p3p2p1=111,說明代碼有錯,第7位(b1)出錯,有效信息為:0110如果收到的漢明碼為1100000,則p3p2p1=110,說明代碼有錯,第6位(b2)出錯,有效信息為:0010如果收到的漢明碼為1100001,則p3p2p1=001,說明代碼有錯,第1位(c1)出錯,有效信息為:000122.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,可采取八體交叉存取技術(shù),8體交叉訪問時序如下圖:啟動存儲體0啟動存儲體1啟動存儲體2啟動存儲體3啟動存
35、儲體4啟動存儲體5啟動存儲體6啟動存儲體7單體訪存周期18.什么是“程序訪問的局部性”存儲系統(tǒng)中哪一級采用了程序訪問的局部性原理解:程序運行的局部性原理指:在一小段時間內(nèi),最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問;在空間上,這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲區(qū);在訪問順序上,指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約5:1)。存儲系統(tǒng)中cache主存層次采用了程序訪問的局部性原理。25.cache做在cpu芯片內(nèi)有什么好處將指令cache和數(shù)據(jù)cache分開又有什么好處答:cache做在cpu芯片內(nèi)主要有下面幾個好處:1)可提高外部總線的利用率。因為cache在cpu芯片內(nèi),cpu訪問ca
36、che時不必占用外部總線。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,增強了系統(tǒng)的整體效率。3)可提高存取速度。因為cache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分開有如下好處:1)可支持超前控制和流水線控制,有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2)指令cache可用rom實現(xiàn),以提高指令存取的可靠性。3)數(shù)據(jù)cache對不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活,既可支持整數(shù)(例32位),也可支持浮點數(shù)據(jù)(如64位)。補充:cache結(jié)構(gòu)改進的第三個措施是分級實現(xiàn),如二級緩存結(jié)構(gòu),即在片內(nèi)cache(l1)和主存之間
37、再設(shè)一個片外cache(l2),片外緩存既可以彌補片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點,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。30.一個組相連映射的cache由64塊組成,每組內(nèi)包含4塊。主存包含4096塊,每塊由128字組成,訪存地址為字地址。試問主存和高速存儲器的地址各為幾位畫出主存地址格式。解:cache組數(shù):64/4=16,cache容量為:64*128=213字,cache地址13位主存共分4096/16=256區(qū),每區(qū)16塊主存容量為:4096*128=219字,主存地址19位,地址格式如下:主存字塊標記(8位)組地址(4位)字塊內(nèi)地址(7位)32.設(shè)某機主存
38、容量為4mb,cache容量為16kb,每字塊有8個字,每字32位,設(shè)計一個四路組相聯(lián)映象(即cache每組內(nèi)共有4個字塊)的cache組織,要求:(1)畫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號單元讀出100個字(主存一次讀出一個字),并重復(fù)按此次序讀8次,問命中率是多少(3)若cache的速度是主存的6倍,試問有cache和無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:87232(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號字單元時,將主存
39、0號字塊(07)調(diào)入cache(0組x號塊),主存讀8號字單元時,將1號塊(815)調(diào)入cache(1組x號塊)主存讀96號單元時,將12號塊(96103)調(diào)入cache(12組x號塊)。共需調(diào)100/813次,就把主存中的100個數(shù)調(diào)入cache。除讀第1遍時cpu需訪問主存13次外,以后重復(fù)讀時不需再訪問主存。則在800個讀操作中:訪cache次數(shù)=(100-13)+700=787次cache命中率=787/80098%(3)設(shè)無cache時訪主存需時800t(t為主存周期),加入cache后需時:(+13)tt/6+13t787倍則:800t/有cache和無cache相比,速度提高倍左
40、右。38.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(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/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:62-2=10個存儲面可用;(2)有效存儲區(qū)域=(33-22)/2=柱面數(shù)=40道/cm=220道=(3)內(nèi)層道周長=22道容量=400位/cm=3454b面容量=3454b220道=759,880b盤組總?cè)萘?759,880b10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
41、40轉(zhuǎn)/秒=138,160b/s注意:1)計算盤組容量時一般應(yīng)去掉上、下保護面;的精度選取不同將引起答案不同,一般取兩位小數(shù);2)盤組總磁道數(shù)(=一個盤面上的磁道數(shù))3)柱面數(shù)4)數(shù)據(jù)傳輸率與盤面數(shù)無關(guān);5)數(shù)據(jù)傳輸率的單位時間是秒,不是分。某磁盤存儲器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/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12288b/道4面=13516800b(2)最高位密度=12288b/2
42、3017b/mm136位/mm(向下取整)最大磁道直徑=230mm+275道/5道2=230mm+110mm=340mm最低位密度=12288b/34011b/mm92位/mm(向下取整)(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率=12288b3000轉(zhuǎn)/分=12288b50轉(zhuǎn)/秒=614400b/s(4)平均等待時間=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、平均等待時間是磁盤轉(zhuǎn)半圈的時間,與容量無關(guān)。設(shè)有效信息為110,試用生成多項式g(x)=11011將其編成循環(huán)冗余校驗碼。解:編碼過程如下
43、:m(x)=110n=3g(x)=11011k+1=5k=4m(x)x4=1100000m(x)x4/g(x)=1100000/11011=100+1100/11011r(x)=1100m(x)x4+r(x)=1100000+1100=1101100=crc碼(7,3)碼注:此題的g(x)選得不太好,當(dāng)最高位和最低位出錯時,余數(shù)相同,均為0001。此時只能檢錯,無法糾錯第五章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(shè)備和主存占用同一個地址空間,cpu
44、可像訪問主存一樣訪問i/o設(shè)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(shè)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。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)計時i/o指令的安排,因此描述其特點時一定要說明此種i/o編址方式對應(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地址看成是存儲地址的一部分,占用主存空間;問題: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)存的擴展空間。i/o獨立編址方式有明顯的i/o地址標識,而
45、i/o與內(nèi)存統(tǒng)一的編址方式?jīng)]有;問題:無論哪種編址方式,i/o地址都是由相應(yīng)的指令提供的,而地址本身并沒有特殊的標識。2.簡要說明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。適用場合分別為:直接控制適用于結(jié)構(gòu)極簡單、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)而無須聯(lián)絡(luò)信號。同步方式采用統(tǒng)一的時標進行聯(lián)絡(luò),適用于cpu與i/o速度差不大,近距離傳送的場合。異步方式采用應(yīng)答機制進行聯(lián)絡(luò),適用于cpu與i/o速度差較大、遠距離傳送的場合。討論:注意i/o交換方式、i/o傳送分類方式與i
46、/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傳送寬度的類型;i/o交換方式主要討論傳送過程的控制方法;i/o聯(lián)絡(luò)方式主要解決傳送時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合。問題:i/o要達到與cpu工作速度完全同步一般是不可能的。同步方式的實質(zhì)是“就慢不就快”,如采用同步方式一般cpu達不到滿負荷工作。.i/o設(shè)備與主機交換信息時,共有哪雞樅控制方式簡述它們的特點。(1)程序直接控制方式:也稱查詢方式,采用該方式,數(shù)據(jù)在cpu和外設(shè)間的傳送完全靠計算機程序控制,cpu的操作和外圍設(shè)備操作同步,硬件結(jié)構(gòu)簡單,但由于外部設(shè)備動作慢,浪費cpu時間多,系統(tǒng)效率低。(2)程序中
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