計算機系統(tǒng)概論第一章習題與題解

第1頁

1.什么是計算機系統(tǒng)、計算機硬件和計算機軟件？硬件和軟件哪個更主要？

解：P3

計算機系統(tǒng)——計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設備物理或邏輯綜合體。

計算機硬件——計算機物理實體。

計算機軟件——計算機運行所需程序及相關資料。

硬件和軟件在計算機系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，所以一樣主要第2頁

5.馮·諾依曼計算機特點是什么？

解：馮氏計算機特點是：P9

·由運算器、控制器、存放器、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）存于存放器中；

·指令由操作碼、地址碼兩大部分組成；

·指令在存放器中次序存放，通常自動次序取出執(zhí)行；

·以運算器為中心（原始馮氏機）。第3頁7.解釋以下概念：

主機、CPU、主存、存放單元、存放元件、存放基元、存放元、存放字、存放字長、存放容量、機器字長、指令字長。

解：P10

主機——是計算機硬件主體部分，由CPU+MM（主存或內(nèi)存）組成；

CPU——中央處理器（機），是計算機硬件關鍵部件，由運算器+控制器組成；

第4頁

主存——計算機中存放正在運行程序和數(shù)據(jù)存放器，為計算機主要工作存放器，可隨機存取；

存放單元——可存放一個機器字并含有特定存放地址存放單位；

存放元件——存放一位二進制信息物理元件，是存放器中最小存放單位，又叫存放基元或存放元，不能單獨存??；

存放字——一個存放單元所存二進制代碼邏輯單位；第5頁

存放字長——一個存放單元所存二進制代碼位數(shù)；

存放容量——存放器中可存二進制代碼總量；

機器字長——CPU能同時處理數(shù)據(jù)位數(shù)；

指令字長——一條指令二進制代碼位數(shù)；

第6頁8.解釋以下英文縮寫漢字含義：

CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS

解：

CPU——CentralProcessingUnit，中央處理機（器），見7題；

PC——ProgramCounter，程序計數(shù)器，存放當前欲執(zhí)行指令地址，并可自動計數(shù)形成下一條指令地址計數(shù)器；

IR——InstructionRegister，

指令存放器，存放當前正在執(zhí)行指令存放器；第7頁

CU——ControlUnit，控制單元（部件），控制器中產(chǎn)生微操作命令序列部件，為控制器關鍵部件；

ALU——ArithmeticLogicUnit，算術邏輯運算單元，運算器中完成算術邏輯運算邏輯部件；

ACC——Accumulator，累加器，運算器中運算前存放操作數(shù)、運算后存放運算結(jié)果存放器；

MQ——Multiplier-QuotientRegister，乘商存放器，乘法運算時存放乘數(shù)、除法時存放商存放器。第8頁

X——此字母沒有專指縮寫含義，能夠用作任一部件名，在此表示操作數(shù)存放器，即運算器中工作存放器之一，用來存放操作數(shù)；

MAR——MemoryAddressRegister，存放器地址存放器，內(nèi)存中用來存放欲訪問存放單元地址存放器；

MDR——MemoryDataRegister，存放器數(shù)據(jù)緩沖存放器，主存中用來存放從某單元讀出、或?qū)懭肽炒娣艈卧獢?shù)據(jù)存放器；

第9頁

I/O——Input/Outputequipment，輸入/輸出設備，為輸入設備和輸出設備總稱，用于計算機內(nèi)部和外界信息轉(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一個計量單位；

CPI——CyclePerInstruction，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；第10頁

FLOPS——FloatingPointOperationPerSecond，每秒浮點運算次數(shù)，計算機運算速度計量單位之一。

第11頁10.指令和數(shù)據(jù)都存于存放器中,計算機怎樣區(qū)分它們？

解：計算機硬件主要經(jīng)過不一樣時間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即：取指周期（或取指微程序）取出既為指令，執(zhí)行周期（或?qū)⒊绦颍┤〕黾葹閿?shù)據(jù)。

另外也可經(jīng)過地址起源區(qū)分，從PC指出存放單元取出是指令，由指令地址碼部分提供操作數(shù)地址。

返回目錄第12頁系統(tǒng)總線第三章第13頁1.

什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線負載，總線上部件應具備什么特點？

解：總線是多個部件共享傳輸部件；

總線傳輸特點是：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，總線上部件應經(jīng)過三態(tài)驅(qū)動緩沖電路與總線連通。第14頁4.為何要設置總線判優(yōu)控制？常見集中式總線控制有幾個？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)控制處理多個部件同時申請總線時使用權分配問題；

常見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。第15頁5.解釋以下概念：總線主設備（或主模塊）、總線從設備（或從模塊）、總線傳輸周期和總線通信控制。

解：

總線主設備（主模塊）——指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權設備（模塊）；

總線從設備（從模塊）——指一次總線傳輸期間，配合主設備完成傳輸設備（模塊），它只能被動接收主設備發(fā)來命令；

第16頁

總線傳輸周期——總線完成一次完整而可靠傳輸所需時間；

總線通信控制——指總線傳送過程中雙方時間配合方式。第17頁6.試比較同時通信和異步通信。

解：

同時通信——由統(tǒng)一時鐘控制通信，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，總線工作效率顯著下降。適合于速度差異不大場所；

異步通信——不由統(tǒng)一時鐘控制通信，部件間采取應答方式進行聯(lián)絡，控制方式較同時復雜，靈活性高，當系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，有利于提升總線工作效率。第18頁8.為何說半同時通信同時保留了同時通信和異步通信特點？

解：

半同時通信既能像同時通信那樣由統(tǒng)一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時間不一致，所以工作效率介于二者之間。

第19頁10.為何要設置總線標準？你知道當前流行總線標準有哪些？什么叫plugandplay？哪些總線有這一特點？

解：

總線標準設置主要處理不一樣廠家各類模塊化產(chǎn)品兼容問題；

當前流行總線標準有：ISA、EISA、PCI等；

plugandplay——即插即用，EISA、PCI等含有此功效。第20頁11.畫一個含有雙向傳輸功效總線邏輯圖。

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、使能等控制功效實現(xiàn)，可參考74LS245等總線緩沖器芯片內(nèi)部電路。邏輯圖以下：（n位）GDIRA1B1AnBn……………………第21頁12.設數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個存放器，要求選取適當74系列芯片，完成以下邏輯設計：

（1）設計一個電路，在同一時間實現(xiàn)D→A、D→B和D→C存放器間傳送；

（2）設計一個電路，實現(xiàn)以下操作：

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。第22頁

解：

（1）采取三態(tài)輸出D型存放器74LS374做A、B、C、D四個存放器，其輸出可直接掛總線。A、B、C三個存放器輸入采取同一脈沖打入。注意-OE為電平控制，與打入脈沖間時間配合關系為：-OE：

令：BUSA=BUSB=BUSC=CP；

DBUS=-OE；當CP前沿到來時，將DA、B、C。第23頁

現(xiàn)以8位總線為例，設計此電路，以下列圖示：數(shù)據(jù)總線D7D0BUSA1Q8QOE1D8D374

D1Q8QOE1D8D374

A1Q8QOE1D8D374

B1Q8QOE1D8D374

CBUSCBUSBBUSDDBUSCBUSBBUSABUS第24頁

（2）存放器設置同（1），因為本題中發(fā)送、接收不在同一節(jié)拍，所以總線需設鎖存器緩沖，鎖存器采取74LS373（電平使能輸入）。節(jié)拍、脈沖配合關系以下：時鐘：CLK：節(jié)拍電平：Ti：打入脈沖：Pi：

圖中，脈沖包在電平中，為了留有較多傳送時間，脈沖設置在靠近電平后沿處。第25頁

節(jié)拍、脈沖分配邏輯以下：二位格雷碼同步計數(shù)器1&&&&111GY0Y11/2139Y2ABY31CLKP0P1P2P3T0T1T2T3-T0-T1-T2-T3第26頁節(jié)拍、脈沖時序圖以下：時鐘：CLK：輸出：T0：

T1：

T2：

T3：輸入：P0：

P1：

P2：

P3：第27頁

以8位總線為例，電路設計以下：

（圖中，A、B、C、D四個存放器與數(shù)據(jù)總線連接方法同上。）>=11Q8QOE1D8D374

A1Q8QOE1D8D374

BBUSBDBUSCBUSBBUSABUSBUSA1Q8QOE1D8D374

DBUSD1Q8QOEG1D8D3731Q8QOE1D8DBUSC374

C>=1T1T3T0T2數(shù)據(jù)總線（D7~D0）令：A

BUS=-T2D

BUS=-T0BUS

A=P1BUS

B=P3返回目錄第28頁存儲器第四章第29頁4.說明存取周期和存取時間區(qū)分。

解：存取周期和存取時間主要區(qū)分是：存取時間僅為完成一次操作時間，而存取周期不但包含操作時間，還包含操作后線路恢復時間。即：

存取周期=存取時間+恢復時間

5.什么是存放器帶寬？若存放器數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存放器帶寬是多少？

解：存放器帶寬指單位時間內(nèi)從存放器進出信息最大數(shù)量。

存放器帶寬=1/200nsX32位

=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒第30頁6.某機字長為32位，其存放容量是64KB，按字編址它尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址分配情況。

解：存放容量是64KB時，按字節(jié)編址尋址范圍就是64KB，則：

按字尋址范圍=64KX8/32=16K字

按字節(jié)編址時主存地址分配圖以下：0123…………65465534655327…………6553565533字地址

HB—————字節(jié)地址—————LB048……6552865532第31頁7.一個容量為16KX32位存放器，其地址線和數(shù)據(jù)線總和是多少？當選取以下不一樣規(guī)格存放芯片時，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)線總和=14+32=46根；

各需要片數(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片第32頁9.什么叫刷新？為何要刷新？說明刷新有幾個方法。

解：刷新——對DRAM定時進行全部重寫過程；

刷新原因——因電容泄漏而引發(fā)DRAM所存信息衰減需要及時補充，所以安排了定時刷新操作；

慣用刷新方法有三種——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：是集中式和分散式折衷。第33頁10.半導體存放器芯片譯碼驅(qū)動方式有幾個？

解：半導體存放器芯片譯碼驅(qū)動方式有兩種：線選法和重正當。

線選法：地址譯碼信號只選中同一個字全部位，結(jié)構(gòu)簡單，費器材；

重正當：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線交叉點即為所選單元。這種方法經(jīng)過行、列譯碼信號重合來選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)約器材用量，是最慣用譯碼驅(qū)動方式。第34頁11.畫出用1024X4位存放芯片組成一個容量為64KX8位存放器邏輯框圖。要求將64K分成4個頁面，每個頁面分16組，指出共需多少片存放芯片。

解：設采取SRAM芯片，

總片數(shù)

=64KX8位/1024X4位

=64X2=128片

題意分析：本題設計存放器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級，所以畫圖時也應分三級畫。首先應確定各級容量：

頁面容量

=總?cè)萘?頁面數(shù)

=64KX8位/4

=16KX8位；第35頁

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：1KX4SRAM1KX4SRAMA9~0-WE-CSiD7D6D5D4D3D2D1D0頁面號組號組內(nèi)地址2410

組邏輯圖以下：（位擴展）1KX8第36頁

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-CS15A9~0-WED7~0A10A11A12A13-CEi16KX8第37頁

存放器邏輯框圖：（字擴展）16KX8（頁面0）16KX8（頁面1）16KX8（頁面2）16KX8（頁面3）頁面譯碼器2:4A14A15-CE0-CE1-CE2-CE3A13~0-WED7~0第38頁12.設有一個64KX8位RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存放基元）？欲設計一個含有上述一樣多存放基元芯片，要求對芯片字長選擇應滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和為最小，試確定這種芯片地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾個解答。

解：

存放基元總數(shù)

=64KX8位

=512K位=219位；

思緒：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應盡可能把存放元安排在字向，因為地址位數(shù)和字數(shù)成2冪關系，可很好地壓縮線數(shù)。第39頁

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冪改變。

結(jié)論：假如滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和為最小，這種芯片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。第40頁13.某8位微型機地址碼為18位，若使用4KX4位RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)存放器，試問：

（1）該機所允許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怎樣選擇各模塊板？第41頁

解：

（1）218=256K，則該機所允許最大主存空間是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經(jīng)過最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配以下：板地址片地址片內(nèi)地址331217151412110第42頁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)有以下存放芯片：

ROM（2KX8位，4KX4位，8KX8位），RAM（1KX4位，2KX8位，4KX8位），及74138譯碼器和其它門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選取適當芯片，畫出CPU和存放芯片連接圖。要求：

（1）最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，4096~16383地址范圍為用戶程序區(qū)；

（2）指出選取存放芯片類型及數(shù)量；

（3）詳細畫出片選邏輯。第43頁

解：

（1）地址空間分配圖：4K（ROM）4K（SRAM）4K（SRAM）4K（SRAM）……0~40954096~81918192~1228712288~16383

……65535Y0Y1Y2Y3………A15=1A15=0第44頁

（2）選片：ROM：4KX4位：2片；

RAM：4KX8位：3片；

（3）CPU和存放器連接邏輯圖及片選邏輯：4KX4ROM74138（3：8）4KX4ROM4KX8RAM4KX8RAM4KX8RAM-CS0-CS1-CS2-CS3-MREQA15A14A13A12CBA-Y0-G2A-G2BG1+5VCPUA11~0R/-WD3~0D7~4-Y1-Y2-Y3第45頁15.CPU假設同上題，現(xiàn)有8片8KX8位RAM芯片與CPU相連，試回答：

（1）用74138譯碼器畫出CPU與存放芯片連接圖；

（2）寫出每片RAM地址范圍；

（3）假如運行時發(fā)覺不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址存放芯片都有與其相同數(shù)據(jù)，分析故障原因。

（4）依據(jù)（1）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？第46頁

解：

（1）CPU與存放器芯片連接邏輯圖：CPU8KX8SRAM74138（3：8）R/-WD7~0A12~08KX8SRAM8KX8SRAM8KX8SRAM…-G2A-G2BABC-MREQA13A14A15-CS0-CS1-CS2……-CS7+5VG1第47頁

（2）地址空間分配圖：8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAMY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70~81918192~1638316384~2457524576~3276732768~4095940960~4915149152~5734357344~65535第48頁

（3）假如運行時發(fā)覺不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址存放芯片都有與其相同數(shù)據(jù)，則根本故障原因為：該存放芯片片選輸入端很可能總是處于低電平?？赡芮闆r有：

1）該片-CS端與-WE端錯連或短路；

2）該片-CS端與CPU-MREQ端錯連或短路；

3）該片-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。第49頁

（4）假如地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會出現(xiàn)A13恒為“1”情況。此時存放器只能尋址A13=1地址空間，A13=0另二分之一地址空間將永遠訪問不到。若對A13=0地址空間進行訪問，只能錯誤地訪問到A13=1對應空間中去。第50頁17.某機字長16位，常規(guī)存放空間為64K字，若想不改用其它高速存放芯片，而使訪存速度提升到8倍，可采取什么辦法？畫圖說明。

解：若想不改用高速存放芯片，而使訪存速度提升到8倍，可采取多體交叉存取技術，圖示以下：08……M08K19……M18K210……M28K311……M38K412……M48K513……M58K614……M68K715……M78K存放管理存放總線第51頁8體交叉訪問時序：開啟M0：開啟M1：開啟M2：開啟M3：開啟M4：開啟M5：開啟M6：開啟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放總線上取得一個數(shù)據(jù)。返回目錄第52頁23.畫出RZ、NRZ、NRZ1、PE、FM寫入數(shù)字串1011001寫入電流波形圖。

解：RZ：NRZ：NRZ1：PE：FM：1011001ttttt第53頁24.以寫入10010110為例，比較調(diào)頻制和改進調(diào)頻制寫電流波形圖。

解：寫電流波形圖以下：FM:MFM:MFM:10010110tt10010110頻率提升一倍后MFM制。t第54頁

比較：

1）FM和MFM寫電流在位周期中心處改變規(guī)則相同；

2）MFM制除連續(xù)一串“0”時兩個0周期交界處電流仍改變外，基本取消了位周期起始處電流改變；

3）FM制統(tǒng)計一位二進制代碼最多兩次磁翻轉(zhuǎn)，MFM制統(tǒng)計一位二進制代碼最多一次磁翻轉(zhuǎn)，所以MFM制統(tǒng)計密度可提升一倍。上圖中示出了在MFM制時位周期時間縮短一倍情況。由圖可知，當MFM制統(tǒng)計密度提升一倍時，其寫電流頻率與FM制寫電流頻率相當；第55頁4）因為MFM制并不是每個位周期都有電流改變，故自同時脈沖分離需依據(jù)相鄰兩個位周期讀出信息產(chǎn)生，自同時技術比FM制復雜得多。第56頁25.畫出調(diào)相制統(tǒng)計01100010驅(qū)動電流、統(tǒng)計磁通、感應電勢、同時脈沖及讀出代碼等幾個波形。

解：I：

：e：T：D：01100010ttttt第57頁26.磁盤組有六片磁盤，每片有兩個統(tǒng)計面，存放區(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）共有多少存放面可用？

（2）共有多少柱面？

（3）盤組總存放容量是多少？

（4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？第58頁

解：

（1）若去掉兩個保護面，則共有：

6X2-2=10個存放面可用；

（2）有效存放區(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?cè)萘?759，880BX10面

=7，598，800B第59頁（4）轉(zhuǎn)速

=2400轉(zhuǎn)/60秒

=40轉(zhuǎn)/秒

數(shù)據(jù)傳輸率

=3454BX40轉(zhuǎn)/秒

=138，160B/S

27.某磁盤存放器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個統(tǒng)計盤面，每毫米5道，每道統(tǒng)計信息12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求：

（1）磁盤存放器存放容量；

（2）最高位密度（最小磁道位密度）和最低位密度；

（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率；

（4）平均等候時間。第60頁解：

（1）存放容量

=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(zhuǎn)/分

=12288BX50轉(zhuǎn)/秒=614400B/S

（4）平均等候時間

=1/50/2=10ms返回目錄第61頁輸入輸出系統(tǒng)第五章第62頁

1.I/O有哪些編址方式？各有何特點？

解：慣用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I/O地址采取與主存單元地址完全一樣格式，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一樣于主存地址格式地址編碼，此時I/O地址與主存地址是兩個獨立空間，CPU需要經(jīng)過專門I/O指令來訪問I/O地址空間。第63頁6.字符顯示器接口電路中配有緩沖存放器和只讀存放器，各有何作用？

解：顯示緩沖存放器作用是支持屏幕掃描時重復刷新；只讀存放器作為字符發(fā)生器使用，他起著將字符ASCII碼轉(zhuǎn)換為字形點陣信息作用。第64頁8.某計算機I/O設備采取異步串行傳送方式傳送字符信息。字符信息格式為一位起始位、七位數(shù)據(jù)位、一位校驗位和一位停頓位。若要求每秒鐘傳送480個字符，那么該設備數(shù)據(jù)傳送速率為多少？

解：480×10=4800位/秒=4800波特；

波特——是數(shù)據(jù)傳送速率波特率單位。第65頁10.什么是I/O接口?為何要設置I/O接口？I/O接口怎樣分類？

解：I/O接口普通指CPU和I/O設備間連接部件；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)傳送控制方式分有程序控制接口、程序中止接口、DMA接口三種。第66頁12.結(jié)合程序查詢方式接口電路，說明其工作過程。

解：程序查詢接口工作過程以下（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)開啟命令

D置0，B置1

接口向設備發(fā)開啟命令

設備開始工作；

3）CPU等候，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經(jīng)過輸入指令（IN）將DBR中數(shù)據(jù)取走；第67頁

若為輸出，除數(shù)據(jù)傳送方向相反以外，其它操作與輸入類似。工作過程以下：

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經(jīng)過輸出指令（OUT）將數(shù)據(jù)放入接口DBR中；

3）CPU發(fā)開啟命令

D置0，B置1

接口向設備發(fā)開啟命令

設備開始工作；

4）CPU等候，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可經(jīng)過指令再次向接口DBR輸出數(shù)據(jù)，進行第二次傳送。第68頁

13.說明中止向量地址和入口地址區(qū)分和聯(lián)絡。

解：

中止向量地址和入口地址區(qū)分：

向量地址是硬件電路（向量編碼器）產(chǎn)生中止源內(nèi)存地址編號，中止入口地址是中止服務程序首址。

中止向量地址和入口地址聯(lián)絡：

中止向量地址可了解為中止服務程序入口地址指示器（入口地址地址），經(jīng)過它訪存可取得中止服務程序入口地址。第69頁14.在什么條件下，I/O設備能夠向CPU提出中止請求？

解：I/O設備向CPU提出中止請求條件是：I/O接口中設備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中止屏蔽碼為0（MASK=0），且CPU查詢中止時，中止請求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=1）。

15.什么是中止允許觸發(fā)器？它有何作用？

解：中止允許觸發(fā)器是CPU中止系統(tǒng)中一個部件，他起著開關中止作用（即中止總開關，則中止屏蔽觸發(fā)器可視為中止分開關）。第70頁

16.在什么條件和什么時間，CPU能夠響應I/O中止請求？

解：CPU響應I/O中止請求條件和時間是：當中止允許狀態(tài)為1（EINT=1），且最少有一個中止請求被查到，則在一條指令執(zhí)行完時，響應中止。

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就要中止處理一次，將取樣數(shù)據(jù)存至存放器緩沖區(qū)中，該中止處理需P秒。另外，緩沖區(qū)內(nèi)每存放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)能夠跟蹤到每秒多少次中止請求？第71頁

解：這是一道求中止飽和度題，要注意主程序?qū)?shù)據(jù)處理不是中止處理，所以Q秒不能算在中止次數(shù)內(nèi)。

N個數(shù)據(jù)所需處理時間=P×N+Q秒

平均每個數(shù)據(jù)所需處理時間=（P×N+Q）/N秒；

求倒數(shù)得：

該系統(tǒng)跟蹤到每秒中止請求數(shù)=N/（P×N+Q）次。第72頁

19.在程序中止方式中，磁盤申請中止優(yōu)先權高于打印機。當打印機正在進行打印時，磁盤申請中止請求。試問是否要將打印機輸出停下來，等磁盤操作結(jié)束后，打印機輸出才能繼續(xù)進行？為何？

解：這是一道多重中止題，因為磁盤中止優(yōu)先權高于打印機，所以應將打印機輸出停下來，等磁盤操作結(jié)束后，打印機輸出才能繼續(xù)進行。因為打印機速度比磁盤輸入輸出速度慢，而且暫停打印不會造成數(shù)據(jù)丟失。

第73頁

22.CPU對DMA請求和中止請求響應時間是否一樣？為何？

解：CPU對DMA請求和中止請求響應時間不一樣，因為兩種方式交換速度相差很大，所以CPU必須以更短時間間隔查詢并響應DMA請求（一個存取周期末）。

24.DMA工作方式中，CPU暫停方式和周期挪用方式數(shù)據(jù)傳送流程有何不一樣？畫圖說明。

解：兩種DMA方式工作流程見下頁，其主要區(qū)分在于傳送階段，現(xiàn)行程序是否完全停頓訪存。第74頁停頓CPU訪存方式DMA工作流程以下：

現(xiàn)行程序CPUDMACI/ODMA預處理：

向DMAC送MM緩沖區(qū)首址；I/O設備地址；交換個數(shù)；開啟I/O現(xiàn)行程序開始工作開啟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AA數(shù)據(jù)傳送：響應，停頓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BI/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/OCD讓出總線第75頁CPUDMACI/O

BCD準備下個數(shù)據(jù)(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；中止請求現(xiàn)行程序響應中止后處理：中止服務程序：校驗、錯誤檢測、停頓外設或再開啟及初始化。現(xiàn)行程序I/O停頓WC=0現(xiàn)行程序等待第76頁周期竊取方式DMA工作流程以下：

現(xiàn)行程序CPUDMACI/ODMA預處理：

向DMAC送MM緩沖區(qū)首址；I/O設備地址；交換個數(shù)；開啟I/O現(xiàn)行程序開始工作開啟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AA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BI/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/OCD第77頁CPUDMACI/O

BCD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；中止請求現(xiàn)行程序響應中止后處理：中止服務程序：校驗、錯誤檢測、停頓外設或再開啟及初始化?，F(xiàn)行程序I/O停頓WC=0第78頁25.假設某設備向CPU傳送信息最高頻率是40K次/秒，而對應中止處理程序其執(zhí)行時間為40s，試問該外設是否可用程序中止方式與主機交換信息，為何？

解：該設備向CPU傳送信息時間間隔=1/40K=0.025×103=25s<40s

則：該外設不能用程序中止方式與主機交換信息，因為其中止處理程序執(zhí)行速度比該外設交換速度慢。第79頁

26.設磁盤存放器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，分8個扇區(qū)，每扇區(qū)存放1K字節(jié)，主存與磁盤存放器數(shù)據(jù)傳送寬度為16位（即每次傳送16位）。假設一條指令最長執(zhí)行時間是25s，是否可采取一條指令執(zhí)行結(jié)束時響應DMA請求方案，為何？若不行，應采取什么方案？第80頁

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(jié)論。

道容量=1KB×816=1K×8×816

=1K×4=4K字

數(shù)傳率=4K字×3000轉(zhuǎn)/分

=4K字×50轉(zhuǎn)/秒=200K字/秒

一個字傳送時間=1/200K字/秒=5s

5s<<25s，所以不能采取一條指令執(zhí)行結(jié)束響應DMA請求方案，應采取每個CPU機器周期末查詢及響應DMA請求方案（通常安排CPU機器周期=MM存取周期）。第81頁27.試從下面七個方面比較程序查詢、程序中止和DMA三種方式綜合性能。

（1）數(shù)據(jù)傳送依賴軟件還是硬件；

（2）傳送數(shù)據(jù)基本單位；

（3）并行性；

（4）主動性；

（5）傳輸速度；

（6）經(jīng)濟性；

（7）應用對象。

解：比較以下：

（1）程序查詢、程序中止方式數(shù)據(jù)傳送主要依賴軟件，DMA主要依賴硬件。第82頁

（2）程序查詢、程序中止傳送數(shù)據(jù)基本單位為字或字節(jié)，DMA為數(shù)據(jù)塊。

（3）程序查詢方式傳送時，CPU與I/O設備串行工作；

程序中止方式時，CPU與I/O設備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送串行進行；

DMA方式時，CPU與I/O設備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送并行進行。第83頁

（4）程序查詢方式時，CPU主動查詢I/O設備狀態(tài)；

程序中止及DMA方式時，CPU被動接收I/O中止請求或DMA請求。

（5）程序中止方式因為軟件額外開銷時間比較大，所以傳輸速度最慢；

程序查詢方式軟件額外開銷時間基本沒有，所以傳輸速度比中止快；

DMA方式基本由硬件實現(xiàn)傳送，所以速度最快；第84頁

（6）程序查詢接口硬件結(jié)構(gòu)最簡單，所以最經(jīng)濟；

程序中止接口硬件結(jié)構(gòu)稍微復雜一些，所以較經(jīng)濟；

DMA控制器硬件結(jié)構(gòu)最復雜，所以成本最高；

（7）程序中止方式適合用于中、低速設備I/O交換；

程序查詢方式適合用于中、低速實時處理過程；

DMA方式適合用于高速設備I/O交換；第85頁30.什么是多重中止？實現(xiàn)多重中止必要條件是什么？

解：多重中止是指：當CPU執(zhí)行某個中止服務程序過程中，發(fā)生了更高級、更緊迫事件，CPU暫?，F(xiàn)行中止服務程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理該事件中止，處理完返回現(xiàn)行中止服務程序繼續(xù)執(zhí)行過程。

實現(xiàn)多重中止必要條件是：在現(xiàn)行中止服務期間，中止允許觸發(fā)器為1，即開中止。返回目錄第86頁

補充題：

一、某CRT顯示器可顯示64種ASCII字符，每幀可顯示72字×24排；每個字符字形采取7×8點陣，即橫向7點，字間間隔1點，縱向8點，排間間隔6點；幀頻50Hz，采取逐行掃描方式。假設不考慮屏幕四邊失真問題，且行回掃和幀回掃均占掃描時間20%，問：

1）顯存容量最少有多大？

2）字符發(fā)生器（ROM）容量最少有多大？

3）顯存中存放是那種信息？

4）顯存地址與屏幕顯示位置怎樣對應？第87頁5）設置哪些計數(shù)器以控制顯存訪問與屏幕掃描之間同時？它們模各是多少？

6）點時鐘頻率為多少？

解：1）顯存最小容量=72×24×8=1728B

2）ROM最小容量=64×8行×8列

=512B（含字間隔1點）

3）顯存中存放是ASCII碼信息。

4）顯存每個地址對應一個字符顯示位置，顯示位置自左至右，從上到下，分別對應緩存地址由低到高。

5）設置點計數(shù)器、字計數(shù)器、行計數(shù)器、排計數(shù)器控制顯存訪問與屏幕掃描之間同時。第88頁

它們模計算以下：

點計數(shù)器模=7+1=8

行計數(shù)器模=8+6=14

字、排計數(shù)器模不但與掃描正程時間相關，而且與掃描逆程時間相關，所以計算較為復雜。

列方程：（72+x）×0.8=72

（24+y）×0.8=24

解方程得：x=18，y=6，則：

字計數(shù)器模=72+18=90

排計數(shù)器模=24+6=30

6）點頻=50Hz×30排×14行×90字×8點=15120000Hz

=15.12MHz第89頁

二、有一編碼鍵盤，其鍵陣列為8行×16列，分別對應128種ASCII碼字符，采取硬件掃描方式確認按鍵信號，問：

1）掃描計數(shù)器應為多少位？

2）ROM容量為多大？

3）若行、列號均從0開始編排，則當?shù)?行第7列鍵表示字母“F”時，CPU從鍵盤讀入二進制編碼應為多少（設采取奇校驗）？

4）參考教材圖5.15，畫出該鍵盤原理性邏輯框圖；

5）假如不考慮校驗技術，此時ROM是否可?。康?0頁

解：1）掃描計數(shù)器=7位

（與鍵個數(shù)相關）

2）ROM容量=128×8=128B

（與字符集大小相關）

3）CPU從鍵盤讀入應為字符“F”ASCII碼=01000110，其中最高位為奇校驗位。

4）該鍵盤原理性邏輯框圖見下頁，與教材圖5.15類似，主要需標明參數(shù)。

5）假如不考慮校驗技術，并按ASCII碼位序設計鍵陣列，則ROM編碼表可省，此時7位計數(shù)器輸出值即為ASCII碼。第91頁8X16鍵盤矩陣該鍵盤原理性邏輯框圖以下：七位計數(shù)器時鐘發(fā)生器ROM128BCPU列譯碼器4:16行譯碼器3:8中止觸發(fā)器單穩(wěn)延遲-RD-CS地址譯碼輸入第92頁

三、一針式打印機采取7×9點陣打印字符，每行可打印132個字符，共有96種可打印字符，用帶偶校驗位ASCII碼表示。問：

1）打印緩存容量最少有多大？

2）字符發(fā)生器容量最少有多大？

3）列計數(shù)器應有多少位？

4）緩存地址計數(shù)器應有多少位？

解：

1）打印緩存最小容量=132×8

=132B

（考慮偶校驗位）

2）ROM最小容量=96×7列×9行

=672×9位第93頁3）列計數(shù)器=3位

（7列向上取2冪）

4）緩存地址計數(shù)器=8位

（132向上取2冪）返回目錄第94頁計算機運算方法第六章第95頁2.已知X=0.a1a2a3a4a5a6（ai為0或1），討論以下幾個情況時ai各取何值。

（1）X>1/2；（2）X1/8；

（3）1/4X>1/16

解：（1）若要X>1/2，只要a1=1，a2~a6不全為0即可（a2ora3ora4ora5ora6=1）；

（2）若要X1/8，只要a1~a3不全為0即可（a1ora2ora3=1），a4~a6可任取0或1；第96頁（3）若要1/4X>1/16，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a4~a6可任取0或1；

當a2=1時，a3~a6可任取0或1。

3.設x為整數(shù)，[x]補=1，x1x2x3x4x5，若要求x<-16，試問x1~x5應取何值？

解：若要x<-16，需x1=0，x2~x5任意。（注：負數(shù)絕對值大反而小。）第97頁4.設機器數(shù)字長為8位（含1位符號位在內(nèi)），寫出對應以下各真值原碼、補碼和反碼。

-13/64，29/128，100，-87

解：真值與不一樣機器碼對應關系以下：

真值十進制二進制原碼反碼補碼-13/64-0.0011011.00110101.11001011.110011029/1280.00111010.00111010.00111010.0011101

10011001000,11001000,11001000,1100100

-87-10101111,10101111,01010001,0101001第98頁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對應關系以下：[x]補

[x]原

x（二進制）x（十進制）

1.11001.0100-0.0100-1/41.10011.0111-0.0111-7/16

0.11100.1110+0.1110+7/81.0000無-1.0000-1

1，01011，1011-1011-111，11001，0100-0100-4

0，01110，0111+0111+71，0000無-10000-16第99頁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x

0，則

[x]補=[x]原成立；

若x<0，則當x=-1/2時，

[x]補=[x]原成立。

當x為整數(shù)時，若x

0，則

[x]補=[x]原成立；

若x<0，則當x=-64時，

[x]補=[x]原成立。第100頁7.設x為真值，x*為絕對值，說明[-x*]補=[-x]補能否成立。

解：當x為真值，x*為絕對值時，[-x*]補=[-x]補不能成立。[-x*]補=[-x]補結(jié)論只在x>0時成立。當x<0時，因為[-x*]補是一個負值，而[-x]補是一個正值，所以此時[-x*]補不等于[-x]補。

8.討論若[x]補>[y]補，是否有x>y？

解：若[x]補>[y]補，不一定有x>y。[x]補>[y]補時x>y結(jié)論只在x>0、y>0，及x<0、y<0時成立。當x<0、y>0時，有x>y，但因為負數(shù)補碼符號位為1，則[x]補<[y]補。一樣，當x<0、y>0時，有x<y，但[x]補>[y]補。第101頁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，所對應十進制數(shù)各為多少（設機器數(shù)采取一位符號位）？

解：真值和機器數(shù)對應關系以下：

十六進制

真值

無符號數(shù)

原碼反碼補碼移碼9BH二進制十進制10011011155-11011-27-1100100-100-1100101-101+11011+27FFH二進制十進制11111111255-1111111-127-0000000-0-0000001-1+1111111+127第102頁10.在整數(shù)定點機中，設機器數(shù)采取一位符號位，寫出±0原碼、補碼、反碼和移碼，得出什么結(jié)論？

解：0機器數(shù)形式以下：

真值

原碼

補碼

反碼

移碼+00，00…00，00…00，00…01，00…0

-01，00…00，00…01，11…11，00…011.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、補碼和反碼全部形式，并注明其對應十進制真值。第103頁解：機器數(shù)與對應真值形式以下：

真值（二進制）

真值（十進制）

原碼

反碼

補碼

整數(shù)

+111+110+101+100+011+010+001+000

+7+6+5+4