計(jì)算機(jī)組成原理課后答案(唐朔飛第二版)

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1.什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件？硬件和軟件哪個(gè)

更重要？

解：P3

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。

計(jì)算機(jī)硬件：指計(jì)算機(jī)中的電子線路和物理裝置。

計(jì)算機(jī)軟件：計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料。

硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。

5.馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？

解：馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：P8

?計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)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(chǔ)器內(nèi)，并可以按地址訪

問(wèn)；

?指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示；

?指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來(lái)表示操作的

性質(zhì)，地址碼用來(lái)表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置；

?指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行；

?機(jī)器以運(yùn)算器為中心（原始馮?諾依曼機(jī)）。

7.解釋下列概念:

主機(jī)、CPU、主存、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)

字、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)。

解：P9-10

主機(jī)：是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由CPU和主存儲(chǔ)器MM合成為

主機(jī)。

CPU：中央處理器，是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器和控制

器組成；（早期的運(yùn)算器和控制器不在同一芯片上，現(xiàn)在的CPU內(nèi)除

含有運(yùn)算器和控制器外還集成了CACHE）o

主存：計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，為計(jì)算機(jī)

的主要工作存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存??；由存儲(chǔ)體、各種邏輯部件及控制電

路組成。

存儲(chǔ)單元：可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位。

存儲(chǔ)元件：存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的

存儲(chǔ)單位，又叫存儲(chǔ)基元或存儲(chǔ)元，不能單獨(dú)存取。

存儲(chǔ)字：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位。

存儲(chǔ)字長(zhǎng)：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)。

存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代碼的總量；（通常主、輔存容

量分開(kāi)描述）。

機(jī)器字長(zhǎng)：指CPU一次能處理的二進(jìn)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(zhǎng)：一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)。

8.解釋下列英文縮寫(xiě)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：CentralProcessingUnit,中央處理機(jī)（器），是計(jì)算機(jī)

硬件的核心部件，主要由運(yùn)算器和控制器組成。

PC：ProgramCounter,程序計(jì)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(dòng)計(jì)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(yùn)算單元，為運(yùn)算器

的核心部件，其功能是進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算。

ACC：Accumulator,累加器，是運(yùn)算器中既能存放運(yùn)算前的操

作數(shù)，又能存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器。

MQ：Multiplier-QuotientRegister,乘商寄存器，乘法運(yùn)算

時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。

X：此字母沒(méi)有專指的縮寫(xiě)含義，可以用作任一部件名，在此表

示操作數(shù)寄存器，即運(yùn)算器中工作寄存器之一，用來(lái)存放操作數(shù)；

MAR：MemoryAddressRegister,存儲(chǔ)器地址寄存器，在主存

中用來(lái)存放欲訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。

MDR：MemoryDataRegister,存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存

中用來(lái)存放從某單元讀出、或要寫(xiě)入某存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送。

MIPS：MillionInstructionPerSecond,每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指

令數(shù)，為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位。

9.畫(huà)出主機(jī)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(biāo)出完成該指令(包括取指令

階段)的信息流程(如一①)。假設(shè)主存容量為256M*32位，在指令

字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)相等的條件下，指出圖中各寄存器的位數(shù)。

解：主機(jī)框圖如P13圖1.11所示。

(1)STAM指令：PC-MAR,MAR-MM,MM-MDR,MDR-IR,

OP(IR)-CU,Ad(IR)fMAR,ACC-MDR,MAR

-MM,WR

(2)ADDM指令：PC-MAR,MAR-MM,MM—MDR,MDR-IR,

OP(IR)fCU,Ad(IR)-MAR,RD,MM-MDR,

MDRfX,ADD,ALUfACC,ACC—MDR,WR

假設(shè)主存容量256M*32位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)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(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？

解：計(jì)算機(jī)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下2種方法：

?通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)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(guò)地址來(lái)源區(qū)分，由PC提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是指令,

由指令地址碼部分提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是操作數(shù)。

第2章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

1.通常計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？

答：P22

主要以組成計(jì)算機(jī)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(shuō)明專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別。

答：按照計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性可以將

計(jì)算機(jī)劃分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，但犧

牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用計(jì)算機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的

計(jì)算機(jī)，但適應(yīng)性很差。例如個(gè)人電腦和計(jì)算器。

第3章系統(tǒng)總線

1.什么是總線？總線傳輸有何特點(diǎn)？為了減輕總線負(fù)載，總線上的

部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)？

答：P41.總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件。

總線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸，即

分時(shí)使用。

為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過(guò)三態(tài)驅(qū)動(dòng)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(jiàn)的集中式總線控制有幾種？各

有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？

答：總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問(wèn)題;

常見(jiàn)的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵儭⒂?jì)數(shù)器定時(shí)查詢、獨(dú)

立請(qǐng)求；

特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感;

計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制

過(guò)程較復(fù)雜；獨(dú)立請(qǐng)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

通信控制。

答：P46O

總線寬度：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(shí)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(hào)線可以分時(shí)傳輸不同的信號(hào)。

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(dòng)接受主設(shè)備發(fā)來(lái)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(shí)間；

總線的通信控制：指總線傳送過(guò)程中雙方的時(shí)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(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差,

當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合

于速度差別不大的場(chǎng)合。

異步通信：指沒(méi)有統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)

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(shí)，有利于提高總線工作效率。

8.為什么說(shuō)半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)？

答：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通

信那樣允許傳輸時(shí)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(biāo)準(zhǔn)？你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？

什么叫plugandplay?哪些總線有這一特點(diǎn)？

答：總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問(wèn)題;

目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有：ISA、EISA、PCI等；

plugandplay：即插即用,EISA、PCI等具有此功能。

11.畫(huà)一個(gè)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(mén)，就可以使總線具有雙向傳輸功能。

a(>—t-----1,-b(>

4^---------

ai—■—￡>----------r—bi

L-------------

an—^—―-T>----------r—K

4^—

a至bb室a

12.設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個(gè)寄存器，要求選用合適的74

系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計(jì)：

(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)D-A、D-B和DfC寄存器間

的傳送；

(2)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下列操作：

TO時(shí)刻完成Df總線；

T1時(shí)刻完成總線一A；

T2時(shí)刻完成A一總線；

T3時(shí)刻完成總線fB。

解：(1)由T打開(kāi)三態(tài)門(mén)將D寄存器中的內(nèi)容送至總線bus,由cp

脈沖同時(shí)將總線上的數(shù)據(jù)打入到A、B、C寄存器中。T和cp的時(shí)間

關(guān)系如圖(1)所示。

圖⑴

(2)三態(tài)門(mén)1受T0+T1控制，以確保TO時(shí)刻Df總線，以及

T1時(shí)刻總線f接收門(mén)IfA。三態(tài)門(mén)2受T2+T3控制，以確保T2時(shí)

刻A一總線,以及T3時(shí)刻總線一接收門(mén)2-B。TO、Tl、T2、T3波形

圖如圖(2)所示。

BUSir

圖⑵

3.14設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHz,一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。

如果一個(gè)總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問(wèn)總線的帶寬是多少？

解；總線寬度=16位/8=2B總線帶寬=8MHzX2B

=16MB/s

3.15在一個(gè)32位的總線系統(tǒng)中，總線的時(shí)鐘頻率為66MHz,假設(shè)

總線最短傳輸周期為4個(gè)時(shí)鐘周期，試計(jì)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/8=4B時(shí)鐘周期=1/66MHz=0.015由

總線最短傳輸周期=0.015MX4=0.06a

總線最大數(shù)據(jù)傳輸率=4B/0.06M=66.67MB/S

解法2：總線工作頻率=66MHz/4=16.5MHz總線最大數(shù)據(jù)傳輸

率=16.5MHzX4B=66MB/s

若想提高總線的數(shù)據(jù)傳輸率，可提高總線的時(shí)鐘頻率，或減

少總線周期中的時(shí)鐘個(gè)數(shù)，或增加總線寬度。

3.16在異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)

位、1個(gè)校驗(yàn)位、2個(gè)終止位。若要求每秒傳送120個(gè)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X12位=1440

波特

比特率=1440波特X(8/12)=960bps或：比特率=120

幀/秒X8=960bps

第四章

0.靜態(tài)RAM與動(dòng)態(tài)RAM的區(qū)別

靜態(tài)RAM(SRAM)速度非?？?，只要電源存在內(nèi)容就不會(huì)自動(dòng)消失。其

基本存儲(chǔ)電路為6個(gè)M0S管組成1位，因此集成度相對(duì)較低，功耗也

較大。一般高速緩沖存儲(chǔ)器用它組成。

動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)的內(nèi)容在10-3或10-6秒之后自動(dòng)消失，因

此必須周期性的在內(nèi)容消失之前進(jìn)行刷新。由于它的基本存儲(chǔ)電路由

一個(gè)晶體管及一個(gè)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(gè)額外的刷新電路。DRAM運(yùn)行速度較慢，SRAM

比DRAM要快2~5倍，一般，PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器都采用DRAM組成。

1.輔助儲(chǔ)存的技術(shù)的指標(biāo)

(1)記錄密度Dt=l/pDb=fl/nd(min)

(2)儲(chǔ)存容量C=NKS

(3)平均尋址時(shí)間Ta=Tsa+Twd

(4)數(shù)據(jù)傳輸率Dv=Db*V

(5)誤碼率

2.Cache的三種映射方式：

(1)直接映射實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不夠靈活。

(2)全相聯(lián)映射

(3)組相聯(lián)映射

3.存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)如何管理這些層次？

答：存儲(chǔ)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(gè)存

儲(chǔ)層次上。

Cache-主存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要對(duì)CPU訪存起加速作用，即從

整體運(yùn)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(jià)卻接近于主存。

主存-輔存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，即從程序員的角

度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主

存。

綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)看，就達(dá)到了

速度快、容量大、位價(jià)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(dòng)完成。而主存

與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn),即將主存與輔存

的一部分通過(guò)軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲(chǔ)器,程序員可使用這個(gè)比

主存實(shí)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(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間

與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作

對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)都是透明的。

4.說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。

解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作

的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)

間。即：

存取周期=存取時(shí)間+恢復(fù)時(shí)間

5.什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位,存取周

期為200ns,則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？

解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。

存儲(chǔ)器帶寬=l/200ns義32位=160M位/秒=20MB/秒=5M

字/秒

注意：字長(zhǎng)32位，不是16位。(注：lns=l(Ts)

6.某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)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(huà)出主存字地址和字節(jié)地址的分配情

況。

解：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，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)。

7.一個(gè)容量為16Kx32位的存儲(chǔ)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(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？

1KX4位，2KX8位，4K義4位，16Kxi位，4KX8位，8KX8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(shí)，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)=1X32=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(shuō)明刷新有幾種方法。

解：刷新：對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫(xiě)過(guò)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(shí)補(bǔ)

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(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新，

存在CPU訪存死時(shí)間。

分散式：在每個(gè)讀/寫(xiě)周期之后插入一個(gè)刷新周期，無(wú)CPU訪存死

時(shí)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(diǎn)：

?動(dòng)作機(jī)制一樣。都是利用DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀操作時(shí)的重

寫(xiě)過(guò)程實(shí)現(xiàn)；

?操作性質(zhì)一樣。都是屬于重寫(xiě)操作。

區(qū)另Ij:

?解決的問(wèn)題不一樣。再生主要解決DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀出

時(shí)的信息重寫(xiě)問(wèn)題；刷新主要解決長(zhǎng)時(shí)間不訪存時(shí)的信息衰減問(wèn)題。

-操作的時(shí)間不一樣。再生緊跟在讀操作之后，時(shí)間上是隨機(jī)進(jìn)

行的；刷新以最大間隔時(shí)間為周期定時(shí)重復(fù)進(jìn)行。

?動(dòng)作單位不一樣。再生以存儲(chǔ)單元為單位，每次僅重寫(xiě)剛被讀

出的一個(gè)字的所有位；刷新以行為單位，每次重寫(xiě)整個(gè)存儲(chǔ)器所有芯

片內(nèi)部存儲(chǔ)矩陣的同一行。

?芯片內(nèi)部I/0操作不一樣。讀出再生時(shí)芯片數(shù)據(jù)引腳上有讀出

數(shù)據(jù)輸出；刷新時(shí)由于CAS信號(hào)無(wú)效，芯片數(shù)據(jù)引腳上無(wú)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(chǔ)器工作周期，他不一定

是真正的存儲(chǔ)器工作周期；存取周期是存儲(chǔ)器速度指標(biāo)之一，它反映

了存儲(chǔ)器真正的工作周期時(shí)間。

3、分散刷新是在讀寫(xiě)周期之后插入一個(gè)刷新周期，而不是在

讀寫(xiě)周期內(nèi)插入一個(gè)刷新周期，但此時(shí)讀寫(xiě)周期和刷新周期合起來(lái)構(gòu)

成CPU訪存周期。

4、刷新定時(shí)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(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？

解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。

線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)

器材；

重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為

所選單元。這種方法通過(guò)行、列譯碼信號(hào)的重合來(lái)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(dòng)方式。

11.一個(gè)8KX8位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256X256形

式，存取周期為O.lus。試問(wèn)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:采用集中刷新方式刷新間隔為:2ms,其中刷新死時(shí)間為：256義0.1

口s=25.611s

采用分散刷新方式刷新間隔為：256X0.1U=25.6us

采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms

12.畫(huà)出用1024X4位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為64KX8位的存儲(chǔ)

器邏輯框圖。要求將64K分成4個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面分16組，指出共

需多少片存儲(chǔ)芯片。

解：設(shè)采用SRAM芯片，貝IJ：

總片數(shù)=（64KX8位）/（1024X4位）=64義2=128片

題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁(yè)面、組三級(jí),

因此畫(huà)圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫(huà)。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量：

頁(yè)面容量=總?cè)萘?頁(yè)面數(shù)=64KX8/4=16KX8位，4

片16Kx8字串聯(lián)成64Kx8位

組容量=頁(yè)面容量/組數(shù)=16Kx8位/16=1KX8位，16

片1KX8位字串聯(lián)成16K義8位

組內(nèi)片數(shù)=組容量/片容量=1KX8位/1KX4位=2片，

兩片1KX4位芯片位并聯(lián)成1KX8位

存儲(chǔ)器邏輯框圖：（略）。

13.設(shè)有一個(gè)64Kx8位的RAM芯片，試問(wèn)該芯片共有多少個(gè)基本單

元電路（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯

片，要求對(duì)芯片字長(zhǎng)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(shuō)明有幾種解答。

解：存儲(chǔ)基元總數(shù)=64Kx8位=512K位=2"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(chǔ)元安排

在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的塞的關(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：2aXb=219；

b=2、

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?jǐn)?shù)越少，片字長(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)

減1、片位數(shù)均按2的寨變化。

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(jī)地址碼為18位，若使用4KX4位的RAM芯片組成

模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問(wèn)：

(1)該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？

(2)若每個(gè)模塊板為32Kx8位，共需幾個(gè)模塊板？

(3)每個(gè)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(jī)所允許的最大主存空間是：2環(huán)X8位=256KX8位=

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(guò)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(hào)（3位）芯片號(hào)（3位,片內(nèi)地址（12位）

4.15設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用而函（低電平有

效）作訪存控制信號(hào)，R/W作讀寫(xiě)命令信號(hào)（高電平為讀，低電平

為寫(xiě)）?，F(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片：ROM（2KX8位，4KX4位，8KX8位），

RAM（1KX4位，2KX8位，4K義8位），及74138譯碼器和其他門(mén)電

路（門(mén)電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫(huà)出CPU和存儲(chǔ)

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(chǔ)芯片類型及數(shù)量；

（3）詳細(xì)畫(huà)出片選邏輯。

解：（1）地址空間分配圖：

系統(tǒng)程序區(qū)（網(wǎng)14共4處）：OOOOH-OFFFH

用戶程序區(qū)（RAM共12KB）：1000H-FFFFH

（2）選片：ROM：選擇4KX4位芯片2片，位并聯(lián)RAM：選擇

4KX8位芯片3片，字串聯(lián)（RAM1地址范圍為：1000HTFFFH,RAM2地

址范圍為2000H-2FFFH,RAM3地址范圍為：3000H-3FFFH）

（3）各芯片二進(jìn)制地址分配如下:

A1A1A1A1A1A1AAAAAAAAAA

5432109876543210

R0M10000000000000000

,20000011111111111

RAM10001000000000000

0001111111111111

RAM20010000000000000

0010111111111111

RAM30011000000000000

0011111111111111

CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(3)所示:

圖(3)

16.CPU假設(shè)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(huà)出CPU與存儲(chǔ)芯片的連接圖；

(2)寫(xiě)出每片RAM的地址范圍；

(3)如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以AOOOH為起

始地址的存儲(chǔ)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(chǔ)器芯片連接邏輯圖：

+5V

(2)地址空間分配圖：

RAMO:OOOOH-1FFFH

RAMl:2000H-3FFFH

RAM2:4000H-5FFFH

RAM3:6000H-7FFFH

RAM4:8000H-9FFFH

RAM5:A000H-BFFFH

RAM6:C000H-DFFFH

RAM7:E000H-FFFFH

（3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以AOOOH為

起始地址的存儲(chǔ)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(chǔ)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(cuò)連或短路；

2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路；

3）該片的-CS端與地線錯(cuò)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(huì)出

現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址A13=l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(yuǎn)訪問(wèn)不到。若對(duì)

A13=0的地址空間（偶數(shù)片）進(jìn)行訪問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪問(wèn)到A13=l的

對(duì)應(yīng)空間（奇數(shù)片）中去。

17.寫(xiě)出H00、1101、1110、1111對(duì)應(yīng)的漢明碼。

解：有效信息均為n=4位，假設(shè)有效信息用b4b3b2bl表示

校驗(yàn)位位數(shù)k=3位,（2k>=n+k+l）

設(shè)校驗(yàn)位分別為cl、c2、c3,則漢明碼共4+3=7位，即：

clc2b4c3b3b2bl

校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第1、2、4位

cl=b4?b3?bl

c2=b4?b2?bl

c3=b3?b2?bl

當(dāng)有效信息為1100時(shí)，c3c2cl=011,漢明碼為lllOlOOo

當(dāng)有效信息為1101時(shí)，c3c2cl=100,漢明碼為OOlllOlo

當(dāng)有效信息為1110時(shí)，c3c2cl=101,漢明碼為lOllllOo

當(dāng)有效信息為1111時(shí)，c3c2cl=010,漢明碼為OllOlllo

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(cuò)？第幾位出錯(cuò)？

解：假設(shè)接收到的漢明碼為：cl'c2'b4'c3'b3'b2,bl'

糾錯(cuò)過(guò)程如下：

Pl=cl'十b4'?b3,十bl'

P2=c2'?b4,十b2'十bl'

P3=c3'十b3'十b2'十bl'

如果收到的漢明碼為1100100,則p3P2Pl=011,說(shuō)明代碼有錯(cuò),

第3位（b4’）出錯(cuò)，有效信息為：1100

如果收到的漢明碼為1100111,則p3P2P1=1H,說(shuō)明代碼有錯(cuò),

第7位（bl'）出錯(cuò)，有效信息為：0110

如果收到的漢明碼為1100000,則p3P2P1=110,說(shuō)明代碼有錯(cuò),

第6位（b2，）出錯(cuò)，有效信息為：0010

如果收到的漢明碼為1100001,則p3P2Pl=001,說(shuō)明代碼有錯(cuò),

第1位（cl'）出錯(cuò)，有效信息為：0001

22.某機(jī)字長(zhǎng)16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，若想不改用其他高

速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？畫(huà)圖說(shuō)

明。

解：若想不改用高速存儲(chǔ)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(wèn)時(shí)序如下圖：

1111111

11111111

啟動(dòng)存儲(chǔ)體0111111

―111111

!?1111

啟動(dòng)存儲(chǔ)體1?1111

_?1111

??1111

啟動(dòng)存儲(chǔ)體2-----------1----------------------1-----------1______1-----------1______

?_1111

??1111

啟動(dòng)存儲(chǔ)體3??-1-----------1______1-----------1______

??11??

??~11??

啟動(dòng)存儲(chǔ)體??!???

4?????

??___???

???1??

啟動(dòng)存儲(chǔ)體5????

?_??

??????

啟動(dòng)存儲(chǔ)體6

??????

??????

啟動(dòng)存儲(chǔ)體7??????

??????

?????——?

<-----------單體訪存周期——A；

1

18.什么是“程序訪問(wèn)的局部性”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序

訪問(wèn)的局部性原理？

解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問(wèn)過(guò)的程

序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問(wèn)；在空間上，這些被訪問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往

往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問(wèn)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）0存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache—主存層次采用了程序訪

問(wèn)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(kāi)又有什么好處？

答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處：

1）可提高外部總線的利用率。因?yàn)镃ache在CPU芯片內(nèi)，CPU

訪問(wèn)Cache時(shí)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(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率。

3）可提高存取速度。因?yàn)镃ache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(kāi)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(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。

3）數(shù)據(jù)Cache對(duì)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(diǎn)數(shù)據(jù)（如64位）。

補(bǔ)充：

Cache結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個(gè)措施是分級(jí)實(shí)現(xiàn)，如二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，即

在片內(nèi)Cache（L1）和主存之間再設(shè)一個(gè)片外Cache（L2）,片外緩存

既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn),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(gè)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(wèn)主存和

高速存儲(chǔ)器的地址各為幾位？畫(huà)出主存地址格式。

解：cache組數(shù)：64/4=16,Cache容量為：64*128=2m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=2"字，主存地址19位，地址格式如下：

主存字塊標(biāo)記(8位)組地址(4位)字塊內(nèi)地址(7位)

32.設(shè)某機(jī)主存容量為4MB,Cache容量為16KB,每字塊有8

個(gè)字，每字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映象(即Cache每組內(nèi)共

有4個(gè)字塊)的Cache組織，要求：

(1)畫(huà)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、2……99

號(hào)單元讀出100個(gè)字(主存一次讀出一個(gè)字)，并重復(fù)按此次序讀8

次，問(wèn)命中率是多少？

(3)若Cache的速度是主存的6倍，試問(wèn)有Cache和無(wú)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(hào)字單元時(shí)，將主存0號(hào)

字塊(0~7)調(diào)入Cache(0組x號(hào)塊)，主存讀8號(hào)字單元時(shí)，

將1號(hào)塊(8~15)調(diào)入Cache(1組x號(hào)塊)……主存讀96

號(hào)單元時(shí)，將12號(hào)塊(96~103)調(diào)入Cache(12組x號(hào)塊)。

?共需調(diào)100/813次,就把主存中的100個(gè)數(shù)調(diào)入Cache。

除讀第1遍時(shí)CPU需訪問(wèn)主存13次外，以后重復(fù)讀時(shí)不需再訪問(wèn)

主存。則在800個(gè)讀操作中：

訪Cache次數(shù)=(100-13)+700=787

?0.98?Cache命中率=787/80098%

(3)設(shè)無(wú)Cache時(shí)訪主存需時(shí)800T(T為主存周期)，加入Cache

后需時(shí)：

(131.167+13)T?T/6+13Tx787

144.167T?

5.55倍測(cè)：800T/144.167T

有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高4.55倍左右。

38.磁盤(pán)組有六片磁盤(pán)，每片有兩個(gè)記錄面，存儲(chǔ)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(wèn)：

(1)共有多少存儲(chǔ)面可用？

(2)共有多少柱面？

(3)盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少？

(4)數(shù)據(jù)傳輸率是多少？

解：

(1)若去掉兩個(gè)保護(hù)面，則共有:

6x2-2=10個(gè)存儲(chǔ)面可用；

(2)有效存儲(chǔ)區(qū)域

=(33-22)/2=5.5cm

柱面數(shù)=40道/cmx5.5=220道

=九(3)內(nèi)層道周長(zhǎng)=2269.08cm

道容量=400位/cmx69.08cm

=3454B

面容量=3454Bx220道

=759,880B

盤(pán)組總?cè)萘?759,880Bx10面

=7,598,800B

(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

注意：

1)計(jì)算盤(pán)組容量時(shí)一般應(yīng)去掉上、下保護(hù)面；

的精度選取不同將引起答案不同，一般取兩位小數(shù)；兀2)

盤(pán)組總磁道數(shù)"一個(gè)盤(pán)面上的磁道數(shù))￡3)柱面數(shù)

4)數(shù)據(jù)傳輸率與盤(pán)面數(shù)無(wú)關(guān)；

5)數(shù)據(jù)傳輸率的單位時(shí)間是秒，不是分。

4.39某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤(pán)面，每毫米

5道，每道記錄信息12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mll1,共有275

道，求：

(1)磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)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(pán)數(shù)據(jù)傳輸率；

(4)平均等待時(shí)間。

解：(1)存儲(chǔ)容量=275道X12288B/道X4面=13516800B

(2)最高位密度=12288B/2307iQ17B/mmQ136位/mm(向下

取整)

最大磁道直徑二230mm+275道/5道X2=230mm+110mm=

340mm

最低位密度=12288B/340K^1lB/mm^92位/mm(向

下取整)

(3)磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率=12288BX3000轉(zhuǎn)/分=12288BX50

轉(zhuǎn)/秒=614400B/S

(4)平均等待時(shí)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(chǔ)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(shí)間是磁盤(pán)轉(zhuǎn)半圈的時(shí)間，與容量無(wú)關(guān)。

4.41設(shè)有效信息為110,試用生成多項(xiàng)式G(x)=11011將其編成循

環(huán)冗余校驗(yàn)碼。

解：編碼過(guò)程如下：

M(x)=110n=3

G(x)=11011k+1=5k=4

M(x)?x4=1100000

M(x)?x4/G(x)=1100000/11011=100+1100/11011

R(x)=1100

M(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(cuò)時(shí)，

余數(shù)相同，均為0001。此時(shí)只能檢錯(cuò)，無(wú)法糾錯(cuò)

第五章

1.1/0有哪些編址方式？各有何特點(diǎn)？

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(dú)立編址；

特點(diǎn)：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(gè)地址空間，CPU

可像訪問(wèn)主存一樣訪問(wèn)I/0設(shè)備，不需要安排專門(mén)的I/0指令。

I/0獨(dú)立編址方式時(shí)機(jī)器為I/0設(shè)備專門(mén)安排一套完全不同于

主存地址格式的地址編碼，此時(shí)I/0地址與主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的

空間，CPU需要通過(guò)專門(mén)的I/0指令來(lái)訪問(wèn)I/0地址空間。

討論：I/O編址方式的意義：

I/0編址方式的選擇主要影響到指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)I/0指令的安

排，因此描述其特點(diǎn)時(shí)一定要說(shuō)明此種I/O編址方式對(duì)應(yīng)的I/O

指令設(shè)置情況。

XI/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址方式將I/0地址看成是存儲(chǔ)地址的一部

分，占用主存空間；

問(wèn)題：確切地講，I/0與內(nèi)存統(tǒng)一編址的空間為總線空間，I/0

所占用的是內(nèi)存的擴(kuò)展空間。

I/0獨(dú)立編址方式有明顯的I/0地址標(biāo)識(shí)，X而I/0與內(nèi)存統(tǒng)

一的編址方式?jīng)]有；

問(wèn)題：無(wú)論哪種編址方式，1/0地址都是由相應(yīng)的指令提供的，

而地址本身并沒(méi)有特殊的標(biāo)識(shí)。

2.簡(jiǎn)要說(shuō)明CPU與1/0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(chǎng)合？

答：CPU與1/0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(chǎng)合分別為:

直接控制適用于結(jié)構(gòu)極簡(jiǎn)單、速度極慢的I/0設(shè)備，CPU直接

控制外設(shè)處于某種狀態(tài)而無(wú)須聯(lián)絡(luò)信號(hào)。

同步方式采用統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)進(jìn)行聯(lián)絡(luò),適用于CPU與I/0速度差

不大，近距離傳送的場(chǎng)合。

異步方式采用應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行聯(lián)絡(luò),適用于CPU與I/0速度差較

大、遠(yuǎn)距離傳送的場(chǎng)合。

討論：注意I/0交換方式、1/0傳送分類方式與I/0聯(lián)絡(luò)方式的

區(qū)別：

串行、并行I/0傳送方式常用于描述I/0傳送寬度的類型；

I/0交換方式主要討論傳送過(guò)程的控制方法；

I/0聯(lián)絡(luò)方式主要解決傳送時(shí)CPU與I/0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。

X同步方式適用于CPU與I/0工作速度完全同步的場(chǎng)合。

問(wèn)題：I/0要達(dá)到與CPU工作速度完全同步一般是不可能的。

同步方式的實(shí)質(zhì)是“就慢不就快”，如采用同步方式一般CPU達(dá)不到

滿負(fù)荷工作。

5.3.1/0設(shè)備與主機(jī)交換信息時(shí)，共有哪雞根控制方式？簡(jiǎn)述它

們的特點(diǎn)。

(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(jì)算機(jī)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(jiǎn)單，但由于外部設(shè)備動(dòng)作慢，浪費(fèi)CPU時(shí)間多,

系統(tǒng)效率低。

(2)程序中斷方式：外設(shè)備準(zhǔn)備就緒后中斷方式豬肚通知CPU,

在CPU相應(yīng)I/0設(shè)備的中斷請(qǐng)求后，在暫?，F(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)

為I/0設(shè)備服務(wù)科明顯提高CPU的利用率，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了

主機(jī)和1/0設(shè)備的并行工作，但硬件結(jié)構(gòu)負(fù)載，服務(wù)開(kāi)銷時(shí)間大、

(3)DMA方式與中斷方式一樣，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和I/O設(shè)備的并行

工作，由于DMA方式直接依靠硬件實(shí)現(xiàn)貯存與I/0設(shè)備之間的數(shù)

據(jù)傳送，傳送期間不需要CPU程序干預(yù)，CPU可繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的

程序，因此CPU利用率和系統(tǒng)效率比中斷方式更高，但DMA方式

的硬件結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

I/0通道方式、I/0處理機(jī)方式。

6.字符顯示器的接口電路中配有緩沖存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器，各有何

作用？

解：顯示緩沖存儲(chǔ)器的作用是支持屏幕掃描時(shí)的反復(fù)刷新；只讀

存儲(chǔ)器作為字符發(fā)生器使用，他起著將字符的ASCII碼轉(zhuǎn)換為字形

點(diǎn)陣信息的作用。

8.某計(jì)算機(jī)的I/O設(shè)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(yàn)位和一位停止位。

若要求每秒鐘傳送480個(gè)字符，那么該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率為多

少？

解：480x10=4800位/秒=4800波特；

波特——是數(shù)據(jù)傳送速率波特率的單位。

注：題意中給出的是字符傳送速率，即：字符/秒。要求的是數(shù)據(jù)

傳送速率，串行傳送時(shí)一般用波特率表示。

兩者的區(qū)別：字符傳送率是數(shù)據(jù)的“純”有效傳送率，不含數(shù)據(jù)格式

信息；波特率是“毛”傳送率，含數(shù)據(jù)格式信息。

10.什么是I/O接口？為什么要設(shè)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(shè)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。

5.12結(jié)合程序查詢方式的接口電路，說(shuō)明其工作過(guò)程。

解：程序查詢接口工作過(guò)程如下(以輸入為例)：1)CPU發(fā)I/O地址

f地址總線f接口f設(shè)備選擇器譯碼f選中，發(fā)SEL信號(hào)一開(kāi)命令接

收門(mén)；2)CPU發(fā)啟動(dòng)命令fD置0,B置1f接口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命

令一設(shè)備開(kāi)始工作；3)CPU等待，輸入設(shè)備讀出數(shù)據(jù)fDBR；4)外

設(shè)工作完成，完成信號(hào)f接口fB置0,D置1；5)準(zhǔn)備就緒信號(hào)f

控制總線fCPU；6)輸入：CPU通過(guò)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(guò)

程如下：1)CPU發(fā)I/O地址f地址總線f接口f設(shè)備選擇器譯碼f

選中，發(fā)SEL信號(hào)f開(kāi)命令接收門(mén)；2）輸出：CPU通過(guò)輸出指令（OUT）

將數(shù)據(jù)放入接口DBR中；3）CPU發(fā)啟動(dòng)命令fD置0,B置1f接

口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命令f設(shè)備開(kāi)始工作；4）CPU等待，輸出設(shè)備將數(shù)

據(jù)從DBR取走；5）外設(shè)工作完成，完成信號(hào)f接口fB置0,D置

1；6）準(zhǔn)備就緒信號(hào)-控制總線-CPU,CPU可通過(guò)指令再次向接口

DBR輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行第二次傳送。

13.說(shuō)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(hào)，中斷入口地址是中斷服務(wù)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(wù)程序入口地址指示器（入口地址

的地址），通過(guò)它訪存可獲得中斷服務(wù)程序入口地址。（兩種方法：

在向量地址所指單元內(nèi)放一條JUM指令；主存中設(shè)向量地址表。參

考8.4.3）

討論：

硬件向量法的實(shí)質(zhì)：

當(dāng)響應(yīng)中斷時(shí)，為了更快、更可靠的進(jìn)入對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行,

希望由硬件直接提供中斷服務(wù)程序入口地址。但在內(nèi)存地址字較長(zhǎng)時(shí)

這是不可能的。因此由硬件先提供中斷源編號(hào)、再由編號(hào)間接地獲得

中斷服務(wù)程序入口地址。這種中斷源的編號(hào)即向量地址。

由于一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可帶的中斷源數(shù)量很有限，因此向量地址比內(nèi)

存地址短得多，用編碼器類邏輯部件實(shí)現(xiàn)很方便。

14.在什么條件下，I/O設(shè)備可以向CPU提出中斷請(qǐng)求？

解：I/0設(shè)備向CPU提出中斷請(qǐng)求的條件是：I/O接口中的

設(shè)備工作完成狀態(tài)為1(D=1),中斷屏蔽碼為0(MASK=O),

且CPU查詢中斷時(shí)，中斷請(qǐng)求觸發(fā)器狀態(tài)為1(INTR=1)o

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(gè)部件，他起著開(kāi)

關(guān)中斷的作用(即中斷總開(kāi)關(guān)，則中斷屏蔽觸發(fā)器可視為中斷的分開(kāi)

關(guān))。

16.在什么條件和什么時(shí)間，CPU可以響應(yīng)I/0的中斷請(qǐng)求？

解：CPU響應(yīng)I/0中斷請(qǐng)求的條件和時(shí)間是：當(dāng)中斷允許狀態(tài)

為1(EINT=1),且至少有一個(gè)中斷請(qǐng)求被查到，則在一條指令執(zhí)

行完時(shí)，響應(yīng)中斷。

17.某系統(tǒng)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣處理，每抽取一個(gè)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(chǔ)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(chǔ)N個(gè)數(shù)據(jù)，主程序就要將其取出

進(jìn)行處理，這個(gè)處理需Q秒。試問(wèn)該系統(tǒng)可以跟蹤到每秒多少次中

斷請(qǐng)求？

解：這是一道求中斷飽和度的題，要注意主程序?qū)?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(gè)數(shù)據(jù)所需的處理時(shí)間=PxN+Q秒

平均每個(gè)數(shù)據(jù)所需處理時(shí)間=(PxN+Q)/N秒；

求倒數(shù)得：

該系統(tǒng)跟蹤到的每秒中斷請(qǐng)求數(shù)=N/(PxN+Q)次。

19.在程序中斷方式中，磁盤(pán)申請(qǐng)中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機(jī)。當(dāng)打

印機(jī)正在進(jìn)行打印時(shí)，磁盤(pán)申請(qǐng)中斷請(qǐng)求。試問(wèn)是否要將打印機(jī)輸出

停下來(lái)，等磁盤(pán)操作結(jié)束后，打印機(jī)輸出才能繼續(xù)進(jìn)行？為什么？

解：這是一道多重中斷的題，由于磁盤(pán)中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機(jī),

因此應(yīng)將打印機(jī)輸出停下來(lái)，等磁盤(pán)操作結(jié)束后，打印機(jī)輸出才能繼

續(xù)進(jìn)行。因?yàn)榇蛴C(jī)的速度比磁盤(pán)輸入輸出的速度慢，并且暫停打印

不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。

討論：

x打印機(jī)不停，理由有如下幾種：

打印內(nèi)容已存入打印機(jī)緩存；X

問(wèn)題：1)如果打印機(jī)無(wú)緩存呢？

2)如果打印機(jī)有緩存，還需要用程序中斷方式交換嗎？(應(yīng)

用DMA）

由于在指令執(zhí)行末查中斷，因此執(zhí)行打印指令時(shí)不會(huì)響應(yīng)磁盤(pán)中斷。

X

問(wèn)題：打印中斷處理程序=打印指令？

采用字節(jié)交叉?zhèn)魉头绞?，?dāng)兩者同時(shí)請(qǐng)求中斷時(shí)，先響應(yīng)盤(pán)，再響

應(yīng)打印機(jī)，交叉服務(wù)。X

問(wèn)題：這是程序中斷方式嗎？

由于打印機(jī)速度比CPU慢得多，CPU將數(shù)據(jù)發(fā)送給打印機(jī)后，就

去為磁盤(pán)服務(wù)，而這時(shí)打印機(jī)可自己慢慢打印。x

問(wèn)題：停止打印機(jī)傳送=停止打印機(jī)動(dòng)作？

我有打印機(jī)，感覺(jué)上打印機(jī)工作是連貫的；x

問(wèn)題：人的感覺(jué)速度=計(jì)算機(jī)工作速度？

28.CPU對(duì)DMA請(qǐng)求和中斷請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間是否一樣？為什么？

解：CPU對(duì)DMA請(qǐng)求和中斷請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間不一樣，因?yàn)?/p>

兩種方式的交換速度相差很大，因此CPU必須以更短的時(shí)間間隔查

詢并響應(yīng)DMA請(qǐng)求（一個(gè)存取周期末）。

討論：

CPU對(duì)DMA的響應(yīng)是即時(shí)的；x

隨時(shí)都能響應(yīng)？

CPU響應(yīng)DMA的時(shí)間更短；x

XDMA比中斷速度高；

短、高或不一樣的具體程度？

x不一樣。因?yàn)镈MA與CPU共享主存，會(huì)出現(xiàn)兩者爭(zhēng)用主存的沖

突，CPU必須將總線讓給DMA接口使用，常用停止CPU訪存、

周期竊取及DMA與CPU交替訪存三種方式有效的分時(shí)使用主存；

這種情況僅僅存在于DMA與中斷程序之間嗎？答非所問(wèn)。

30.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(huà)圖說(shuō)明。

解：兩種DMA方式的工作流程見(jiàn)下頁(yè)，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

CPUDMACI/O

BC

D

周期竊取方式的DMA工作流程如下：

現(xiàn)行程序CPUDMACI/O

CPUDMACI/O

BC

D

31.s,試問(wèn)該外設(shè)是否可用