计算机组成原理(蒋本珊)第七章

第七章１．外部设备有哪些主要功能？可以分为哪些大类？各类中有哪些典型设备？解：外部设备的主要功能有数据的输入、输出、成批存储以及对信息的加工处理等。外部设备可以分为五大类：输入输出设备、辅助存储器、终端设备、过程控制设备和脱机设备。其典型设备有键盘、打印机、磁盘、智能终端、数／模转换器和键盘－软盘数据站等。２．说明磁介质存储器的存储原理。解：磁介质存储器的存储过程是一种电磁转换的过程。在磁介质存储器中，信息是记录在一薄层磁性材料上的，这个薄层称为磁层。磁层与所附着的载体称为记录介质或记录媒体。磁头是磁记录设备的关键部件之一，是一种电磁转换元件，能把电脉冲表示的二进制代码转换成磁记录介质上的磁化状态，即电→磁转换；反过来，能把磁记录介质上的磁化状态转换成电脉冲，即磁→电转换。３．分别用RZ、NRZ、NRZ唱１、PE、FM、MFM和M２FM制记录方式记录下述数据序列，画出写电流波形。（１）１１０１１０１１１０１１０（２）１０１０１１００１１０００解：（１）写电流波形如图７-９（a）所示。（２）写电流波形如图７-９（b）所示。４．若对磁介质存储器写入数据序列１００１１，请画出不归零唱１制、调相制、调频制、改进的调频制等记录方式的写电流波形。解：写电流波形如图７-１０所示。５．主存储器与磁介质存储器在工作速度方面的指标有什么不同？为什么磁盘存储器采用两个以上的指标来说明其工作速度？解：主存储器速度指标主要有存取速度和存取周期，而磁介质存储器速度指标为平均存取时间，这是因为磁介质存储器采用顺序存取或直接存取方式。磁盘存储器的平均存取时间至少应当包括平均寻道时间和平均等待时间两部分，因为磁盘存储器首先需要将磁头移动到指定的磁道上，然后将记录块旋转到磁头下方才能进行读写。６．某磁盘组有六片磁盘，每片可有两个记录面，存储区域内径为２２cm，外径为３３cm，道密度４０道／cm，位密度４００b／cm，转速２４００r／min。试问：（１）共有多少个存储面可用？（２）共有多少个圆柱面？（３）整个磁盘组的总存储容量有多少？（４）数据传送率是多少？（５）如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一存储面上还是记录在同一圆柱面上？为什么？（６）如果采用定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？７．某磁盘存储器的转速为３０００r／min，共有４个盘面，５道／mm，每道记录信息１２２８８B，最小磁道直径为２３０mm，共有２７５道。试问：（１）该磁盘存储器的存储容量是多少？（２）最高位密度和最低位密度是多少？（３）磁盘的数据传送率是多少？（４）平均等待时间是多少？解：（１）磁盘存储器的容量＝４×２７５×１２２８８B＝１３５１６８００B（２）最高位密度D１＝每道信息量÷内圈圆周长＝１２２８８÷（π×最小磁道直径）≈１７B／mm。最低位密度D２＝每道信息量÷外圈圆周长＝１２２８８÷（π×最大磁道直径）≈１１．５B／mm。（３）磁盘数据传输率C＝５０×１２２８８＝６１４４００B／s８．某磁盘组有效盘面２０个，每个盘面上有８００个磁道。每个磁道上的有效记忆容量为１３０００B，块间隔２３５B，旋转速度３０００r／min。试问：（１）在该磁盘存储器中，若以１０００B为一个记录，这样，一个磁道能存放１０个记录。若要存放１２万个记录，需要多少个圆柱面（一个记录不允许跨越多个磁道）？（２）这个磁盘存储器的平均等待时间是多少？（３）数据传送率是多少？解：（１）一个圆柱面可存放２００个记录，１２００００个记录需要６００个圆柱面。（２）平均等待时间为旋转半圈的时间，１０ms。９．某磁盘格式化为２４个扇区和２０条磁道。该盘能按需要选择顺时针或逆时针旋转，旋转一圈的时间为３６０ms，读一块数据的时间为１ms。该片上有３个文件：文件A从磁道６、扇区１开始占有２块；文件B从磁道２、扇区５开始占有５块；文件C从磁道５、扇区３开始占有３块。试问：该磁盘的平均等待时间为多少？平均寻道时间是多少？若磁头移动和磁盘转动不同时进行，且磁头的初始位置在磁道０、扇区０，按顺序C、B、A读出上述３个文件，总的时间是多少？在相同的初始位置情况下，读出上述３个文件的最短时间是多少？此时文件的读出次序应当怎样排列？解：平均等待时间为１８０ms。磁盘分为２４个扇区，等待一个扇区的时间为１５ms。平均寻道时间为磁头移动１０条磁道的时间，设移动一个磁道的时间为n，则平均寻道时间为１０n。按顺序C、B、A读出上述３个文件，总的时间包括：总的寻道时间：移动５道时间＋移动３道时间＋移动４道时间＝移动１２道时间＝１２n总的等待时间：（３＋１＋９）×１５＝１９５ms总的读出数据时间：（３＋５＋２）×１＝１０ms读出上述３个文件的最短时间包括：总的寻道时间：移动２道时间＋移动３道时间＋移动１道时间＝移动６道时间＝６n总的等待时间：（５＋７＋５）×１５＝２５５ms总的读出数据时间不变。此时文件的读出次序为B、C、A。１０．什么是光盘？简述光盘的工作原理。解：相对于利用磁通变化和磁化电流进行读写的磁盘而言，用光学方式读写信息的圆盘称为光盘，以光盘为存储介质的存储器称为光盘存储器。CD唱ROM光盘上有一条从内向外的由凹痕和平坦表面相互交替而组成的连续的螺旋形路径，当一束激光照射在盘面上，靠盘面上有无凹痕的不同反射率来读出程序和数据。CD唱R光盘的写入是利用聚焦成１μm左右的激光束的热能，使记录介质表面的形状发生永久性变化而完成的，所以只能写入一次，不能抹除和改写。CD唱RW光盘是利用激光照射引起记录介质的可逆性物理变化来进行读写的，光盘上有一个相位变化刻录层，所以CD唱RW光盘又称为相变光盘。１１．键盘属于什么设备？它有哪些类型？如何消除键开关的抖动？简述非编码键盘查询键位置码的过程。解：键盘是计算机系统不可缺少的输入设备。键盘可分为两大类型：编码键盘和非编码键盘。非编码键盘用较为简单的硬件和专门的键盘扫描程序来识别按键的位置。消除键开关抖动的方法分硬件和软件两种。硬件的方法是增设去抖电路；软件的方法是在键盘程序中加入延时子程序，以避开抖动时间。键盘扫描程序查询键位置码的过程为：①查询是否有键按下。②查询已按下键的位置。③按行号和列号求键的位置码。１２．说明针式打印和字模式打印有何不同？各有什么优缺点？解：针式打印机利用若干根打印针组成的点阵来构成字符；字模式打印机将各种字符塑压或刻制在印字机构的表面上，印字机构如同印章一样，可将其上的字符在打印纸上印出。针式打印机以点阵图拼出所需字形，不需要固定字模，它组字非常灵活，可打印各种字符和图形、表格和汉字等，字形轮廓一般不如字模式清晰；字模式打印机打印的字迹清晰，但字模数量有限，组字不灵活，不能打印汉字和图形。１３．什么是随机扫描？什么是光栅扫描？各有什么优缺点？解：扫描方式有两种：光栅扫描和随机扫描。在光栅扫描方式中，电子束在水平和垂直同步信号的控制下有规律的扫描整个屏幕。这种方式的控制比较简单，画面质量较好且稳定，但对行扫描频率要求较高。在随机扫描方式中，电子束能在屏幕上进行随机运动，其轨迹随显示内容变化而变化，只在需要显示字符和图形的地方扫描，而不必扫描全屏。这种方式显示速度快、画面清晰，尤其是线条的轮廓十分光滑，一般用于高清晰度的专用图形显示器中，但这种方式的控制比较复杂，而且只能用于字符和图形显示，不适于显示随机图像。１４．什么是分辨率？什么是灰度级？它们各有什么作用？解：分辨率由每帧画面的像素数决定，而像素具有明暗和色彩属性。黑白图像的明暗程度称为灰度，明暗变化的数量称为灰度级，分辨率和灰度级越高，显示的图像越清晰、逼真。１５．某字符显示器，采用７×９点阵方式，每行可显示６０个字符，缓存容量至少为１２６０字节，并采用７位标准编码，试问：（１）如改用５×７字符点阵，其缓存容量为多少？（设行距、字距不变———行距为５，字距为１。）（２）如果最多可显示１２８种字符，上述两种显示方式各需多大容量的字符发生器ROM？解：（１）因为显示器原来的缓存为１２６０B，每行可显示６０个字符，据此可计算出显示器的字符行数：１２６０÷６０＝２１（行）因为，原字符窗口＝８×１４＝（７＋１）×（９＋５），现字符窗口＝６×１２＝（５＋１）×（７＋５）。所以，现显示器每行可显示８０个字符，显示器可显示的字符行数为２４行。故缓存的容量为８０×２４＝１９２０B。（２）ROM中为行点阵码７×９点阵方式：１２８×９×７＝１１５２×７（位）＝１１５２（字节）５×７点阵方式：１２８×７×５＝８９６×５（位）＝８９６（字节）注：为存储方便，每个行点阵码占用一个字节。１６．某CRT显示器可显示６４种ASCII字符，每帧可显示６４列×２５行，每个字符点阵为７×８，即横向７点，字间间隔１点，纵向８点，排间间隔６点，场频５０Hz，采用逐行扫描方式。试问：（１）缓存容量有多大？（２）字符发生器（ROM）容量有多大？（３）缓存中存放的是字符的ASCII码还是字符的点阵信息？（４）缓存地址与屏幕显示位置如何对应？（５）设置哪些计数器以控制缓存访问与屏幕扫描之间的同步？它们的分频关系如何？解：（１）缓存容量：６４×２５＝１，６KB（不考虑显示属性），６４×２５×２＝３．２KB（考虑显示属性）。（２）字符发生器（ROM）容量＝６４×８＝５１２B。（３）缓存中存放的是字符的ASCII码。（４）屏幕显示位置自左至右，从上到下，相应地缓存地址由低到高，每个地址码对应一个字符显示位置。设字符在屏幕上的位置坐标为（X，Y），即行地址为X，列地址为Y，则缓存地址＝X×８０＋Y（未考虑显示属性）。（５）设置４个计数器以控制缓存访问与屏幕扫描之间的同步。它们的分频关系是：点计数器：８分频（包括横向７点和字间间隔１点）。字计数器：７９分频（包括一行显示６４个字符和水平回扫折合的字符数）。行计数器：１４分频（包括纵向８点，排间间隔６点）。排计数器：２６分频（包括显示２５排字符和垂直回扫折合的字符排数）。１７．某CRT字符显示器，每帧可显示８０列×２０行，每个字符是７×９点阵，字符窗口９×１４，场频为５０Hz。试问：（１）缓存采用什么存储器，其中存放的内容是什么？容量应为多大？（２）缓存地址如何安排？若在２４３号单元存放的内容要显示出来，其屏幕上X和Y的坐标应是多少？（３）字符点阵存放在何处？如何读出显示？（４）计算出主振频率以及点计数器、字计数器、行计数器、排计数器的分频频率。解：（１）缓存采用随机存储器，其中存放的内容是字符的ASCII码，容量至少为１６００字节（不含显示属性）。（２）屏幕上最多可显示１６００个字符，缓存地址与屏幕显示位置的排号和列号具有对应关系。若要将缓存２４３号单元存放的内容显示出来，其屏幕上X和Y的坐标均为３（从０开始计），即在屏幕的第４行第４列上有字符显示。（３）字符点阵存放在字库中，根据字符的ASCII码逐行读出点阵显示。（４）主振频率＝５０×２１×１４×９８×９≈１２．９７MHz。点计数器：９分频。字计数器：（８０＋１８）分频。行计数器：１４分频。排计数器：（２０＋１）分频。１８．若用CRT作图形显示器，其分辨率为６４０×２００，沿横向每８点的信息存放在缓存中，场频为６０Hz。试问：（１）缓存的基本容量是多少？（２）地址如何安排？（３）点计数器、字节计数器、行计数器各为多少分频？（４）它和字符显示器有哪些不同？解：（１）缓存的基本容量是１６０００字节（不考虑灰度级）。（２）缓存地址为行号×８０＋列号。（３）点计数器：８分频。字节计数器：（８０＋L）分频，其中L次计数，作为行线逆程回扫折合的字节数。行计数器：（２００＋M）分频，其中M次计数，作为场逆程回扫折合的行数。（４）图形显示器和字符显示器不同在于：图形显示器需将每个像素的信息都存放在VRAM中，而字符显示器只需将要显示的ASCII码存放在VRAM中，字符的点阵来自字符发生器ROM。１９．某字符显示器分辨率为４０列×２５行，字符点阵５×７，横向间隔２点，排间间隔４点，问：缓存VRAM容量至少应多大？应设置哪几级同步计数器？它们的