计算机组成原理书后习题答案(唐朔飞)

计算机组成原理习题答案1第五章1.I/O有哪些编址方式？各有何特点？解：常用的I/O编址方式有两种：I/O与内存统一编址和I/O独立编址；特点：I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O设备和主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。讨论：I/O编址方式的意义：I/O编址方式的选择主要影响到指令系统设计时I/O指令的安排，因此描述其特点时一定要说明此种I/O编址方式对应的I/O指令设置情况。′I/O与内存统一编址方式将I/O地址看成是存储地址的一部分，占用主存空间；问题：确切地讲，I/O与内存统一编址的空间为总线空间，I/O所占用的是内存的扩展空间。I/O独立编址方式有明显的I/O地址标识，′而I/O与内存统一的编址方式没有；问题：无论哪种编址方式，I/O地址都是由相应的指令提供的，而地址本身并没有特殊的标识。2.简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？答：CPU与I/O之间传递信息常采用三种联络方式：直接控制（立即响应）、同步、异步。适用场合分别为：直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。讨论：注意I/O交换方式、I/O传送分类方式与I/O联络方式的区别：串行、并行I/O传送方式常用于描述I/O传送宽度的类型；I/O交换方式主要讨论传送过程的控制方法；I/O联络方式主要解决传送时CPU与I/O之间如何取得通信联系以建立起操作上的同步配合关系。′同步方式适用于CPU与I/O工作速度完全同步的场合。问题：I/O要达到与CPU工作速度完全同步一般是不可能的。同步方式的实质是“就慢不就快”，如采用同步方式一般CPU达不到满负荷工作。6.字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器，各有何作用？解：显示缓冲存储器的作用是支持屏幕扫描时的反复刷新；只读存储器作为字符发生器使用，他起着将字符的ASCII码转换为字形点阵信息的作用。8.某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。字符信息的格式为一位起始位、七位数据位、一位校验位和一位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？解：480×10=4800位/秒=4800波特；波特——是数据传送速率波特率的单位。注：题意中给出的是字符传送速率，即：字符/秒。要求的是数据传送速率，串行传送时一般用波特率表示。两者的区别：字符传送率是数据的“纯”有效传送率，不含数据格式信息；波特率是“毛”传送率，含数据格式信息。10.什么是I/O接口?为什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？解：I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件；I/O接口分类方法很多，主要有：按数据传送方式分有并行接口和串行接口两种；按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。12.结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。解：程序查询接口工作过程如下（以输入为例）：开命令接收门；?选中，发SEL信号?设备选择器译码?接口?地址总线?1）CPU发I/O地址设备开始工作；?接口向设备发启动命令?D置0，B置1?2）CPU发启动命令DBR；?3）CPU等待，输入设备读出数据B置0，D置1；?接口?4）外设工作完成，完成信号CPU；?控制总线?5）准备就绪信号6）输入：CPU通过输入指令（IN）将DBR中的数据取走；若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作与输入类似。工作过程如下：开命令接收门；?选中，发SEL信号?设备选择器译码?接口?地址总线?1）CPU发I/O地址2）输出：CPU通过输出指令（OUT）将数据放入接口DBR中；设备开始工作；?接口向设备发启动命令?D置0，B置1?3）CPU发启动命令4）CPU等待，输出设备将数据从DBR取走；B置0，D置1；?接口?5）外设工作完成，完成信号CPU，CPU可通过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。?控制总线?6）准备就绪信号13.说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。解：中断向量地址和入口地址的区别：计算机组成原理习题答案2向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存地址编号，中断入口地址是中断服务程序首址。中断向量地址和入口地址的联系：中断向量地址可理解为中断服务程序入口地址指示器（入口地址的地址），通过它访存可获得中断服务程序入口地址。(两种方法：在向量地址所指单元内放一条JUM指令；主存中设向量地址表。参考8.4.3）讨论：硬件向量法的实质：当响应中断时，为了更快、更可靠的进入对应的中断服务程序执行，希望由硬件直接提供中断服务程序入口地址。但在内存地址字较长时这是不可能的。因此由硬件先提供中断源编号、再由编号间接地获得中断服务程序入口地址。这种中断源的编号即向量地址。由于一台计算机系统可带的中断源数量很有限，因此向量地址比内存地址短得多，用编码器类逻辑部件实现很方便。14.在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？解：I/O设备向CPU提出中断请求的条件是：I/O接口中的设备工作完成状态为1（D=1），中断屏蔽码为0（MASK=0），且CPU查询中断时，中断请求触发器状态为1（INTR=1）。15.什么是中断允许触发器？它有何作用？解：中断允许触发器是CPU中断系统中的一个部件，他起着开关中断的作用（即中断总开关，则中断屏蔽触发器可视为中断的分开关）。16.在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？解：CPU响应I/O中断请求的条件和时间是：当中断允许状态为1（EINT=1），且至少有一个中断请求被查到，则在一条指令执行完时，响应中断。17.某系统对输入数据进行取样处理，每抽取一个输入数据，CPU就要中断处理一次，将取样的数据存至存储器的缓冲区中，该中断处理需P秒。此外，缓冲区内每存储N个数据，主程序就要将其取出进行处理，这个处理需Q秒。试问该系统可以跟踪到每秒多少次中断请求？解：这是一道求中断饱和度的题，要注意主程序对数据的处理不是中断处理，因此Q秒不能算在中断次数内。N个数据所需的处理时间=P×N+Q秒平均每个数据所需处理时间=（P×N+Q）/N秒；求倒数得：该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/（P×N+Q）次。19.在程序中断方式中，磁盘申请中断的优先权高于打印机。当打印机正在进行打印时，磁盘申请中断请求。试问是否要将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行？为什么？解：这是一道多重中断的题，由于磁盘中断的优先权高于打印机，因此应将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行。因为打印机的速度比磁盘输入输出的速度慢，并且暂停打印不会造成数据丢失。讨论：′打印机不停，理由有如下几种：打印内容已存入打印机缓存；′问题：1）如果打印机无缓存呢？2）如果打印机有缓存，还需要用程序中断方式交换吗？（应用DMA)由于在指令执行末查中断，因此执行打印指令时不会响应磁盘中断。′问题：打印中断处理程序=打印指令？采用字节交叉传送方式，当两者同时请求中断时，先响应盘，再响应打印机，交叉服务。′问题：这是程序中断方式吗？由于打印机速度比CPU慢得多，CPU将数据发送给打印机后，就去为磁盘服务，而这时打印机可自己慢慢打印。问题：停止打印机传送=停止打印机动作？我有打印机，感觉上打印机工作是连贯的；′问题：人的感觉速度=计算机工作速度？22.CPU对DMA请求和中断请求的响应时间是否一样？为什么？解：CPU对DMA请求和中断请求的响应时间不一样，因为两种方式的交换速度相差很大，因此CPU必须以更短的时间间隔查询并响应DMA请求（一个存取周期末）。讨论：CPU对DMA的响应是即时的；′随时都能响应？CPU响应DMA的时间更短；′′DMA比中断速度高；短、高或不一样的具体程度？′不一样。因为DMA与CPU共享主存，会出现两者争用主存的冲突，CPU必须将总线让给DMA接口使用，常用停止CPU访存、周期窃取及DMA与CPU交替访存三种方式有效的分时使用主存；这种情况仅仅存在于DMA与中断程序之间吗？答非所问。计算机组成原理习题答案324.DMA的工作方式中，CPU暂停方式和周期挪用方式的数据传送流程有何不同？画图说明。解：两种DMA方式的工作流程见下页，其主要区别在于传送阶段，现行程序是否完全停止访存。停止CPU访存方式的DMA工作流程如下：现行程序CPUDMACI/OCPUDMACI/OBCD周期窃取方式的DMA工作流程如下：现行程序CPUDMACI/OCPUDMACI/OBCD25.s，试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么？m假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40K次/秒，而相应的中断处理程序其执行时间为40sm解：该设备向CPU传送信息的时间间隔=1/40K=0.025×103=25sm40则：该外设不能用程序中断方式与主机交换信息，因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。讨论：s）比较接近，传送过程会频繁的打断CPU执行主程序，而执行中断服务程序，因此不能用程序中断方式……。ms）与中断处理时间（40m×I/O传送（25错：此时CPU还有可能执行主程序吗？举例说明：（输入）假设初始CPU空闲，则当I/O将第一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中后，向CPU发第一个中断请求，CPU立即响应；I/O设备匀速运行，s时响应；ms后，第二个中断请求到来，CPU正在执行中断程序接收第一个数据，40m25s时响应；ms后，第三个中断请求到来，CPU正在执行中断程序接收第二个数据，要到80m50s后，第四个中断请求到来，但此时第三个中断请求还没有响应，则放在数据缓冲寄存器中的第三个数据来不及接收，被第四个数据冲掉；m75讨论：s，CPU大部分时间处于“踏步等待”状态；m交换一次用时25+40=65′sm错1：25I/O传送间隔主要指设备准备数据的时间（输入），这段时间设备与CPU并行工作。错2：程序中断不存在踏步等待。′10-6=1′40′40K.6秒，时间过长，用程序中断不划算；中断处理程序执行时间=？′错1：设备传送频率错2：越慢速的设备越适合用中断。若外设与CPU之间有足够大的缓冲区，则可以用程序中断方式；′如果安排足够大的缓冲区，为何不用DMA方式？讨论（续）：两者速度相差较小没有必要用中断。′26.s，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？m设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1K字节，主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位（即每次传送16位）。假设一条指令最长执行时间是25解：先算出磁盘传送速度，然后和指令执行速度进行比较得出结论。16?16=1K×8×8?道容量=1KB×8=1K×4=4K字数传率=4K字×3000转/分=4K字×50转/秒=200K字/秒sm5?一个字的传送时间=1/200K字/秒注：在此1K=1024，来自数据块单位缩写。5sm25s，所以不能采用一条指令执行结束响应DMA请求的方案，应采取每个CPU机器周期末查询及响应DMA请求的方案（通常安排CPU机器周期=MM存取周期）。m讨论：扇面、扇段和扇区：扇面指磁盘分区后形成的扇形区域；扇段指扇面上一个磁道所对应的弧形区域；扇区通常用来泛指扇面或扇段。由于磁盘是沿柱面存取而不是沿扇面存取，因此习惯上扇区即指扇段，不用特别说明也不会引起误会。问题：是否磁盘转一圈读完所有扇区上的磁道？答：应为：磁盘转一圈读完一个磁道上的所有扇区，然后转到下一盘面的同一位置磁道接着读(如果文件未读完的话