計(jì)算機(jī)組成原理課后答案

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第 一 章 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)計(jì)算機(jī)硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理或邏輯的綜合體。 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體。 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：馮氏計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：P9 · 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)以同一形式（二進(jìn)制形式）存于存儲(chǔ)器中； · 指令由操作碼、地址碼兩大部分組成； · 指令在存儲(chǔ)器中

2、順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行； · 以運(yùn)算器為中心（原始馮氏機(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：P10 主機(jī)是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由CPU+MM（主存或內(nèi)存）組成； CPU中央處理器（機(jī)），是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器+控制器組成； 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??； 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；

3、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； 機(jī)器字長(zhǎng)CPU能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)； 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： CPUCentral Processing Unit，中央處理機(jī)（器），見(jiàn)7題； PCProgram Counter，程序計(jì)數(shù)器，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的計(jì)數(shù)器； IRInstruction Register，指令寄

4、存器，存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的寄存器； CUControl Unit，控制單元（部件），控制器中產(chǎn)生微操作命令序列的部件，為控制器的核心部件； ALUArithmetic Logic Unit，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，運(yùn)算器中完成算術(shù)邏輯運(yùn)算的邏輯部件； ACCAccumulator，累加器，運(yùn)算器中運(yùn)算前存放操作數(shù)、運(yùn)算后存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器； MQMultiplier-Quotient Register，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(zhuān)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)； MARMemory Ad

5、dress Register，存儲(chǔ)器地址寄存器，內(nèi)存中用來(lái)存放欲訪問(wèn)存儲(chǔ)單元地址的寄存器； MDRMemory Data Register，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，主存中用來(lái)存放從某單元讀出、或?qū)懭肽炒鎯?chǔ)單元數(shù)據(jù)的寄存器； I/OInput/Output equipment，輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱(chēng)，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送； MIPSMillion Instruction Per Second，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； CPICycle Per Instruction，執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)計(jì)量單位之一；

6、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)硬件主要通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即：取指周期（或取指微程序）取出的既為指令，執(zhí)行周期（或相應(yīng)微程序）取出的既為數(shù)據(jù)。 另外也可通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，從PC指出的存儲(chǔ)單元取出的是指令，由指令地址碼部分提供操作數(shù)地址。系 統(tǒng) 總 線第 三 章 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)？ 解：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

7、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？ 解：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)求方式判優(yōu)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。 解： 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（

8、從模塊）指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成傳輸?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。 解： 同步通信由統(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； 異步通信不由統(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)？ 解： 半

9、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plug and play？哪些總線有這一特點(diǎn)？ 解： 總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類(lèi)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； plug and play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。 解：此題實(shí)際上是要求設(shè)計(jì)一個(gè)雙向總線收發(fā)器，設(shè)計(jì)要素為三態(tài)、方向、使能等控制功能的實(shí)現(xiàn)，可參考74LS245等總線緩沖器芯片內(nèi)部電路。 邏輯圖如

10、下：（n位） 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)DA、DB和DC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： T0時(shí)刻完成D總線； T1時(shí)刻完成總線A； T2時(shí)刻完成A總線； T3時(shí)刻完成總線B。 解： （1）采用三態(tài)輸出的D型寄存器74LS374做A、B、C、D四個(gè)寄存器，其輸出可直接掛總線。A、B、C三個(gè)寄存器的輸入采用同一脈沖打入。注意-OE為電平控制，與打入脈沖間的時(shí)間配合關(guān)系為： 現(xiàn)以8位總線為例，設(shè)計(jì)此電路，如下圖示： （2）寄存器設(shè)置同（1），由于本題中發(fā)送、接收不在同一

11、節(jié)拍，因此總線需設(shè)鎖存器緩沖，鎖存器采用74LS373（電平使能輸入）。節(jié)拍、脈沖配合關(guān)系如下： 節(jié)拍、脈沖分配邏輯如下：節(jié)拍、脈沖時(shí)序圖如下： 以8位總線為例，電路設(shè)計(jì)如下：（圖中，A、B、C、D四個(gè)寄存器與數(shù)據(jù)總線的連接方法同上。）存 儲(chǔ) 器第 四 章 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

12、儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。 存儲(chǔ)器帶寬 = 1/200ns X 32位= 160M位/秒 = 20MB/S = 5M字/秒 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64KB，則： 按字尋址范圍 = 64KX8 / 32=16K字 按字節(jié)編址時(shí)的主存地址分配圖如下： 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，4KX4位，16KX1位，4KX8位，8KX8位 解

13、：地址線和數(shù)據(jù)線的總和 = 14 + 32 = 46根； 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 = 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

14、，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； 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。 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(chēng)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. 畫(huà)出用1024X4位

15、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， 總片數(shù) = 64KX8位 / 1024X4位 = 64X2 = 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位 / 4 = 16KX8位； 組容量 = 頁(yè)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： 頁(yè)面邏輯框圖：（字?jǐn)U展）

16、存儲(chǔ)器邏輯框圖：（字?jǐn)U展） 12. 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(chēng)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 = 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(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。 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 = 219-a；若a = 19，b = 1，總和 = 19+1 = 20；

17、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)、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。 13. 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）

18、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）218 = 256K，則該機(jī)所允許的最大主存空間是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通過(guò)最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配如下： 14. 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(hào)，R/-W作讀寫(xiě)命令信號(hào)（高電平為讀，低電評(píng)為寫(xiě)）?，F(xiàn)有下

19、列存儲(chǔ)芯片：ROM（2KX8位，4KX4位，8KX8位），RAM（1KX4位，2KX8位，4KX8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(lèi)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： （2）選片：ROM：4KX4位：2片； RAM：4KX8位：3片； （3）CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯： 15. 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

20、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A000H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： （2）地址空間分配圖： （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A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平?？赡艿那闆r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

21、端錯(cuò)連或短路；3）該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路； 在此，假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的。 （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=1的地址空間，A13=0的另一半地址空間將永遠(yuǎn)訪問(wèn)不到。若對(duì)A13=0的地址空間進(jìn)行訪問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪問(wèn)到A13=1的對(duì)應(yīng)空間中去。 17. 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，可采取多體交叉存取技術(shù)，圖示如下：8體交叉訪問(wèn)時(shí)序： 23. 畫(huà)出RZ、NRZ、

22、NRZ1、PE、FM寫(xiě)入數(shù)字串1011001的寫(xiě)入電流波形圖。 解： 24. 以寫(xiě)入1001 0110為例，比較調(diào)頻制和改進(jìn)調(diào)頻制的寫(xiě)電流波形圖。 解：寫(xiě)電流波形圖如下： 比較： 1）FM和MFM寫(xiě)電流在位周期中心處的變化規(guī)則相同； 2）MFM制除連續(xù)一串“0”時(shí)兩個(gè)0周期交界處電流仍變化外，基本取消了位周期起始處的電流變化； 3）FM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多兩次磁翻轉(zhuǎn)，MFM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多一次磁翻轉(zhuǎn)，因此MFM制的記錄密度可提高一倍。上圖中示出了在MFM制時(shí)位周期時(shí)間縮短一倍的情況。由圖可知，當(dāng)MFM制記錄密度提高一倍時(shí)，其寫(xiě)電流頻率與FM制的寫(xiě)電流頻率相當(dāng)； 4）由于MFM制并不

23、是每個(gè)位周期都有電流變化，故自同步脈沖的分離需依據(jù)相鄰兩個(gè)位周期的讀出信息產(chǎn)生，自同步技術(shù)比FM制復(fù)雜得多。 25. 畫(huà)出調(diào)相制記錄01100010的驅(qū)動(dòng)電流、記錄磁通、感應(yīng)電勢(shì)、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。 解： 26. 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： 6 X 2 - 2 = 10個(gè)存儲(chǔ)面可用； （2）有效存儲(chǔ)區(qū)域 =（33-22）/

24、 2 = 5.5cm 柱面數(shù) = 40道/cm X 5.5= 220道 （3）內(nèi)層道周長(zhǎng)=22p= 69.08cm 道容量=400位/cmX69.08cm = 3454B 面容量=3454B X 220道 = 759，880B 盤(pán)組總?cè)萘?= 759，880B X 10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 X 40轉(zhuǎn)/秒 = 138，160 B/S 27. 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12 288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求： （1）磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量

25、； （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X12 288B/道X4面 = 13 516 800B （2）最高位密度 = 12 288B/230p= 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 = 12 288B / 340p= 11B/mm = 92位 / mm （向下取整） （3）磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率 = 12 288B X 3000轉(zhuǎn)/分 =12 288B X 50轉(zhuǎn)/秒=614 400B/S

26、（4）平均等待時(shí)間 = 1/50 / 2 = 10ms輸入輸出系統(tǒng)第 五章 1. I/O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/O設(shè)備，不需要安排專(zhuān)門(mén)的I/O指令。 I/O獨(dú)立編址方式時(shí)機(jī)器為I/O設(shè)備專(zhuān)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/O地址與主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的空間，CPU需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的I/O指令來(lái)訪問(wèn)I/O地址空間。 6. 字符顯示器的接口電路中配有緩沖存儲(chǔ)器和只讀

27、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：480×10=4800位/秒=4800波特； 波特是數(shù)據(jù)傳送速率波特率的單位。 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(lèi)？ 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(lèi)方法很多，主要有：

28、 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。 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®地址總線®接口®設(shè)備選擇器譯碼®選中，發(fā)SEL信號(hào)®開(kāi)命令接收門(mén)； 2）CPU發(fā)啟動(dòng)命令® D置0，B置1 ®接口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命令®設(shè)備開(kāi)始工作； 3）CPU等待，輸入設(shè)備讀出數(shù)據(jù)® DBR； 4）外設(shè)工作完成，完成信號(hào)®接口® B置0，D置1；

29、5）準(zhǔn)備就緒信號(hào)®控制總線® CPU； 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(lèi)似。工作過(guò)程如下： 1）CPU發(fā)I/O地址®地址總線®接口®設(shè)備選擇器譯碼®選中，發(fā)SEL信號(hào)®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® D置0，B置1 ®接口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命令®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)®接口&

30、#174; B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。 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/O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

31、態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽碼為0 （MASK=0），且CPU查詢中斷時(shí)，中斷請(qǐng)求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=1）。 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/O的中斷請(qǐng)求？ 解：CPU響應(yīng)I/O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)

32、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=P×N+Q秒 平均每個(gè)數(shù)據(jù)所需處理時(shí)間= （P×N+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/（P×N+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

33、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。 22. 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)閮煞N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）。 24. 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

34、存。停止CPU訪存方式的DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O B C D周期竊取方式的DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O B C D 25. 假設(shè)某設(shè)備向CPU傳送信息的最高頻率是40K次/秒，而相應(yīng)的中斷處理程序其執(zhí)行時(shí)間為40ms，試問(wèn)該外設(shè)是否可用程序中斷方式與主機(jī)交換信息，為什么？ 解：該設(shè)備向CPU傳送信息的時(shí)間間隔 =1/40K=0.025×103=25ms < 40ms 則：該外設(shè)不能用程序中斷方式與主機(jī)交換信息，因?yàn)槠渲袛嗵幚沓绦虻膱?zhí)行速度比該外設(shè)的交換速度慢。 26. 設(shè)

35、磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，分8個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)存儲(chǔ)1K字節(jié)，主存與磁盤(pán)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳送的寬度為16位（即每次傳送16位）。假設(shè)一條指令最長(zhǎng)執(zhí)行時(shí)間是25ms，是否可采用一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案，為什么？若不行，應(yīng)采取什么方案？ 解：先算出磁盤(pán)傳送速度，然后和指令執(zhí)行速度進(jìn)行比較得出結(jié)論。道容量=1KB×8¸16 =1K ×8 ×8 ¸16 =1K ×4=4K字?jǐn)?shù)傳率=4K字×3000轉(zhuǎn)/分 =4K字×50轉(zhuǎn)/秒 =200K字/秒一個(gè)字的傳送時(shí)間=1/200K字/秒=5ms 5 ms<<2

36、5 ms，所以不能采用一條指令執(zhí)行結(jié)束響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案，應(yīng)采取每個(gè)CPU機(jī)器周期末查詢及響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案（通常安排CPU機(jī)器周期=MM存取周期）。 27. 試從下面七個(gè)方面比較程序查詢、程序中斷和DMA三種方式的綜合性能。 （1）數(shù)據(jù)傳送依賴軟件還是硬件； （2）傳送數(shù)據(jù)的基本單位； （3）并行性； （4）主動(dòng)性； （5）傳輸速度； （6）經(jīng)濟(jì)性； （7）應(yīng)用對(duì)象。 解：比較如下： （1）程序查詢、程序中斷方式的數(shù)據(jù)傳送主要依賴軟件，DMA主要依賴硬件。 （2）程序查詢、程序中斷傳送數(shù)據(jù)的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(shí)，CPU與I/O設(shè)備串行工作； 程序

37、中斷方式時(shí)，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送串行進(jìn)行； DMA方式時(shí)，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送并行進(jìn)行。 （4）程序查詢方式時(shí)，CPU主動(dòng)查詢I/O設(shè)備狀態(tài)； 程序中斷及DMA方式時(shí)，CPU被動(dòng)接受I/O中斷請(qǐng)求或DMA請(qǐng)求。 （5）程序中斷方式由于軟件額外開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間比較大，因此傳輸速度最慢； 程序查詢方式軟件額外開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間基本沒(méi)有，因此傳輸速度比中斷快； DMA方式基本由硬件實(shí)現(xiàn)傳送，因此速度最快； （6）程序查詢接口硬件結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，因此最經(jīng)濟(jì)； 程序中斷接口硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些，因此較經(jīng)濟(jì)； DMA控制器硬件結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，因此成本最高； （7）程序中斷方式

38、適用于中、低速設(shè)備的I/O交換； 程序查詢方式適用于中、低速實(shí)時(shí)處理過(guò)程； DMA方式適用于高速設(shè)備的I/O交換； 30. 什么是多重中斷？實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是什么？ 解：多重中斷是指：當(dāng)CPU執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)程序的過(guò)程中，發(fā)生了更高級(jí)、更緊迫的事件，CPU暫停現(xiàn)行中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理該事件的中斷，處理完返回現(xiàn)行中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行的過(guò)程。 實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是：在現(xiàn)行中斷服務(wù)期間，中斷允許觸發(fā)器為1，即開(kāi)中斷。 補(bǔ)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(gè)字符字形采用7×8點(diǎn)陣，即橫向7點(diǎn)，字間間隔1點(diǎn)，縱向8點(diǎn)，

39、排間間隔6點(diǎn)；幀頻50Hz，采取逐行掃描方式。假設(shè)不考慮屏幕四邊的失真問(wèn)題，且行回掃和幀回掃均占掃描時(shí)間的20%，問(wèn)： 1）顯存容量至少有多大？ 2）字符發(fā)生器（ROM）容量至少有多大？ 3）顯存中存放的是那種信息？ 4）顯存地址與屏幕顯示位置如何對(duì)應(yīng)？ 5）設(shè)置哪些計(jì)數(shù)器以控制顯存訪問(wèn)與屏幕掃描之間的同步？它們的模各是多少？ 6）點(diǎn)時(shí)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(diǎn)） 3）顯存中存放的是ASCII碼信息。 4）顯存每個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)字符顯示位置，顯示位置自左

40、至右，從上到下，分別對(duì)應(yīng)緩存地址由低到高。 5）設(shè)置點(diǎn)計(jì)數(shù)器、字計(jì)數(shù)器、行計(jì)數(shù)器、排計(jì)數(shù)器控制顯存訪問(wèn)與屏幕掃描之間的同步。 它們的模計(jì)算如下： 點(diǎn)計(jì)數(shù)器模 = 7+1 = 8 行計(jì)數(shù)器模 = 8 + 6 = 14 字、排計(jì)數(shù)器的模不僅與掃描正程時(shí)間有關(guān)，而且與掃描逆程時(shí)間有關(guān)，因此計(jì)算較為復(fù)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(jì)數(shù)器模 = 72 + 18 = 90 排計(jì)數(shù)器模 = 24 + 6 = 30 6）點(diǎn)頻 = 50Hz × 30排 × 14行 ×

41、; 90字 × 8點(diǎn) = 15 120 000Hz = 15.12MHz 二、有一編碼鍵盤(pán)，其鍵陣列為8行×16列，分別對(duì)應(yīng)128種ASCII碼字符，采用硬件掃描方式確認(rèn)按鍵信號(hào)，問(wèn)： 1）掃描計(jì)數(shù)器應(yīng)為多少位？ 2）ROM容量為多大？ 3）若行、列號(hào)均從0開(kāi)始編排，則當(dāng)?shù)?行第7列的鍵表示字母“F”時(shí)，CPU從鍵盤(pán)讀入的二進(jìn)制編碼應(yīng)為多少（設(shè)采用奇校驗(yàn)） ？ 4）參考教材圖5.15，畫(huà)出該鍵盤(pán)的原理性邏輯框圖； 5）如果不考慮校驗(yàn)技術(shù)，此時(shí)ROM是否可省？ 解：1）掃描計(jì)數(shù)器 = 7位 （與鍵的個(gè)數(shù)有關(guān)） 2）ROM容量 = 128 × 8 = 128B （與字

42、符集大小有關(guān)） 3）CPU從鍵盤(pán)讀入的應(yīng)為字符“F”的ASCII碼 = 01000110，其中最高位為奇校驗(yàn)位。 4）該鍵盤(pán)的原理性邏輯框圖見(jiàn)下頁(yè)，與教材圖5.15類(lèi)似，主要需標(biāo)明參數(shù)。 5）如果不考慮校驗(yàn)技術(shù)，并按ASCII碼位序設(shè)計(jì)鍵陣列，則ROM編碼表可省，此時(shí)7位計(jì)數(shù)器輸出值即為ASCII碼。該鍵盤(pán)的原理性邏輯框圖如下： 三、一針式打印機(jī)采用7×9點(diǎn)陣打印字符，每行可打印132個(gè)字符，共有96種可打印字符，用帶偶校驗(yàn)位的ASCII碼表示。問(wèn)： 1）打印緩存容量至少有多大？ 2）字符發(fā)生器容量至少有多大？ 3）列計(jì)數(shù)器應(yīng)有多少位？ 4）緩存地址計(jì)數(shù)器應(yīng)有多少位？ 解： 1）打印

43、緩存最小容量 = 132×8 = 132B （考慮偶校驗(yàn)位） 2）ROM最小容量 = 96×7列×9行 = 672×9位 3）列計(jì)數(shù)器 = 3位 （7列向上取2的冪） 4）緩存地址計(jì)數(shù)器 = 8位 （132向上取2的冪） 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第 六 章 2. 已知X=0.a1a2a3a4a5a6（ai為0或1），討論下列幾種情況時(shí)ai各取何值。 （1）X > 1/2； （2）X ³ 1/8； （3）1/4 ³ X > 1/16 解： （1）若要X > 1/2，只要a1=1，a2a6不全為0即可（a2 or a3 or a

44、4 or a5 or a6 = 1）； （2）若要X ³ 1/8，只要a1a3不全為0即可（a1 or a2 or a3 =1）， a4a6可任取0或1；（3）若要1/4 ³ X > 1/16，只要a1=0，a2可任取0或1； 當(dāng)a2=0時(shí)，若a3=0，則必須a4=1，且a5、a6不全為0（a5 or a6=1；若a3=1，則a4a6可任取0或1； 當(dāng)a2=1時(shí)， a3a6可任取0或1。 3. 設(shè)x為整數(shù)，x補(bǔ)=1，x1x2x3x4x5，若要求 x < -16，試問(wèn) x1x5 應(yīng)取何值？ 解：若要x < -16，需 x1=0，x2x5 任意。（注：負(fù)數(shù)絕對(duì)

45、值大的反而小。） 4. 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為8位（含1位符號(hào)位在內(nèi)），寫(xiě)出對(duì)應(yīng)下列各真值的原碼、補(bǔ)碼和反碼。 -13/64，29/128，100，-87 解：真值與不同機(jī)器碼對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 5. 已知x補(bǔ)，求x原和x。x1補(bǔ)=1. 1100； x2補(bǔ)=1. 1001； x3補(bǔ)=0. 1110； x4補(bǔ)=1. 0000； x5補(bǔ)=1，0101； x6補(bǔ)=1，1100； x7補(bǔ)=0，0111； x8補(bǔ)=1，0000； 解：x補(bǔ)與x原、x的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 6. 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為8位（含1位符號(hào)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(shí)，x補(bǔ)=x原成立。 解： 當(dāng)x為小數(shù)時(shí)，若x ³ 0，則 x補(bǔ)=x原成立； 若x < 0，則當(dāng)x= -1/2時(shí)， x補(bǔ)=x原成立。 當(dāng)x為整數(shù)時(shí)，若x ³ 0，則 x補(bǔ)=x原成立； 若x < 0，則當(dāng)x= -64時(shí)， x補(bǔ)=x原成立。 7. 設(shè)x為真值，x*為絕對(duì)值，說(shuō)明-x*補(bǔ)=-x補(bǔ)能否成立。 解：當(dāng)x為真值，x*為絕對(duì)值時(shí)，-x*補(bǔ)=-x補(bǔ)不能成立。 -x*補(bǔ)=-x補(bǔ)的結(jié)論只在x>0時(shí)