計算機系統概論第一章習題與題解

計算機系統概論第一章習題與題解

1.什么是計算機系統、計算機硬件和計算機軟件？硬件和軟件哪個更重要？

解：P3

計算機系統——計算機硬件、軟件和數據通信設備的物理或邏輯的綜合體。

計算機硬件——計算機的物理實體。

計算機軟件——計算機運行所需的程序及相關資料。

硬件和軟件在計算機系統中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。1.什么是計算機系統、計算機硬件和計算機軟

5.馮·諾依曼計算機的特點是什么？

解：馮氏計算機的特點是：P9

·由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部件組成；

·指令和數據以同一形式（二進制形式）存于存儲器中；

·指令由操作碼、地址碼兩大部分組成；

·指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執行；

·以運算器為中心（原始馮氏機）。5.馮·諾依曼計算機的特點是什么？

7.解釋下列概念：

主機、CPU、主存、存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲元、存儲字、存儲字長、存儲容量、機器字長、指令字長。

解：P10

主機——是計算機硬件的主體部分，由CPU+MM（主存或內存）組成；

CPU——中央處理器（機），是計算機硬件的核心部件，由運算器+控制器組成；

7.解釋下列概念：

主機、CPU、主存、存

主存——計算機中存放正在運行的程序和數據的存儲器，為計算機的主要工作存儲器，可隨機存取；

存儲單元——可存放一個機器字并具有特定存儲地址的存儲單位；

存儲元件——存儲一位二進制信息的物理元件，是存儲器中最小的存儲單位，又叫存儲基元或存儲元，不能單獨存取；

存儲字——一個存儲單元所存二進制代碼的邏輯單位；主存——計算機中存放正在運行的程序和數據的存

存儲字長——一個存儲單元所存二進制代碼的位數；

存儲容量——存儲器中可存二進制代碼的總量；

機器字長——CPU能同時處理的數據位數；

指令字長——一條指令的二進制代碼位數；

存儲字長——一個存儲單元所存二進制代碼的位數8.解釋下列英文縮寫的中文含義：

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，程序計數器，存放當前欲執行指令的地址，并可自動計數形成下一條指令地址的計數器；

IR——InstructionRegister，

指令寄存器，存放當前正在執行的指令的寄存器；8.解釋下列英文縮寫的中文含義：

CPU、

CU——ControlUnit，控制單元（部件），控制器中產生微操作命令序列的部件，為控制器的核心部件；

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

ACC——Accumulator，累加器，運算器中運算前存放操作數、運算后存放運算結果的寄存器；

MQ——Multiplier-QuotientRegister，乘商寄存器，乘法運算時存放乘數、除法時存放商的寄存器。CU——ControlUnit，控制單元

X——此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數寄存器，即運算器中工作寄存器之一，用來存放操作數；

MAR——MemoryAddressRegister，存儲器地址寄存器，內存中用來存放欲訪問存儲單元地址的寄存器；

MDR——MemoryDataRegister，存儲器數據緩沖寄存器，主存中用來存放從某單元讀出、或寫入某存儲單元數據的寄存器；

X——此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一

I/O——Input/Outputequipment，輸入/輸出設備，為輸入設備和輸出設備的總稱，用于計算機內部和外界信息的轉換與傳送；

MIPS——MillionInstructionPerSecond，每秒執行百萬條指令數，為計算機運算速度指標的一種計量單位；

CPI——CyclePerInstruction，執行一條指令所需時鐘周期數，計算機運算速度指標計量單位之一；I/O——Input/Outputequ

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

FLOPS——FloatingPoi10.指令和數據都存于存儲器中,計算機如何區分它們？

解：計算機硬件主要通過不同的時間段來區分指令和數據，即：取指周期（或取指微程序）取出的既為指令，執行周期（或相應微程序）取出的既為數據。

另外也可通過地址來源區分，從PC指出的存儲單元取出的是指令，由指令地址碼部分提供操作數地址。

返回目錄10.指令和數據都存于存儲器中,計算機如何系統總線第三章系統總線第三章1.

什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線負載，總線上的部件應具備什么特點？

解：總線是多個部件共享的傳輸部件；

總線傳輸的特點是：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，總線上的部件應通過三態驅動緩沖電路與總線連通。1.什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減4.為什么要設置總線判優控制？常見的集中式總線控制有幾種？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：總線判優控制解決多個部件同時申請總線時的使用權分配問題；

常見的集中式總線控制有三種：

鏈式查詢、計數器查詢、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；計數器查詢方式優先級設置較靈活，對故障不敏感，連線及控制過程較復雜；獨立請求方式判優速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。4.為什么要設置總線判優控制？常見的集中5.解釋下列概念：總線的主設備（或主模塊）、總線的從設備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。

解：

總線的主設備（主模塊）——指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權的設備（模塊）；

總線的從設備（從模塊）——指一次總線傳輸期間，配合主設備完成傳輸的設備（模塊），它只能被動接受主設備發來的命令；

5.解釋下列概念：總線的主設備（或主模塊

總線的傳輸周期——總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時間；

總線的通信控制——指總線傳送過程中雙方的時間配合方式。總線的傳輸周期——總線完成一次完整而可靠的傳6.試比較同步通信和異步通信。

解：

同步通信——由統一時鐘控制的通信，控制方式簡單，靈活性差，當系統中各部件工作速度差異較大時，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場合；

異步通信——不由統一時鐘控制的通信，部件間采用應答方式進行聯系，控制方式較同步復雜，靈活性高，當系統中各部件工作速度差異較大時，有利于提高總線工作效率。6.試比較同步通信和異步通信。

8.為什么說半同步通信同時保留了同步通信和異步通信的特點？

解：

半同步通信既能像同步通信那樣由統一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時間不一致，因此工作效率介于兩者之間。

8.為什么說半同步通信同時保留了同步通信10.為什么要設置總線標準？你知道目前流行的總線標準有哪些？什么叫plugandplay？哪些總線有這一特點？

解：

總線標準的設置主要解決不同廠家各類模塊化產品的兼容問題；

目前流行的總線標準有：ISA、EISA、PCI等；

plugandplay——即插即用，EISA、PCI等具有此功能。10.為什么要設置總線標準？你知道目前流11.畫一個具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。

解：此題實際上是要求設計一個雙向總線收發器，設計要素為三態、方向、使能等控制功能的實現，可參考74LS245等總線緩沖器芯片內部電路。邏輯圖如下：（n位）GDIRA1B1AnBn……………………11.畫一個具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖12.設數據總線上接有A、B、C、D四個寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列邏輯設計：

（1）設計一個電路，在同一時間實現D→A、D→B和D→C寄存器間的傳送；

（2）設計一個電路，實現下列操作：

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。12.設數據總線上接有A、B、C、D四個寄

解：

（1）采用三態輸出的D型寄存器74LS374做A、B、C、D四個寄存器，其輸出可直接掛總線。A、B、C三個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。解：

（1）采用三態輸出的D型寄

現以8位總線為例，設計此電路，如下圖示：數據總線D7D0BUSA1Q8QOE1D8D374

D1Q8QOE1D8D374

A1Q8QOE1D8D374

B1Q8QOE1D8D374

CBUSCBUSBBUSDDBUSCBUSBBUSABUS現以8位總線為例，設計此電路，如下圖示：數據

（2）寄存器設置同（1），由于本題中發送、接收不在同一節拍，因此總線需設鎖存器緩沖，鎖存器采用74LS373（電平使能輸入）。節拍、脈沖配合關系如下：時鐘：CLK：節拍電平：Ti：打入脈沖：Pi：

圖中，脈沖包在電平中，為了留有較多的傳送時間，脈沖設置在靠近電平后沿處。（2）寄存器設置同（1），由于本題中發送、接

節拍、脈沖分配邏輯如下：二位格雷碼同步計數器1&&&&111GY0Y11/2139Y2ABY31CLKP0P1P2P3T0T1T2T3-T0-T1-T2-T3節拍、脈沖分配邏輯如下：二位1&&&&111節拍、脈沖時序圖如下：時鐘：CLK：輸出：T0：

T1：

T2：

T3：輸入：P0：

P1：

P2：

P3：節拍、脈沖時序圖如下：時鐘：CLK：

以8位總線為例，電路設計如下：

（圖中，A、B、C、D四個寄存器與數據總線的連接方法同上。）>=11Q8QOE1D8D374

A1Q8QOE1D8D374

BBUSBDBUSCBUSBBUSABUSBUSA1Q8QOE1D8D374

DBUSD1Q8QOEG1D8D3731Q8QOE1D8DBUSC374

C>=1T1T3T0T2數據總線（D7~D0）令：ABUS=-T2DBUS=-T0BUSA=P1BUSB=P3返回目錄以8位總線為例，電路設計如下：

（圖中，A、存儲器第四章存儲器第四章4.說明存取周期和存取時間的區別。

解：存取周期和存取時間的主要區別是：存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢復時間。即：

存取周期=存取時間+恢復時間

5.什么是存儲器的帶寬？若存儲器的數據總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲器的帶寬是多少？

解：存儲器的帶寬指單位時間內從存儲器進出信息的最大數量。

存儲器帶寬=1/200nsX32位

=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒4.說明存取周期和存取時間的區別。

6.某機字長為32位，其存儲容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節編址，試畫出主存字地址和字節地址的分配情況。

解：存儲容量是64KB時，按字節編址的尋址范圍就是64KB，則：

按字尋址范圍=64KX8/32=16K字

按字節編址時的主存地址分配圖如下：0123…………65465534655327…………6553565533字地址

HB—————字節地址—————LB048……65528655326.某機字長為32位，其存儲容量是64K7.一個容量為16KX32位的存儲器，其地址線和數據線的總和是多少？當選用下列不同規格的存儲芯片時，各需要多少片？

1KX4位，2KX8位，4KX4位，16KX1位，4KX8位，8KX8位

解：

地址線和數據線的總和=14+32=46根；

各需要的片數為：

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7.一個容量為16KX32位的存儲器，其地9.什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。

解：刷新——對DRAM定期進行的全部重寫過程；

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補充，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：在最大刷新間隔時間內，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：是集中式和分散式的折衷。9.什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾10.半導體存儲器芯片的譯碼驅動方式有幾種？

解：半導體存儲器芯片的譯碼驅動方式有兩種：線選法和重合法。

線選法：地址譯碼信號只選中同一個字的所有位，結構簡單，費器材；

重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號的重合來選址，也稱矩陣譯碼。可大大節省器材用量，是最常用的譯碼驅動方式。10.半導體存儲器芯片的譯碼驅動方式有幾種11.畫出用1024X4位的存儲芯片組成一個容量為64KX8位的存儲器邏輯框圖。要求將64K分成4個頁面，每個頁面分16組，指出共需多少片存儲芯片。

解：設采用SRAM芯片，

總片數

=64KX8位/1024X4位

=64X2=128片

題意分析：本題設計的存儲器結構上分為總體、頁面、組三級，因此畫圖時也應分三級畫。首先應確定各級的容量：

頁面容量

=總容量/頁面數

=64KX8位/4

=16KX8位；11.畫出用1024X4位的存儲芯片組成一

組容量

=頁面容量/組數

=16KX8位/16=1KX8位；

組內片數=組容量/片容量

=1KX8位/1KX4位=2片；

地址分配：1KX4SRAM1KX4SRAMA9~0-WE-CSiD7D6D5D4D3D2D1D0頁面號組號組內地址2410

組邏輯圖如下：（位擴展）1KX8組容量=頁面容量/組數

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頁面邏輯框圖：（字擴展）1KX8（組0）1K

存儲器邏輯框圖：（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存儲器邏輯框圖：（字擴展）16KX8（頁面012.設有一個64KX8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存儲基元）？欲設計一種具有上述同樣多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應滿足地址線和數據線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數據線，并說明有幾種解答。

解：

存儲基元總數

=64KX8位

=512K位=219位；

思路：如要滿足地址線和數據線總和最小，應盡量把存儲元安排在字向，因為地址位數和字數成2的冪的關系，可較好地壓縮線數。12.設有一個64KX8位的RAM芯片，試

設地址線根數為a，數據線根數為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：片字數越少，片字長越長，引腳數越多。片字數、片位數均按2的冪變化。

結論：如果滿足地址線和數據線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線=19根，數據線=1根；或地址線=18根，數據線=2根。設地址線根數為a，數據線根數為b，則片容量為13.某8位微型機地址碼為18位，若使用4KX4位的RAM芯片組成模塊板結構的存儲器，試問：

（1）該機所允許的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）每個模塊板內共有幾片RAM芯片？

（4）共有多少片RAM？

（5）CPU如何選擇各模塊板？13.某8位微型機地址碼為18位，若使用4

解：

（1）218=256K，則該機所允許的最大主存空間是256KX8位（或256KB）；

（2）模塊板總數=256KX8/32KX8

=8塊；

（3）板內片數=32KX8位/4KX4位

=8X2=16片；

（4）總片數=16片X8=128片；

（5）CPU通過最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配如下：板地址片地址片內地址331217151412110解：

（1）218=256K，則14.設CPU共有16根地址線，8根數據線，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）。現有下列存儲芯片：

ROM（2KX8位，4KX4位，8KX8位），RAM（1KX4位，2KX8位，4KX8位），及74138譯碼器和其他門電路（門電路自定）。試從上述規格中選用合適芯片，畫出CPU和存儲芯片的連接圖。要求：

（1）最小4K地址為系統程序區，4096~16383地址范圍為用戶程序區；

（2）指出選用的存儲芯片類型及數量；

（3）詳細畫出片選邏輯。14.設CPU共有16根地址線，8根數據線

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（2）選片：ROM：4KX4位：2片；

15.CPU假設同上題，現有8片8KX8位的RAM芯片與CPU相連，試回答：

（1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲芯片的連接圖；

（2）寫出每片RAM的地址范圍；

（3）如果運行時發現不論往哪片RAM寫入數據后，以A000H為起始地址的存儲芯片都有與其相同的數據，分析故障原因。

（4）根據（1）的連接圖，若出現地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現什么后果？15.CPU假設同上題，現有8片8KX8位

解：

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

（1）CPU與存儲器芯片連接邏

（2）地址空間分配圖：8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAMY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70~81918192~1638316384~2457524576~3276732768~4095940960~4915149152~5734357344~65535（2）地址空間分配圖：8KX8RAMY0

（3）如果運行時發現不論往哪片RAM寫入數據后，以A000H為起始地址的存儲芯片都有與其相同的數據，則根本的故障原因為：該存儲芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。可能的情況有：

1）該片的-CS端與-WE端錯連或短路；

2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯連或短路；

3）該片的-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的。（3）如果運行時發現不論往哪片RAM寫入數據

（4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會出現A13恒為“1”的情況。此時存儲器只能尋址A13=1的地址空間，A13=0的另一半地址空間將永遠訪問不到。若對A13=0的地址空間進行訪問，只能錯誤地訪問到A13=1的對應空間中去。（4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到17.某機字長16位，常規的存儲空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？畫圖說明。

解：若想不改用高速存儲芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取多體交叉存取技術，圖示如下：08……M08K19……M18K210……M28K311……M38K412……M48K513……M58K614……M68K715……M78K存儲管理存儲總線17.某機字長16位，常規的存儲空間為648體交叉訪問時序：啟動M0：啟動M1：啟動M2：啟動M3：啟動M4：啟動M5：啟動M6：啟動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儲總線上獲得一個數據。返回目錄8體交叉訪問時序：啟動M0：t單體存取周期由圖可知：每隔1/23.畫出RZ、NRZ、NRZ1、PE、FM寫入數字串1011001的寫入電流波形圖。

解：RZ：NRZ：NRZ1：PE：FM：1011001ttttt23.畫出RZ、NRZ、NRZ1、PE、F24.以寫入10010110為例，比較調頻制和改進調頻制的寫電流波形圖。

解：寫電流波形圖如下：FM:MFM:MFM:10010110tt10010110頻率提高一倍后的MFM制。t24.以寫入10010110為例，比較調

比較：

1）FM和MFM寫電流在位周期中心處的變化規則相同；

2）MFM制除連續一串“0”時兩個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制記錄一位二進制代碼最多兩次磁翻轉，MFM制記錄一位二進制代碼最多一次磁翻轉，因此MFM制的記錄密度可提高一倍。上圖中示出了在MFM制時位周期時間縮短一倍的情況。由圖可知，當MFM制記錄密度提高一倍時，其寫電流頻率與FM制的寫電流頻率相當；比較：

1）FM和MFM寫電4）由于MFM制并不是每個位周期都有電流變化，故自同步脈沖的分離需依據相鄰兩個位周期的讀出信息產生，自同步技術比FM制復雜得多。4）由于MFM制并不是每個位周期都有電流變25.畫出調相制記錄01100010的驅動電流、記錄磁通、感應電勢、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。

解：I：：e：T：D：01100010ttttt25.畫出調相制記錄01100010的驅動26.磁盤組有六片磁盤，每片有兩個記錄面，存儲區域內徑22厘米，外徑33厘米，道密度為40道/厘米，內層密度為400位/厘米，轉速2400轉/分，問：

（1）共有多少存儲面可用？

（2）共有多少柱面？

（3）盤組總存儲容量是多少？

（4）數據傳輸率是多少？26.磁盤組有六片磁盤，每片有兩個記錄面，

解：

（1）若去掉兩個保護面，則共有：

6X2-2=10個存儲面可用；

（2）有效存儲區域

=（33-22）/2=5.5cm

柱面數

=40道/cmX5.5=220道

（3）內層道周長=22=69.08cm

道容量=400位/cmX69.08cm

=3454B

面容量=3454BX220道

=759，880B

盤組總容量=759，880BX10面

=7，598，800B解：

（1）若去掉兩個保護面（4）轉速

=2400轉/60秒

=40轉/秒

數據傳輸率

=3454BX40轉/秒

=138，160B/S

27.某磁盤存儲器轉速為3000轉/分，共有4個記錄盤面，每毫米5道，每道記錄信息12288字節，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求：

（1）磁盤存儲器的存儲容量；

（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度；

（3）磁盤數據傳輸率；

（4）平均等待時間。（4）轉速=2400轉/60秒

解：

（1）存儲容量

=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）磁盤數據傳輸率

=12288BX3000轉/分

=12288BX50轉/秒=614400B/S

（4）平均等待時間

=1/50/2=10ms返回目錄解：

（1）存儲容量=275道X12288B輸入輸出系統第五章輸入輸出系統第五章

1.I/O有哪些編址方式？各有何特點？

解：常用的I/O編址方式有兩種：I/O與內存統一編址和I/O獨立編址；

特點：I/O與內存統一編址方式的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，不需要安排專門的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同于主存地址格式的地址編碼，此時I/O地址與主存地址是兩個獨立的空間，CPU需要通過專門的I/O指令來訪問I/O地址空間。1.I/O有哪些編址方式？各有何特點？

6.字符顯示器的接口電路中配有緩沖存儲器和只讀存儲器，各有何作用？

解：顯示緩沖存儲器的作用是支持屏幕掃描時的反復刷新；只讀存儲器作為字符發生器使用，他起著將字符的ASCII碼轉換為字形點陣信息的作用。6.字符顯示器的接口電路中配有緩沖存儲器和8.某計算機的I/O設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、七位數據位、一位校驗位和一位停止位。若要求每秒鐘傳送480個字符，那么該設備的數據傳送速率為多少？

解：480×10=4800位/秒=4800波特；

波特——是數據傳送速率波特率的單位。8.某計算機的I/O設備采用異步串行傳送方10.什么是I/O接口?為什么要設置I/O接口？I/O接口如何分類？

解：I/O接口一般指CPU和I/O設備間的連接部件；I/O接口分類方法很多，主要有：

按數據傳送方式分有并行接口和

串行接口兩種；

按數據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。10.什么是I/O接口?為什么要設置I/O12.結合程序查詢方式的接口電路，說明其工作過程。

解：程序查詢接口工作過程如下（以輸入為例）：

1）CPU發I/O地址地址總線接口設備選擇器譯碼選中，發SEL信號開命令接收門；

2）CPU發啟動命令

D置0，B置1

接口向設備發啟動命令設備開始工作；

3）CPU等待，輸入設備讀出數據

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通過輸入指令（IN）將DBR中的數據取走；12.結合程序查詢方式的接口電路，說明其工

若為輸出，除數據傳送方向相反以外，其他操作與輸入類似。工作過程如下：

1）CPU發I/O地址地址總線接口設備選擇器譯碼選中，發SEL信號開命令接收門；

2）輸出：CPU通過輸出指令（OUT）將數據放入接口DBR中；

3）CPU發啟動命令

D置0，B置1

接口向設備發啟動命令設備開始工作；

4）CPU等待，輸出設備將數據從

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可通過指令再次向接口DBR輸出數據，進行第二次傳送。若為輸出，除數據傳送方向相反以外，其他操作與

13.說明中斷向量地址和入口地址的區別和聯系。

解：

中斷向量地址和入口地址的區別：

向量地址是硬件電路（向量編碼器）產生的中斷源的內存地址編號，中斷入口地址是中斷服務程序首址。

中斷向量地址和入口地址的聯系：

中斷向量地址可理解為中斷服務程序入口地址指示器（入口地址的地址），通過它訪存可獲得中斷服務程序入口地址。13.說明中斷向量地址和入口地址的區別和聯14.在什么條件下，I/O設備可以向CPU提出中斷請求？

解：I/O設備向CPU提出中斷請求的條件是：I/O接口中的設備工作完成狀態為1（D=1），中斷屏蔽碼為0（MASK=0），且CPU查詢中斷時，中斷請求觸發器狀態為1（INTR=1）。

15.什么是中斷允許觸發器？它有何作用？

解：中斷允許觸發器是CPU中斷系統中的一個部件，他起著開關中斷的作用（即中斷總開關，則中斷屏蔽觸發器可視為中斷的分開關）。14.在什么條件下，I/O設備可以向CPU

16.在什么條件和什么時間，CPU可以響應I/O的中斷請求？

解：CPU響應I/O中斷請求的條件和時間是：當中斷允許狀態為1（EINT=1），且至少有一個中斷請求被查到，則在一條指令執行完時，響應中斷。

17.某系統對輸入數據進行取樣處理，每抽取一個輸入數據，CPU就要中斷處理一次，將取樣的數據存至存儲器的緩沖區中，該中斷處理需P秒。此外，緩沖區內每存儲N個數據，主程序就要將其取出進行處理，這個處理需Q秒。試問該系統可以跟蹤到每秒多少次中斷請求？16.在什么條件和什么時間，CPU可以響

解：這是一道求中斷飽和度的題，要注意主程序對數據的處理不是中斷處理，因此Q秒不能算在中斷次數內。

N個數據所需的處理時間=P×N+Q秒

平均每個數據所需處理時間=（P×N+Q）/N秒；

求倒數得：

該系統跟蹤到的每秒中斷請求數=N/（P×N+Q）次。解：這是一道求中斷飽和度的題，要注意主程序對

19.在程序中斷方式中，磁盤申請中斷的優先權高于打印機。當打印機正在進行打印時，磁盤申請中斷請求。試問是否要將打印機輸出停下來，等磁盤操作結束后，打印機輸出才能繼續進行？為什么？

解：這是一道多重中斷的題，由于磁盤中斷的優先權高于打印機，因此應將打印機輸出停下來，等磁盤操作結束后，打印機輸出才能繼續進行。因為打印機的速度比磁盤輸入輸出的速度慢，并且暫停打印不會造成數據丟失。

19.在程序中斷方式中，磁盤申請中斷的優先

22.CPU對DMA請求和中斷請求的響應時間是否一樣？為什么？

解：CPU對DMA請求和中斷請求的響應時間不一樣，因為兩種方式的交換速度相差很大，因此CPU必須以更短的時間間隔查詢并響應DMA請求（一個存取周期末）。

24.DMA的工作方式中，CPU暫停方式和周期挪用方式的數據傳送流程有何不同？畫圖說明。

解：兩種DMA方式的工作流程見下頁，其主要區別在于傳送階段，現行程序是否完全停止訪存。22.CPU對DMA請求和中斷請求的響應停止CPU訪存方式的DMA工作流程如下：

現行程序CPUDMACI/ODMA預處理：

向DMAC送MM緩沖區首址；I/O設備地址；交換個數；啟動I/O現行程序開始工作啟動I/O準備就緒DMA請求I/O數據送BR或(BR)送I/O總線請求現行程序AA數據傳送：響應，停止CPU訪存準備下個數據(AR)送MM(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；就緒DMA請求現行程序等待BI/O數據送BR或(BR)送I/OCD讓出總線停止CPU訪存方式的DMA工作流程如下：

現行程序CPUDMACI/O

BCD準備下個數據(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；中斷請求現行程序響應中斷后處理：中斷服務程序：校驗、錯誤檢測、停止外設或再啟動及初始化。現行程序I/O停止WC=0現行程序等待CPU周期竊取方式的DMA工作流程如下：

現行程序CPUDMACI/ODMA預處理：

向DMAC送MM緩沖區首址；I/O設備地址；交換個數；啟動I/O現行程序開始工作啟動I/O準備就緒DMA請求I/O數據送BR或(BR)送I/O總線請求現行程序AA數據傳送：響應，讓出一個MM周期準備下個數據(AR)送MM(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；就緒DMA請求現行程序總線請求BI/O數據送BR或(BR)送I/OCD周期竊取方式的DMA工作流程如下：

現行程序CPUDMACI/O

BCD數據傳送：

響應，讓出一個MM周期準備下個數據(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；中斷請求現行程序響應中斷后處理：中斷服務程序：校驗、錯誤檢測、停止外設或再啟動及初始化。現行程序I/O停止WC=0CPU25.假設某設備向CPU傳送信息的最高頻率是40K次/秒，而相應的中斷處理程序其執行時間為40s，試問該外設是否可用程序中斷方式與主機交換信息，為什么？

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

則：該外設不能用程序中斷方式與主機交換信息，因為其中斷處理程序的執行速度比該外設的交換速度慢。25.假設某設備向CPU傳送信息的最高頻率

26.設磁盤存儲器轉速為3000轉/分，分8個扇區，每扇區存儲1K字節，主存與磁盤存儲器數據傳送的寬度為16位（即每次傳送16位）。假設一條指令最長執行時間是25s，是否可采用一條指令執行結束時響應DMA請求的方案，為什么？若不行，應采取什么方案？26.設磁盤存儲器轉速為3000轉/分

解：先算出磁盤傳送速度，然后和指令執行速度進行比較得出結論。

道容量=1KB×816=1K×8×816

=1K×4=4K字

數傳率=4K字×3000轉/分

=4K字×50轉/秒=200K字/秒

一個字的傳送時間=1/200K字/秒=5s

5s<<25s，所以不能采用一條指令執行結束響應DMA請求的方案，應采取每個CPU機器周期末查詢及響應DMA請求的方案（通常安排CPU機器周期=MM存取周期）。解：先算出磁盤傳送速度，然后和指令執行速度進27.試從下面七個方面比較程序查詢、程序中斷和DMA三種方式的綜合性能。

（1）數據傳送依賴軟件還是硬件；

（2）傳送數據的基本單位；

（3）并行性；

（4）主動性；

（5）傳輸速度；

（6）經濟性；

（7）應用對象。

解：比較如下：

（1）程序查詢、程序中斷方式的數據傳送主要依賴軟件，DMA主要依賴硬件。27.試從下面七個方面比較程序查詢、程序中

（2）程序查詢、程序中斷傳送數據的基本單位為字或字節，DMA為數據塊。

（3）程序查詢方式傳送時，CPU與I/O設備串行工作；

程序中斷方式時，CPU與I/O設備并行工作，現行程序與I/O傳送串行進行；

DMA方式時，CPU與I/O設備并行工作，現行程序與I/O傳送并行進行。（2）程序查詢、程序中斷傳送數據的基本單位為

（4）程序查詢方式時，CPU主動查詢I/O設備狀態；

程序中斷及DMA方式時，CPU被動接受I/O中斷請求或DMA請求。

（5）程序中斷方式由于軟件額外開銷時間比較大，因此傳輸速度最慢；

程序查詢方式軟件額外開銷時間基本沒有，因此傳輸速度比中斷快；

DMA方式基本由硬件實現傳送，因此速度最快；（4）程序查詢方式時，CPU主動查詢I/O設

（6）程序查詢接口硬件結構最簡單，因此最經濟；

程序中斷接口硬件結構稍微復雜一些，因此較經濟；

DMA控制器硬件結構最復雜，因此成本最高；

（7）程序中斷方式適用于中、低速設備的I/O交換；

程序查詢方式適用于中、低速實時處理過程；

DMA方式適用于高速設備的I/O交換；（6）程序查詢接口硬件結構最簡單，因此最經30.什么是多重中斷？實現多重中斷的必要條件是什么？

解：多重中斷是指：當CPU執行某個中斷服務程序的過程中，發生了更高級、更緊迫的事件，CPU暫停現行中斷服務程序的執行，轉去處理該事件的中斷，處理完返回現行中斷服務程序繼續執行的過程。

實現多重中斷的必要條件是：在現行中斷服務期間，中斷允許觸發器為1，即開中斷。返回目錄30.什么是多重中斷？實現多重中斷的必要條

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；每個字符字形采用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的失真問題，且行回掃和幀回掃均占掃描時間的20%，問：

1）顯存容量至少有多大？

2）字符發生器（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應？補充題：

一、某CRT顯示器5）設置哪些計數器以控制顯存訪問與屏幕掃描之間的同步？它們的模各是多少？

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）顯存中存放的是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）設置點計數器、字計數器、行計數器、排計數器控制顯存訪問與屏幕掃描之間的同步。5）設置哪些計數器以控制顯存訪問與屏幕掃描之

它們的模計算如下：

點計數器模=7+1=8

行計數器模=8+6=14

字、排計數器的模不僅與掃描正程時間有關，而且與掃描逆程時間有關，因此計算較為復雜。

列方程：（72+x）×0.8=72

（24+y）×0.8=24

解方程得：x=18，y=6，則：

字計數器模=72+18=90

排計數器模=24+6=30

6）點頻=50Hz×30排×14行×90字×8點=15120000Hz

=15.12MHz它們的模計算如下：

點計數器

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，采用硬件掃描方式確認按鍵信號，問：

1）掃描計數器應為多少位？

2）ROM容量為多大？

3）若行、列號均從0開始編排，則當第5行第7列的鍵表示字母“F”時，CPU從鍵盤讀入的二進制編碼應為多少（設采用奇校驗）？

4）參考教材圖5.15，畫出該鍵盤的原理性邏輯框圖；

5）如果不考慮校驗技術，此時ROM是否可省？二、有一編碼鍵盤，其鍵陣列為8行×16列，分

解：1）掃描計數器=7位

（與鍵的個數有關）

2）ROM容量=128×8=128B

（與字符集大小有關）

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

4）該鍵盤的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。

5）如果不考慮校驗技術，并按ASCII碼位序設計鍵陣列，則ROM編碼表可省，此時7位計數器輸出值即為ASCII碼。解：1）掃描計數器=7位

8X16鍵盤矩陣該鍵盤的原理性邏輯框圖如下：七位計數器時鐘發生器ROM128BCPU列譯碼器4:16行譯碼器3:8中斷觸發器單穩延遲-RD-CS地址譯碼輸入8X16該鍵盤的原理性邏輯框圖如下：七位時鐘ROMCPU列譯

三、一針式打印機采用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，用帶偶校驗位的ASCII碼表示。問：

1）打印緩存容量至少有多大？

2）字符發生器容量至少有多大？

3）列計數器應有多少位？

4）緩存地址計數器應有多少位？

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位三、一針式打印機采用7×9點陣打印字符，每行3）列計數器=3位

（7列向上取2的冪）

4）緩存地址計數器=8位

（132向上取2的冪）返回目錄3）列計數器=3位

計算機的運算方法第六章計算機的運算方法第六章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；2.已知X=0.a1a2a3a4a5a6（（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，[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：負數絕對值大的反而小。）（3）若要1/4X>1/16，只要a1=0，a2可4.設機器數字長為8位（含1位符號位在內），寫出對應下列各真值的原碼、補碼和反碼。

-13/64，29/128，100，-87

解：真值與不同機器碼對應關系如下：