計算機系統概論第一章習題與題解

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1.什么是計算機系統、計算機硬件和計算機軟件？硬件和軟件哪個更主要？

解：P3

計算機系統——計算機硬件、軟件和數據通信設備物理或邏輯綜合體。

計算機硬件——計算機物理實體。

計算機軟件——計算機運行所需程序及相關資料。

硬件和軟件在計算機系統中相互依存，缺一不可，所以一樣主要。2/285

5.馮·諾依曼計算機特點是什么？

解：馮氏計算機特點是：P9

·由運算器、控制器、存放器、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）存于存放器中；

·指令由操作碼、地址碼兩大部分組成；

·指令在存放器中次序存放，通常自動次序取出執行；

·以運算器為中心（原始馮氏機）。3/2857.解釋以下概念：

主機、CPU、主存、存放單元、存放元件、存放基元、存放元、存放字、存放字長、存放容量、機器字長、指令字長。

解：P10

主機——是計算機硬件主體部分，由CPU+MM（主存或內存）組成；

CPU——中央處理器（機），是計算機硬件關鍵部件，由運算器+控制器組成；

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主存——計算機中存放正在運行程序和數據存放器，為計算機主要工作存放器，可隨機存取；

存放單元——可存放一個機器字并含有特定存放地址存放單位；

存放元件——存放一位二進制信息物理元件，是存放器中最小存放單位，又叫存放基元或存放元，不能單獨存取；

存放字——一個存放單元所存二進制代碼邏輯單位；5/285

存放字長——一個存放單元所存二進制代碼位數；

存放容量——存放器中可存二進制代碼總量；

機器字長——CPU能同時處理數據位數；

指令字長——一條指令二進制代碼位數；

6/2858.解釋以下英文縮寫漢字含義：

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地址，并可自動計數形成下一條指令地址計數器；

IR——InstructionRegister，

指令存放器，存放當前正在執行指令存放器；7/285

CU——ControlUnit，控制單元（部件），控制器中產生微操作命令序列部件，為控制器關鍵部件；

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

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存放器；

MQ——Multiplier-QuotientRegister，乘商存放器，乘法運算時存放乘數、除法時存放商存放器。8/285

X——此字母沒有專指縮寫含義，能夠用作任一部件名，在此表示操作數存放器，即運算器中工作存放器之一，用來存放操作數；

MAR——MemoryAddressRegister，存放器地址存放器，內存中用來存放欲訪問存放單元地址存放器；

MDR——MemoryDataRegister，存放器數據緩沖存放器，主存中用來存放從某單元讀出、或寫入某存放單元數據存放器；

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

MIPS——MillionInstructionPerSecond，每秒執行百萬條指令數，為計算機運算速度指標一個計量單位；

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；10/285

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

11/28510.指令和數據都存于存放器中,計算機怎樣區分它們？

解：計算機硬件主要經過不一樣時間段來區分指令和數據，即：取指周期（或取指微程序）取出既為指令，執行周期（或對應微程序）取出既為數據。

另外也可經過地址起源區分，從PC指出存放單元取出是指令，由指令地址碼部分提供操作數地址。

返回目錄12/285系統總線第三章13/2851.

什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線負載，總線上部件應具備什么特點？

解：總線是多個部件共享傳輸部件；

總線傳輸特點是：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，總線上部件應經過三態驅動緩沖電路與總線連通。14/2854.為何要設置總線判優控制？常見集中式總線控制有幾個？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：總線判優控制處理多個部件同時申請總線時使用權分配問題；

常見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。15/2855.解釋以下概念：總線主設備（或主模塊）、總線從設備（或從模塊）、總線傳輸周期和總線通信控制。

解：

總線主設備（主模塊）——指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權設備（模塊）；

總線從設備（從模塊）——指一次總線傳輸期間，配合主設備完成傳輸設備（模塊），它只能被動接收主設備發來命令；

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總線傳輸周期——總線完成一次完整而可靠傳輸所需時間；

總線通信控制——指總線傳送過程中雙方時間配合方式。17/2856.試比較同時通信和異步通信。

解：

同時通信——由統一時鐘控制通信，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，總線工作效率顯著下降。適合于速度差異不大場所；

異步通信——不由統一時鐘控制通信，部件間采取應答方式進行聯絡，控制方式較同時復雜，靈活性高，當系統中各部件工作速度差異較大時，有利于提升總線工作效率。18/2858.為何說半同時通信同時保留了同時通信和異步通信特點？

解：

半同時通信既能像同時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，所以工作效率介于二者之間。

19/28510.為何要設置總線標準？你知道當前流行總線標準有哪些？什么叫plugandplay？哪些總線有這一特點？

解：

總線標準設置主要處理不一樣廠家各類模塊化產品兼容問題；

當前流行總線標準有：ISA、EISA、PCI等；

plugandplay——即插即用，EISA、PCI等含有此功效。20/28511.畫一個含有雙向傳輸功效總線邏輯圖。

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、使能等控制功效實現，可參考74LS245等總線緩沖器芯片內部電路。邏輯圖以下：（n位）GDIRA1B1AnBn……………………21/28512.設數據總線上接有A、B、C、D四個存放器，要求選取適當74系列芯片，完成以下邏輯設計：

（1）設計一個電路，在同一時間實現D→A、D→B和D→C存放器間傳送；

（2）設計一個電路，實現以下操作：

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。22/285

解：

（1）采取三態輸出D型存放器74LS374做A、B、C、D四個存放器，其輸出可直接掛總線。A、B、C三個存放器輸入采取同一脈沖打入。注意-OE為電平控制，與打入脈沖間時間配合關系為：-OE：

令：BUSA=BUSB=BUSC=CP；

DBUS=-OE；當CP前沿到來時，將DA、B、C。23/285

現以8位總線為例，設計此電路，以下列圖示：數據總線D7D0BUSA1Q8QOE1D8D374

D1Q8QOE1D8D374

A1Q8QOE1D8D374

B1Q8QOE1D8D374

CBUSCBUSBBUSDDBUSCBUSBBUSABUS24/285

（2）存放器設置同（1），因為本題中發送、接收不在同一節拍，所以總線需設鎖存器緩沖，鎖存器采取74LS373（電平使能輸入）。節拍、脈沖配合關系以下：時鐘：CLK：節拍電平：Ti：打入脈沖：Pi：

圖中，脈沖包在電平中，為了留有較多傳送時間，脈沖設置在靠近電平后沿處。25/285

節拍、脈沖分配邏輯以下：二位格雷碼同步計數器1&&&&111GY0Y11/2139Y2ABY31CLKP0P1P2P3T0T1T2T3-T0-T1-T2-T326/285節拍、脈沖時序圖以下：時鐘：CLK：輸出：T0：

T1：

T2：

T3：輸入：P0：

P1：

P2：

P3：27/285

以8位總線為例，電路設計以下：

（圖中，A、B、C、D四個存放器與數據總線連接方法同上。）>=11Q8QOE1D8D374

A1Q8QOE1D8D374

BBUSBDBUSCBUSBBUSABUSBUSA1Q8QOE1D8D374

DBUSD1Q8QOEG1D8D3731Q8QOE1D8DBUSC374

C>=1T1T3T0T2數據總線（D7~D0）令：A

BUS=-T2D

BUS=-T0BUS

A=P1BUS

B=P3返回目錄28/285存儲器第四章29/2854.說明存取周期和存取時間區分。

解：存取周期和存取時間主要區分是：存取時間僅為完成一次操作時間，而存取周期不但包含操作時間，還包含操作后線路恢復時間。即：

存取周期=存取時間+恢復時間

5.什么是存放器帶寬？若存放器數據總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存放器帶寬是多少？

解：存放器帶寬指單位時間內從存放器進出信息最大數量。

存放器帶寬=1/200nsX32位

=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒30/2856.某機字長為32位，其存放容量是64KB，按字編址它尋址范圍是多少？若主存以字節編址，試畫出主存字地址和字節地址分配情況。

解：存放容量是64KB時，按字節編址尋址范圍就是64KB，則：

按字尋址范圍=64KX8/32=16K字

按字節編址時主存地址分配圖以下：0123…………65465534655327…………6553565533字地址

HB—————字節地址—————LB048……655286553231/2857.一個容量為16KX32位存放器，其地址線和數據線總和是多少？當選取以下不一樣規格存放芯片時，各需要多少片？

1KX4位，2KX8位，4KX4位，16KX1位，4KX8位，8KX8位

解：

地址線和數據線總和=14+32=46根；

各需要片數為：

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32/2859.什么叫刷新？為何要刷新？說明刷新有幾個方法。

解：刷新——對DRAM定時進行全部重寫過程；

刷新原因——因電容泄漏而引發DRAM所存信息衰減需要及時補充，所以安排了定時刷新操作；

慣用刷新方法有三種——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：是集中式和分散式折衷。33/28510.半導體存放器芯片譯碼驅動方式有幾個？

解：半導體存放器芯片譯碼驅動方式有兩種：線選法和重正當。

線選法：地址譯碼信號只選中同一個字全部位，結構簡單，費器材；

重正當：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線交叉點即為所選單元。這種方法經過行、列譯碼信號重合來選址，也稱矩陣譯碼。可大大節約器材用量，是最慣用譯碼驅動方式。34/28511.畫出用1024X4位存放芯片組成一個容量為64KX8位存放器邏輯框圖。要求將64K分成4個頁面，每個頁面分16組，指出共需多少片存放芯片。

解：設采取SRAM芯片，

總片數

=64KX8位/1024X4位

=64X2=128片

題意分析：本題設計存放器結構上分為總體、頁面、組三級，所以畫圖時也應分三級畫。首先應確定各級容量：

頁面容量

=總容量/頁面數

=64KX8位/4

=16KX8位；35/285

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

組邏輯圖以下：（位擴展）1KX836/285

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-CEi16KX837/285

存放器邏輯框圖：（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-WED7~038/28512.設有一個64KX8位RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存放基元）？欲設計一個含有上述一樣多存放基元芯片，要求對芯片字長選擇應滿足地址線和數據線總和為最小，試確定這種芯片地址線和數據線，并說明有幾個解答。

解：

存放基元總數

=64KX8位

=512K位=219位；

思緒：如要滿足地址線和數據線總和最小，應盡可能把存放元安排在字向，因為地址位數和字數成2冪關系，可很好地壓縮線數。39/285

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冪改變。

結論：假如滿足地址線和數據線總和為最小，這種芯片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。40/28513.某8位微型機地址碼為18位，若使用4KX4位RAM芯片組成模塊板結構存放器，試問：

（1）該機所允許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怎樣選擇各模塊板？41/285

解：

（1）218=256K，則該機所允許最大主存空間是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經過最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配以下：板地址片地址片內地址33121715141211042/28514.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）。現有以下存放芯片：

ROM（2KX8位，4KX4位，8KX8位），RAM（1KX4位，2KX8位，4KX8位），及74138譯碼器和其它門電路（門電路自定）。試從上述規格中選取適當芯片，畫出CPU和存放芯片連接圖。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）指出選取存放芯片類型及數量；

（3）詳細畫出片選邏輯。43/285

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=044/285

（2）選片：ROM：4KX4位：2片；

RAM：4KX8位：3片；

（3）CPU和存放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-Y345/28515.CPU假設同上題，現有8片8KX8位RAM芯片與CPU相連，試回答：

（1）用74138譯碼器畫出CPU與存放芯片連接圖；

（2）寫出每片RAM地址范圍；

（3）假如運行時發覺不論往哪片RAM寫入數據后，以A000H為起始地址存放芯片都有與其相同數據，分析故障原因。

（4）依據（1）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？46/285

解：

（1）CPU與存放器芯片連接邏輯圖：CPU8KX8SRAM74138（3：8）R/-WD7~0A12~08KX8SRAM8KX8SRAM8KX8SRAM…-G2A-G2BABC-MREQA13A14A15-CS0-CS1-CS2……-CS7+5VG147/285

（2）地址空間分配圖：8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAM8KX8RAMY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70~81918192~1638316384~2457524576~3276732768~4095940960~4915149152~5734357344~6553548/285

（3）假如運行時發覺不論往哪片RAM寫入數據后，以A000H為起始地址存放芯片都有與其相同數據，則根本故障原因為：該存放芯片片選輸入端很可能總是處于低電平。可能情況有：

1）該片-CS端與-WE端錯連或短路；

2）該片-CS端與CPU-MREQ端錯連或短路；

3）該片-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。49/285

（4）假如地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會出現A13恒為“1”情況。此時存放器只能尋址A13=1地址空間，A13=0另二分之一地址空間將永遠訪問不到。若對A13=0地址空間進行訪問，只能錯誤地訪問到A13=1對應空間中去。50/28517.某機字長16位，常規存放空間為64K字，若想不改用其它高速存放芯片，而使訪存速度提升到8倍，可采取什么辦法？畫圖說明。

解：若想不改用高速存放芯片，而使訪存速度提升到8倍，可采取多體交叉存取技術，圖示以下：08……M08K19……M18K210……M28K311……M38K412……M48K513……M58K614……M68K715……M78K存放管理存放總線51/2858體交叉訪問時序：開啟M0：開啟M1：開啟M2：開啟M3：開啟M4：開啟M5：開啟M6：開啟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放總線上取得一個數據。返回目錄52/28523.畫出RZ、NRZ、NRZ1、PE、FM寫入數字串1011001寫入電流波形圖。

解：RZ：NRZ：NRZ1：PE：FM：1011001ttttt53/28524.以寫入10010110為例，比較調頻制和改進調頻制寫電流波形圖。

解：寫電流波形圖以下：FM:MFM:MFM:10010110tt10010110頻率提升一倍后MFM制。t54/285

比較：

1）FM和MFM寫電流在位周期中心處改變規則相同；

2）MFM制除連續一串“0”時兩個0周期交界處電流仍改變外，基本取消了位周期起始處電流改變；

3）FM制統計一位二進制代碼最多兩次磁翻轉，MFM制統計一位二進制代碼最多一次磁翻轉，所以MFM制統計密度可提升一倍。上圖中示出了在MFM制時位周期時間縮短一倍情況。由圖可知，當MFM制統計密度提升一倍時，其寫電流頻率與FM制寫電流頻率相當；55/2854）因為MFM制并不是每個位周期都有電流改變，故自同時脈沖分離需依據相鄰兩個位周期讀出信息產生，自同時技術比FM制復雜得多。56/28525.畫出調相制統計01100010驅動電流、統計磁通、感應電勢、同時脈沖及讀出代碼等幾個波形。

解：I：

：e：T：D：01100010ttttt57/28526.磁盤組有六片磁盤，每片有兩個統計面，存放區域內徑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）共有多少存放面可用？

（2）共有多少柱面？

（3）盤組總存放容量是多少？

（4）數據傳輸率是多少？58/285

解：

（1）若去掉兩個保護面，則共有：

6X2-2=10個存放面可用；

（2）有效存放區域

=（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

=7，598，800B59/285（4）轉速

=2400轉/60秒

=40轉/秒

數據傳輸率

=3454BX40轉/秒

=138，160B/S

27.某磁盤存放器轉速為3000轉/分，共有4個統計盤面，每毫米5道，每道統計信息12288字節，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求：

（1）磁盤存放器存放容量；

（2）最高位密度（最小磁道位密度）和最低位密度；

（3）磁盤數據傳輸率；

（4）平均等候時間。60/285解：

（1）存放容量

=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）平均等候時間

=1/50/2=10ms返回目錄61/285輸入輸出系統第五章62/285

1.I/O有哪些編址方式？各有何特點？

解：慣用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I/O地址采取與主存單元地址完全一樣格式，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一樣于主存地址格式地址編碼，此時I/O地址與主存地址是兩個獨立空間，CPU需要經過專門I/O指令來訪問I/O地址空間。63/2856.字符顯示器接口電路中配有緩沖存放器和只讀存放器，各有何作用？

解：顯示緩沖存放器作用是支持屏幕掃描時重復刷新；只讀存放器作為字符發生器使用，他起著將字符ASCII碼轉換為字形點陣信息作用。64/2858.某計算機I/O設備采取異步串行傳送方式傳送字符信息。字符信息格式為一位起始位、七位數據位、一位校驗位和一位停頓位。若要求每秒鐘傳送480個字符，那么該設備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單位。65/28510.什么是I/O接口?為何要設置I/O接口？I/O接口怎樣分類？

解：I/O接口普通指CPU和I/O設備間連接部件；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；

按數據傳送控制方式分有程序控制接口、程序中止接口、DMA接口三種。66/28512.結合程序查詢方式接口電路，說明其工作過程。

解：程序查詢接口工作過程以下（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發開啟命令

D置0，B置1

接口向設備發開啟命令

設備開始工作；

3）CPU等候，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經過輸入指令（IN）將DBR中數據取走；67/285

若為輸出，除數據傳送方向相反以外，其它操作與輸入類似。工作過程以下：

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經過輸出指令（OUT）將數據放入接口DBR中；

3）CPU發開啟命令

D置0，B置1

接口向設備發開啟命令

設備開始工作；

4）CPU等候，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可經過指令再次向接口DBR輸出數據，進行第二次傳送。68/285

13.說明中止向量地址和入口地址區分和聯絡。

解：

中止向量地址和入口地址區分：

向量地址是硬件電路（向量編碼器）產生中止源內存地址編號，中止入口地址是中止服務程序首址。

中止向量地址和入口地址聯絡：

中止向量地址可了解為中止服務程序入口地址指示器（入口地址地址），經過它訪存可取得中止服務程序入口地址。69/28514.在什么條件下，I/O設備能夠向CPU提出中止請求？

解：I/O設備向CPU提出中止請求條件是：I/O接口中設備工作完成狀態為1（D=1），中止屏蔽碼為0（MASK=0），且CPU查詢中止時，中止請求觸發器狀態為1（INTR=1）。

15.什么是中止允許觸發器？它有何作用？

解：中止允許觸發器是CPU中止系統中一個部件，他起著開關中止作用（即中止總開關，則中止屏蔽觸發器可視為中止分開關）。70/285

16.在什么條件和什么時間，CPU能夠響應I/O中止請求？

解：CPU響應I/O中止請求條件和時間是：當中止允許狀態為1（EINT=1），且最少有一個中止請求被查到，則在一條指令執行完時，響應中止。

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就要中止處理一次，將取樣數據存至存放器緩沖區中，該中止處理需P秒。另外，緩沖區內每存放N個數據，主程序就要將其取出進行處理，這個處理需Q秒。試問該系統能夠跟蹤到每秒多少次中止請求？71/285

解：這是一道求中止飽和度題，要注意主程序對數據處理不是中止處理，所以Q秒不能算在中止次數內。

N個數據所需處理時間=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：

該系統跟蹤到每秒中止請求數=N/（P×N+Q）次。72/285

19.在程序中止方式中，磁盤申請中止優先權高于打印機。當打印機正在進行打印時，磁盤申請中止請求。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？為何？

解：這是一道多重中止題，因為磁盤中止優先權高于打印機，所以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。因為打印機速度比磁盤輸入輸出速度慢，而且暫停打印不會造成數據丟失。

73/285

22.CPU對DMA請求和中止請求響應時間是否一樣？為何？

解：CPU對DMA請求和中止請求響應時間不一樣，因為兩種方式交換速度相差很大，所以CPU必須以更短時間間隔查詢并響應DMA請求（一個存取周期末）。

24.DMA工作方式中，CPU暫停方式和周期挪用方式數據傳送流程有何不一樣？畫圖說明。

解：兩種DMA方式工作流程見下頁，其主要區分在于傳送階段，現行程序是否完全停頓訪存。74/285停頓CPU訪存方式DMA工作流程以下：

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；開啟I/O現行程序開始工作開啟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，停頓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75/285CPUDMACI/O

BCD準備下個數據(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；中止請求現行程序響應中止后處理：中止服務程序：校驗、錯誤檢測、停頓外設或再開啟及初始化。現行程序I/O停頓WC=0現行程序等待76/285周期竊取方式DMA工作流程以下：

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；開啟I/O現行程序開始工作開啟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/OCD77/285CPUDMACI/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；中止請求現行程序響應中止后處理：中止服務程序：校驗、錯誤檢測、停頓外設或再開啟及初始化。現行程序I/O停頓WC=078/28525.假設某設備向CPU傳送信息最高頻率是40K次/秒，而對應中止處理程序其執行時間為40s，試問該外設是否可用程序中止方式與主機交換信息，為何？

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

則：該外設不能用程序中止方式與主機交換信息，因為其中止處理程序執行速度比該外設交換速度慢。79/285

26.設磁盤存放器轉速為3000轉/分，分8個扇區，每扇區存放1K字節，主存與磁盤存放器數據傳送寬度為16位（即每次傳送16位）。假設一條指令最長執行時間是25s，是否可采取一條指令執行結束時響應DMA請求方案，為何？若不行，應采取什么方案？80/285

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

一個字傳送時間=1/200K字/秒=5s

5s<<25s，所以不能采取一條指令執行結束響應DMA請求方案，應采取每個CPU機器周期末查詢及響應DMA請求方案（通常安排CPU機器周期=MM存取周期）。81/28527.試從下面七個方面比較程序查詢、程序中止和DMA三種方式綜合性能。

（1）數據傳送依賴軟件還是硬件；

（2）傳送數據基本單位；

（3）并行性；

（4）主動性；

（5）傳輸速度；

（6）經濟性；

（7）應用對象。

解：比較以下：

（1）程序查詢、程序中止方式數據傳送主要依賴軟件，DMA主要依賴硬件。82/285

（2）程序查詢、程序中止傳送數據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；

程序中止方式時，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。83/285

（4）程序查詢方式時，CPU主動查詢I/O設備狀態；

程序中止及DMA方式時，CPU被動接收I/O中止請求或DMA請求。

（5）程序中止方式因為軟件額外開銷時間比較大，所以傳輸速度最慢；

程序查詢方式軟件額外開銷時間基本沒有，所以傳輸速度比中止快；

DMA方式基本由硬件實現傳送，所以速度最快；84/285

（6）程序查詢接口硬件結構最簡單，所以最經濟；

程序中止接口硬件結構稍微復雜一些，所以較經濟；

DMA控制器硬件結構最復雜，所以成本最高；

（7）程序中止方式適合用于中、低速設備I/O交換；

程序查詢方式適合用于中、低速實時處理過程；

DMA方式適合用于高速設備I/O交換；85/28530.什么是多重中止？實現多重中止必要條件是什么？

解：多重中止是指：當CPU執行某個中止服務程序過程中，發生了更高級、更緊迫事件，CPU暫停現行中止服務程序執行，轉去處理該事件中止，處理完返回現行中止服務程序繼續執行過程。

實現多重中止必要條件是：在現行中止服務期間，中止允許觸發器為1，即開中止。返回目錄86/285

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；每個字符字形采取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失真問題，且行回掃和幀回掃均占掃描時間20%，問：

1）顯存容量最少有多大？

2）字符發生器（ROM）容量最少有多大？

3）顯存中存放是那種信息？

4）顯存地址與屏幕顯示位置怎樣對應？87/2855）設置哪些計數器以控制顯存訪問與屏幕掃描之間同時？它們模各是多少？

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同時。88/285

它們模計算以下：

點計數器模=7+1=8

行計數器模=8+6=14

字、排計數器模不但與掃描正程時間相關，而且與掃描逆程時間相關，所以計算較為復雜。

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

=15.12MHz89/285

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，采取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列鍵表示字母“F”時，CPU從鍵盤讀入二進制編碼應為多少（設采取奇校驗）？

4）參考教材圖5.15，畫出該鍵盤原理性邏輯框圖；

5）假如不考慮校驗技術，此時ROM是否可省？90/285

解：1）掃描計數器=7位

（與鍵個數相關）

2）ROM容量=128×8=128B

（與字符集大小相關）

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

4）該鍵盤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）假如不考慮校驗技術，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。91/2858X16鍵盤矩陣該鍵盤原理性邏輯框圖以下：七位計數器時鐘發生器ROM128BCPU列譯碼器4:16行譯碼器3:8中止觸發器單穩延遲-RD-CS地址譯碼輸入92/285

三、一針式打印機采取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ASCII碼表示。問：

1）打印緩存容量最少有多大？

2）字符發生器容量最少有多大？

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93/2853）列計數器=3位

（7列向上取2冪）

4）緩存地址計數器=8位

（132向上取2冪）返回目錄94/285計算機運算方法第六章95/2852.已知X=0.a1a2a3a4a5a6（ai為0或1），討論以下幾個情況時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；96/285（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：負數絕對值大反而小。）97/2854.設機器數字長為8位（含1位符號位在內），寫出對應以下各真值原碼、補碼和反碼。

-13/64，29/128，100，-87

解：真值與不一樣機器碼對應關系以下：

真值十進制二進制原碼反碼補碼-13/64-0.0011011.00110101.11001011.110011029/1280.00111010.00111010.00111010.0011101

10011001000,11001000,11001000,1100100

-87-10101111,10101111,01010001,010100198/2855.已知[x]補，求[x]原和x。

[x1]補=1.1100；[x2]補=1.1001；[x3]補=0.1110；[x4]補=1.0000；

[x5]補=1，0101；[x6]補=1，1100；[x7]補=0，0111；[x8]補=1，0000；

解：[x]補與[x]原、x對應關系以下：[x]補

[x]原

x（二進制）x（十進制）

1.11001.0100-0.0100-1/41.10011.0111-0.0111-7/16

0.11100.1110+0.1110+7/81.0000無-1.0000-1

1，01011，1011-1011-111，11001，0100-0100-4

0，01110，0111+0111+71，0000無-10000-1699/2856.設機器數字長為8位（含1位符號位在內），分整數和小數兩種情況討論真值x為何值時，[x]補=[x]原成立。

解：

當x為小數時，若x

0，則

[x]補=[x]原成立；

若x<0，則當x=-1/2時，

[x]補=[x]原成立。

當x為整數時，若x

0，則

[x]補=[x]原成立；

若x<0，則當x=-64時，

[x]補=[x]原成立。100/2857.設x為真值，x*為絕對值，說明[-x*]補=[-x]補能否成立。

解：當x為真值，x*為絕對值時，[-x*]補=[-x]補不能成立。[-x*]補=[-x]補結論只在x>0時成立。當x<0時，因為[-x*]補是一個負值，而[-x]補是一個正值，所以此時[-x*]補不等于[-x]補。

8.討論若[x]補>[y]補，是否有x>y？

解：若[x]補>[y]補，不一定有x>y。[x]補>[y]補時x>y結論只在x>0、y>0，及x<0、y<0時成立。當x<0、y>0時，有x>y，但因為負數補碼符號位為1，則[x]補<[y]補。一樣，當x<0、y>0時，有x<y，但[x]補>[y]補。101/2859.當十六進制數9B和FF分別表示為原碼、補碼、反碼、移碼和無符號數時，所對應十進制數各為多少（設機器數采取一位符號位）？

解：真值和機器數對應關系以下：

十六進制

真值

無符號數

原碼反碼補碼移碼9BH二進制十進制10011011155-11011-27-1100100-100-1100101-101+11011+27FFH二進制十進制11111111255-1111111-127-0000000-0-0000001-1+1111111+127102/28510.在整數定點機中，設機器數采取一位符號位，寫出±0原碼、補碼、反碼和移碼，得出什么結論？

解：0機器數形式以下：

真值

原碼

補碼

反碼

移碼+00，00…00，00…00，00…01，00…0

-01，00…00，00…01，11…11，00…011.已知機器數字長為4位（其中1位為符號位），寫出整數