计算机组成原理课后答案高教版课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,计算机组成原理课后答案(高教版),2025/7/12 周六,2,2.,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。,2025/7/12 周六,3,3.I/O,与主机交换信息时，共有哪几种控制方式？简述它们的特点。,(1),程序查询方式。,特点是主机与,I/O,串行工作，,CPU,启动,I/O,后，时刻查询,I/O,是否准备好，若设备准备就绪，,CPU,便转入处理,I/O,与主机间传送信息的程序；若设备没有准备就绪，则,CPU,反复查询，踏步等待，直到,I/O,准备就绪为止，这种方式,CPU,效率很低。,(2),程序中断方式。,特点为主机与,I/O,并行工作。,CPU,启动,I/O,后，不必时刻查询,I/O,是否准备好，而是继续执行程序，当,I/O,准备就绪时，向,CPU,发出中断信号，,CPU,在适当的时候相应,I/O,的中断请求，暂停现行的程序为,I/O,服务，此方式消除了踏步现象，提高了,CPU,的效率。,(3)DMA,方式。,其特点是主机与,I/O,并行工作，主存和,I/O,之间有一条直接数据通路，,CPU,启动,I/O,后，不必查询,I/O,是否准备好，当,I/O,准备就绪后，发出,DMA,请求，此时,CPU,不直接参与,I/O,和主存间的信息交换，只是把外部总线的使用权暂时交付,DMA,，仍然可以完成自身内部的操作，所以不必中断现行程序，只需暂停一个存取周期访存，,CPU,效率更高。,(4),通道方式。,通道是一个具有特殊功能的处理器，,CPU,把部分权力下放给通道，由它实现对外围设备的同意管理和外围设备与内存之间的数据交换，大大提高了,CPU,的效率，但是它是以花费更多的硬件为代价的。,(5)I/O,处理机方式。,他是通道方式的进一步发展，,CPU,将,I/O,的操作以及外围设备的管理全部给,I/O,处理机，其实质是多机系统，因而效率有很大的提高。,2025/7/12 周六,4,4.,试比较程序查询方式、程序中断方式和,DMA,方式对,CPU,工作效率的影响。,程序查询方式,要求,CPU,时刻查询,I/O,，直到,I/O,准备好为止，这种方式,CPU,工作效率很低。,程序中断方式,比程序查询方式提高了,CPU,的工作效率，消除了“踏步”现象。,DMA,方式,中,CPU,的工作效率是这三种之中最高的一个。,CPU,启动,I/O,后，不必查询,I/O,是否准备好，当,I/O,准备就绪后，发出,DMA,请求，此时,CPU,不直接参与,I/O,和主存间的信息交换，只是把外部总线的使用权暂时交付,DMA,，仍然可以完成自身内部的操作，所以不必中断现行程序，只需暂停一个存取周期访存，,CPU,效率更高。,2025/7/12 周六,5,5.,图形显示和图像显示有何区别？,图形显示器,是用点、线、面组合而成的平面或立体图形。并可以做平移、比例变化、旋转、坐标变换、投影变换、透视变换、透视投影、轴侧投影、单点透视、两点或三点透视以及隐线处理等操作。主要用于,CAD,和,CAM,等。图形显示器所显示的图形是由计算机用一定的算法形成的点、线、面、阴影等，它来自主观世界，因此又称主观图像或叫做计算机图像。,图像显示器,所显示的图像通常来自客观世界，故又称客观图像。图像显示器是把由计算机处理后的图像，以点阵列的形式显示出来。,2025/7/12 周六,6,6.,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：,(1),缓冲存储器做为显示存储器，存放欲显示的字符的,ASII,码，其容量与显示屏能显示的字符个数有关，每个字符所在存储单元的地址与字符所在荧光屏上的位置一一对应。,(2),只读存储器做为字符发生器，将,ASCII,码转变为一组光点矩阵信息,ROM,的个数与显示器所能显示的字符种类有关。,2025/7/12 周六,7,7.,试比较针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。,针式打印机、激光打印机和喷墨打印机都配有一个字符发生器，它们的共同特点是都能将字符编码信息变为点阵信息，不同的是这些点阵信息的控制对象不同。点阵针式打印机的字符点阵用于控制打印机的驱动电路；激光打印机的字符点阵脉冲信号用于控制激光束；喷墨打印机的字符点阵信息控制墨滴的运动轨迹。,此外，点阵针式打印机是属于击打式打印机，可以逐字打印也可以逐行打印，喷墨打印机只能逐字打印，激光打印机数据页式输出设备，后两种都属于非击打式打印机。,不同种类的打印机其性能和价格差别很大，用户可以根据不同的需要合理选用。要求印字质量高的场合可以选用激光打印机；要求价格便宜的或是只需要具有文字处理功能的个人用计算机，可配置串行点阵针式打印机；要求处理的信息量很大，速度要求快，应该配置行式打印机或是高速激光打印机。,2025/7/12 周六,8,8.,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,1,位起始位、,7,位数据位、,1,位校验位和,1,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：,48010=4800,位,/,秒,=4800,波特,；波特,是数据传送速率波特率的单位。,比特率,=48007/10=3360,位,/,秒,2025/7/12 周六,9,9.,什么是多媒体技术？简要说明研制多媒体计算机的关键技术。,多媒体技术是指强调计算机与声音、活动图像和文字相结合的技术。,多媒体技术的关键技术主要有：视频和音频数据的压缩和解压缩技术、多媒体专用芯片、大容量存储器、适用于多媒体技术的软件。,2025/7/12 周六,10,10.,什么是,I/O,接口，它与端口有何区别,?,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；,端口,是指,I/O,接口内,CPU,能够访问的寄存器，端口加上相应的控制逻辑即构成,I/O,接口。,接口的,设置,主要是为了解决主机和外设直接的差异问题，实现相互通信。,I/O,接口,分类,方法很多，主要有：,（,1,）按数据传送方式分有并行接口和串行接口两种；,（,2,）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。,2025/7/12 周六,11,接口（,interface,）和端口（,port,）的区别。,接口位于,CPU,和外设之间，是一个连接部件。它一边通过地址线、数据线和控制线与,CPU,连接，另一边通过数据信息，控制信息和状态信息与外设连接。,数据信息、状态信息和控制信息分别放在外设接口（,interface,）的不同寄存器中。这些寄存器被称作端口（,port,），数据口、状态口和控制口，分别存放数据信息、状态信息和控制信息。,CPU,可对这些端口（寄存器）进行“读”或“写”操作，因此每个端口都有一个“地址”对应。,CPU,对这些端口是可编程的。,2025/7/12 周六,12,11.,简述,I/O,接口的功能和基本组成,功能,组成,选址功能,传送命令的功能,传送数据的功能,反映设备状态的功能,设备选择电路,命令寄存器、命令译码器,数据缓冲寄存器,设备状态标记,2025/7/12 周六,13,12.,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）：,1,）,CPU,发,I/O,地址,地址总线,接口,设备选择器译码,选中，发,SEL,信号,开命令接收门；,2,）,CPU,发,启动,命令,D,置,0,，,B,置,1,接口向设备发启动命令,设备开始工作；,3,）,CPU,等待,，输入设备读出数据,DBR,；,4,）外设工作,完成,，完成信号,接口,B,置,0,，,D,置,1,；,5,）准备,就绪,信号,控制总线,CPU,；,6,）,输入,：,CPU,通过,输入指令,（,IN,）将,DBR,中的数据取走；,2025/7/12 周六,14,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：,1,）,CPU,发,I/O,地址,地址总线,接口,设备选择器译码,选中，发,SEL,信号,开命令接收门；,2,）,输出,：,CPU,通过,输出指令,（,OUT,）将数据放入接口,DBR,中；,3,）,CPU,发,启动,命令,D,置,0,，,B,置,1,接口向设备发启动命令,设备开始工作；,4,）,CPU,等待,，输出设备将数据,从,DBR,取走；,5,）外设工作,完成,，完成信号,接口,B,置,0,，,D,置,1,；,6,）准备,就绪,信号,控制总线,CPU,，,CPU,可通过指令,再次,向接口,DBR,输出数据，进行第二次传送。,2025/7/12 周六,15,13.,说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。,解：,区别,：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。,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。,2025/7/12 周六,16,14.,在什么条件下，,I/O,设备可以向,CPU,提出中断请求？,解：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。,2025/7/12 周六,17,17.,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：,N,个数据所需的处理时间,=PN+Q,秒平均每个数据所需处理时间,=,（,PN+Q,）,/N,秒；求倒数得：该系统跟踪到的每秒中断请求数,=N/,（,PN+Q,）次。,2025/7/12 周六,18,19.,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：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。,2025/7/12 周六,19,20.,单重中断和多重中断的服务程序流程,中断否？,保护现场,设备服务,恢复现场,开中断,中断返回,取指令,执行指令,中断服务程序,中断响应,程序断点进栈,关中断,向量地址,PC,中断周期,是,中断返回,保护现场,设备服务,恢复现场,开中断,开中断,开中断,中断隐指令,中断隐指令,否,取指令,执行指令,中断否？,否,中断响应,程序断点进栈,关中断,向量地址,PC,中断周期,是,中断服务程序,单重,多重,2025/7/12 周六,20,21.,中断向量通过什么总线送至什么地方？为什么？,答：因为中断向量即为中断服务子程序的入口地址，程序要利用中断向量转到中断服务子程序去执行，所以要通过数据总线送至程序计数器,PC,。,2025/7/12 周六,21,22.,程序查询,方式和,程序中断,方式都是通过“程序”传送数据，两者的,区别,是什么？答：程序查询方式通过“程序”传送数据时，程序对,I/O,的控制包括了,I/O,准备,和,I/O,传送,两段时间。由于,I/O,的工作速度比,CPU,低得多，因此程序中要反复询问,I/O,的状态，造成“,踏步等待,”，,严重浪费,了,CPU,的工作时间。而程序中断方式虽然也是通过“程序”传送数据，但程序仅对,I/O,传送阶段,进行控制，,I/O,准备阶段不需要,CPU,查询。故,CPU,此时照样可以运行现行程序，与,I/O,并行工作,，大大提高了,CPU,的工作效率。,2025/7/12 周六,22,23.,说明调用中断服务程序和调用子程序的区别。,解：,（,1,）中断服务程序与中断时,CPU,正在运行的程序是相互独立的，它们之间没有确定的关系。子程序调用时转入的子程序与,CPU,正在执行的程序段是同一程序的两部分。,（,2,）除了软中断，通常中断产生都是随机的，而子程序调用是由,CALL,指令（子程序调用指令）引起的。,（,3,）中断服务程序的入口地址可以通过硬件向量法产生向量地址，再由向量地址找到入口地址。子程序调用的子程序入口地址是由,CALL,指令中的地址码给出的。,（,4,）调用中断服务程序和子程序都需保护程序断点，前者由中断隐指令完成，后者由,CALL,指令本身完成。,（,5,）处理中断服务程序时，对多个同时发生的中断需进行裁决，而调用子程序时一般没有这种操作。,（,6,）在中断服务程序和所调用的子程序中都有保护寄存器内容的操作。,2025/7/12 周六,23,24.,答：,设备查询优先级固定，某些优先级较低的设备可能被饿死。,设置循环优先级可以使得设备公平获得数据传送。,检查状态标记,1,设备,1,准备就绪？,检查状态标记,N,设备,N,准备就绪？,处理设备,1,是,否,否,处理设备,N,是,2025/7/12 周六,24,25.,根据以下要求设计一个产生,3,个设备向量地址,的电路。（,1,）,3,个设备的优先级按,A,B,C,降序排列,。（,2,）,A,、,B,、,C,的向量地址分别为,110 100,、,010 100,、,000 110,。（,3,）排队器采用链式排队电路。（,4,）当,CPU,发来中断响应信号,INTA,时，可将,向量地址,取至,CPU,。解：此题与教材例,5.2,类似，可,参考设计,。该设备向量地址的电路如下：,2025/7/12 周六,25,INTR,A,1,1,&,&,/INTR,A,来自高一级,的排队器,INTR,B,&,INTR,C,&,1,&,/INTR,B,&,/INTR,B,至低一级,的排队器,设备编码器,INTP,A,INTP,B,INTP,C,数据总线,110100,010100,000110,INTA,2025/7/12 周六,26,26.,什么是多重中断？实现多重中断的必要条件是什么？,解：多重中断是指：当,CPU,执行某个中断服务程序的过程中，发生了更高级、更紧迫的事件，,CPU,暂停现行中断服务程序的执行，转去处理该事件的中断，处理完返回现行中断服务程序继续执行的过程。实现多重中断的必要条件是：在现行中断服务期间，中断允许触发器为,1,，即开中断。,2025/7/12 周六,27,27.DMA,方式有何特点？什么样的,I/O,设备与主机交换信息时采用,DMA,方式，举例说明。,答：,DMA,方式即直接存储器访问方式，也就是在外设和主存之间直接通过总线传送信息，而不需经过,CPU,，提高了传送效率也减少了,CPU,的负担。,一般都是高速外设和内存的信息传送采用,DMA,方式。比如硬盘。,2025/7/12 周六,28,28.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）。对中断的查询安排在一条指令周期末。,2025/7/12 周六,29,30.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：主要区别在于传送阶段，现行程序是否完全停止访存。,2025/7/12 周六,30,2025/7/12 周六,31,31.,假设某设备向,CPU,传送信息的最高频率是,40000,次,/,秒，而相应的中断处理程序其执行时间为,40us,，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？,解：该设备向,CPU,传送信息的时间间隔,=1/40000s=0.02510,-3,s=25us 40us,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。,2025/7/12 周六,32,32.,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,25us,，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？,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。,道容量,=1KB8/16=4K,字,传送速率,=4K,字,3000,转,/,分,=4K,字,50,转,/,秒,=200K,字,/,秒,一个字的传送时间,=1/200K=5us,5us25us,，,所以不能采用一条指令执行结束响应,DMA,请求的方案,（来不及响应，造成数据丢失）,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,=,主存存取周期）。,2025/7/12 周六,33,33.,试从下面七个方面比较程序查询、程序中断和,DMA,三种方式的综合性能。（,1,）数据传送依赖软件还是硬件；（,2,）传送数据的基本单位；（,3,）并行性；（,4,）主动性；（,5,）传输速度；（,6,）经济性；（,7,）应用对象。,注意：程序中断方式虽然,CPU,运行效率比程序查询高，但传输速度却比程序查询慢。,2025/7/12 周六,34,34.,周期挪用（或周期窃取）,DMA,访问主存有三种可能,CPU,此时不访存,CPU,正在访存,CPU,与,DMA,同时请求访存,此时,CPU,将总线控制权让给,DMA,主存工作时间,CPU,控制,并使用主存,DMA,控制,并使用主存,t,