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1、计算机组成原理教程第三章习题选解3.1 计算机外部设备分为哪几类计算机外部设备分为哪几类答答:外部设备分类可从不同角度分为不同类别。外部设备分类可从不同角度分为不同类别。n从从使使用用的的角角度度可可分分为为三三类类:人人机机交交互互设设备备,机机机机通通讯讯设设备备和和计计算算机机信信息息驻驻在在设设备。备。n从从与与CPU的的关关系系角角度度可可以以分分为为:输输入入设设备备、输出设备、拾取设备和输入输出设备。输出设备、拾取设备和输入输出设备。3.2 用用于于人人机机交交互互的的计计算算机机外外部部设设备备的的发发展展经经历历了了哪哪几几个个阶阶段段,今今后后的的发发展展趋趋势势是是什什么
2、么?答:答:(p91)用用于于人人机机交交互互的的计计算算机机外外部部设设备备的的发发展展经经历历了了符符号号界界面面、图图形形界界面面、多多媒媒体体界界面面技技术术、虚拟现实技术。虚拟现实技术。今今后后的的发发展展方方向向是是更更接接近近人人的的自自然然交交互互界界面面发发展展,比比如如具具有有视视觉觉、听听觉觉和和语语音音能能力力的的外外部设备。部设备。3.3 什么是绿色计算机?它有哪些要求?什么是绿色计算机?它有哪些要求?答:答:绿绿色色计计算算机机是是指指不不会会对对人人类类及及其其生生活活环环境境造造成不良影响的计算机。它的主要要求:成不良影响的计算机。它的主要要求:(1)节能。主要
3、是计算机本身的耗电量要降低。节能。主要是计算机本身的耗电量要降低。(2)低低污污染染。生生产产、包包装装过过程程中中尽尽量量使使用用无无毒毒、可可再再生生的的材材料料;打打印印机机的的噪噪声声要要降降到到最最小小限限度;电磁辐射也要符合环保标准。度;电磁辐射也要符合环保标准。(3)易易回回收收。生生产产、运运输输、使使用用等等各各过过程程使使用用的的材料应容易销毁或回收。材料应容易销毁或回收。(4)符符合合人人体体工工程程学学。各各种种设设备备外外形形符符合合人人体体健健康标准。康标准。3.8 试指出计算机外部设备的发展趋势。试指出计算机外部设备的发展趋势。答:答:新新一一代代的的外外部部设设
4、备备正正在在向向智智能能化化、微微型型化化的的方方向向发发展展,其其结结构构逐逐渐渐趋趋于于模模块块化化,同同时时采采取取各各种种自自检检、诊诊断断、容容错错技技术术,使使得得外外部部设设备的使用越来越方便和可靠。备的使用越来越方便和可靠。此此外外,人人机机交交互互设设备备还还向向更更接接近近人人的的自自然然交交互互界界面面发发展展,而而机机机机通通讯讯设设备备向向带带宽宽更更大、信息驻在设备则向容量更大发展。大、信息驻在设备则向容量更大发展。3.93.13 选择题选择题 3.14 一次中断大致可以分为哪些过程?一次中断大致可以分为哪些过程?答:答:一次中断大致可以分为:一次中断大致可以分为:
5、1.中断请求。某一中断源提出中断请求。中断请求。某一中断源提出中断请求。2.中中断断判判优优。CPU对对不不同同的的中中断断分分轻轻重重缓缓急急进进行行排队处理。排队处理。3.中中断断响响应应。一一旦旦CPU响响应应中中断断的的条条件件满满足足,则则停停止止原原来来执执行行的的程程序序开开始始响响应应中中断断:(1)保保护护源源程序的断点状态,程序的断点状态,(2)转向中断服务程序转向中断服务程序4.中断处理。开中断中断处理。开中断,执行中断服务程序执行中断服务程序,关中断。关中断。5.中中断断返返回回。恢恢复复源源程程序序的的状状态态和和断断点点,继继续续执执行原来的程序。行原来的程序。3.
6、15 设设 计计 8个个 中中 断断 源源,用用 软软 件件 方方 式式 排排 队队 判判 优优.(1)设计中断申请逻辑电路)设计中断申请逻辑电路(2)如何判别中断源,画出中断处理流程图。)如何判别中断源,画出中断处理流程图。答答:v(1)使使用用一一个个“或或门门”和和一一个个存存放放8个个请请求求信信号号的的寄寄存存器器,“或或门门”的的输输出出可可判判别别有有无无中中断断请请求求,若若有有,则对寄存器中对应位进行检测和程序判断。则对寄存器中对应位进行检测和程序判断。1INT0 INT1 INT2 INT3INT4 INT5 INT6 INT7INT(2)中断处理中断处理程序程序流程图流程
7、图执行执行0号中断处理程序号中断处理程序保护断点和现场保护断点和现场0号中断?号中断?Y执行执行1号中断处理程序号中断处理程序1号中断?号中断?Y执行执行2号中断处理程序号中断处理程序2号中断?号中断?Y执行执行7号中断处理程序号中断处理程序7号中断?号中断?Y中断请求中断请求恢复现场返回主程序恢复现场返回主程序3.16 设设有有A、B、C三三个个中中断断源源,其其中中A的的优优先先权权最最高高,B的的优优先先权权次次之之,C的的的的优优先先权权最最低低,请请分分别别用用链链式式和独立请求设计判优电路和独立请求设计判优电路。解:解:(参阅参阅P116)(a)独立请求中断判优电路独立请求中断判优
8、电路 INTAINTA&11INTBINTCINTBINTC(b)链式中断判优电路链式中断判优电路 INTA&1INTA&1INTB&1INTC1INT至下一级至下一级允许中断允许中断A允许中断允许中断B允许中断允许中断C时钟CPU周期CPU周期指令周期 T 时钟周期 T1 T2 T3 T4 机器周期 机器周期 机器周期 机器周期 取指令 取源操作数 取目的操作数 执行指令 指令周期一个指令周期由若干个机器周期组成,每个机器周一个指令周期由若干个机器周期组成,每个机器周期又由若干个时钟周期组成。期又由若干个时钟周期组成。173.19 解:解:硬件判优硬件判优 软件判优软件判优 异常情况异常情况
9、 特殊情况特殊情况3.20 解:解:机器周期机器周期3.21 解:解:通通道道的的功功能能是是:接接受受CPU的的I/O指指令令、控控制制外外设设与与主主存存的的数数据据交交换换。按按通通道道的的工工作作方方式式分分,通通道道有有字字节节多多路路通通道道、数数组组多多路路通通道道和和选选择择通通道道3种种类类型型,通通道道程程序序由由一一条条或或几几条条通道指令通道指令组成。组成。3.22 A(1)B(4)C(3)D(6)E(4)3.23 何何为为单单级级中中断断与与多多级级中中断断?如如何何实实现现?什什么么是是中断向量?中断向量?(参见多重中断参见多重中断)答答:(1)单单级级中中断断是是
10、指指中中断断响响应应后后,进进入入中中断断服服务务程程序序的的执执行行过过程程中中,不不允允许许其其它它中中断断再再打打断断中中断断服服务务程程序序。为为此此,只只要要将将所所有有中中断断源源都都处处于于同同一一级级别别,这这样样CPU中断响应后,就不会让其他的中断所打断。中断响应后,就不会让其他的中断所打断。(2)多多级级中中断断是是指指让让计计算算机机按按中中断断事事件件的的轻轻重重缓缓急急程程度度分分成成若若干干个个中中断断级级别别,这这样样CPU响响应应中中断断时时,更更高高级级别别的的中中断断可可以以打打断断中中断断服服务务程程序序的的执执行行。多多级中断主要通过堆栈技术实现。级中断
11、主要通过堆栈技术实现。(3)中断向量就是中断服务程序的入口地址。中断向量就是中断服务程序的入口地址。3.24 DMA方式与通道方式有何异同?方式与通道方式有何异同?答:答:最最基基本本的的相相同同点点是是把把外外设设与与主主机机交交换换数数据据过过程程从从CPU中接管,使外设与主机并行工作。主要区别是:中接管,使外设与主机并行工作。主要区别是:(1)(1)工工作作原原理理不不同同。DMA完完全全借借助助于于硬硬件件完完成成数数据据传传送送,而而通通道道则则是是通通过过一一组组通通道道命命令令与与硬硬件件一一起起完完成成数据传送;数据传送;(2)功功能能不不同同。在在DMA中中,CPU必必须须进
12、进行行设设备备的的选选择择、切切换换、启启动动、终终止止,并并进进行行数数据据效效验验,CPU开开销销较较大大,而而通通道道则则把把这这些些工工作作都都接接管管过过来来。另另外外,一一个个通通道道可可控控制制多多台台不不同同类类型型的的设设备备,而而DMA控控制制器通常只控制速度较快的一台或几台同类的设备。器通常只控制速度较快的一台或几台同类的设备。3.25 中中断断控控制制方方式式中中的的中中断断与与DMA的的中中断断有有何何异异同同?答答:DMA在在控控制制外外设设与与主主机机数数据据进进行行交交换换的的过过场场中中为为向向CPU申申请请总总线线控控制制权权,并并向向CPU报报告告数数据据
13、传传送送过过程程中中的的正正常常和和异异常常情情况况也也需需要要中中断断,但但与与程程序序中中断控制方式中的中断有所不同:断控制方式中的中断有所不同:(1)对对于于DMA的的中中断断,CPU在在一一个个机机器器周周期期内内就就可可以以响响应应。对对于于程程序序中中断断,CPU必必须须执执行行完完一一条条指指令令后方能响应。后方能响应。(2)DMA的的控控制制只只在在外外设设与与内内存存之之间间进进行行,不不会会破破坏坏CPU的现场的现场,不需要保护现场不需要保护现场,应此可以快速响应。应此可以快速响应。3.26 试述接口的功能及其组成。试述接口的功能及其组成。答:答:1、简简单单的的说说,接接
14、口口的的基基本本功功能能是是在在系系统统总总线线和和外外设设之之间间传传输输信信号号,提提供供缓缓冲冲作作用用,以以满满足足两两边边的的时时序序要要求求。由由于于外外设设的的多多样样性性和和复复杂杂性性,对对不不同同的的外外设设接口功能不尽相同。一般讲,接口具备如下功能接口功能不尽相同。一般讲,接口具备如下功能:(1)寻寻址址功功能能。接接口口要要能能识识别别CPU的的访访问问信信号号,并并识识别要求的操作。别要求的操作。(2)输输入入输输出出功功能能。接接口口能能按按照照CPU要要求求的的读读写写信信号号从从总总线线上上接接收收CPU送送来来的的和和控控制制信信息息,或或把把数数据据和和状态
15、信息送到总线上。状态信息送到总线上。(3)数数据据缓缓冲冲功功能能。CPU与与外外设设的的速速度度往往往往不不相相匹匹配配,为了消除速度差异为了消除速度差异,接口必须提供数据的缓冲功能。接口必须提供数据的缓冲功能。(4)数数据据转转换换功功能能。不不同同设设备备信信息息格格式式不不同同,与与主主机机格格式式也也不不同同,接接口口应应提提供供计计算算机机与与外外设设信信息息格格式式的的转转换换,比比如如正正负负逻逻辑辑的的转转换换、串串-并并转转换换、数数/模模转换或模转换或模/数转换等。数转换等。(5)其其他他。接接口口除除了了上上述述功功能能外外,还还应应有有检检错错纠纠错错功能、中断功能、
16、时序控制功能等。功能、中断功能、时序控制功能等。2、为为了了实实现现上上述述功功能能。接接口口至至少少应应有有一一组组缓缓冲冲器器和和一一个个具具有有锁锁存存能能力力的的寄寄存存器器。主主存存访访问问接接口口主主要要是是对对端端口口(各各种种寄寄存存器器)进进行行访访问问。因因此此,在在接接口口中中还还必必须须有有对对端端口口的的选选择择机机构构和和读读写写控控制制机机构构,如如地地址址译译码码线线路路、读读写写控控制制线线路路和和中中断断控控制制线线路路。除除此此之之外,还需要有设备状态寄存器、定时信号线路等。外,还需要有设备状态寄存器、定时信号线路等。3.27 I/O接口有哪两种寻址方式?
17、各有何缺点?接口有哪两种寻址方式?各有何缺点?答:答:(1)有有端端口口地地址址与与主主存存统统一一编编址址和和端端口口独独立立编编址址两两种寻址方式。种寻址方式。(2)统统一一编编址址的的优优点点是是不不需需要要专专门门的的输输入入输输出出指指令令,并并使使CPU访访问问I/O的的操操作作更更灵灵活活、更更方方便便,此此外外可可是是断断口口有有更更大大的的编编址址空空间间。缺缺点点是是端端口口占占用用了了存存储储器器地地址址,使使内内存存容容量量变变小小,此此外外,利利用用存存储储器器编编址址的的I/O设备进行数据的输入输出操作执行速度较慢。设备进行数据的输入输出操作执行速度较慢。单单独独编
18、编址址的的优优点点是是专专门门的的输输入入输输出出指指令令使使程程序序编编址址清清晰晰、易易于于理理解解。缺缺点点是是输输入入输输出出指指令令少少,一一般般只只是是对对端端口口进进行行传传送送操操作作,需需要要CPU存存储储器器读读写写、I/O设备读写两组控制信号,增加了控制的复杂性。设备读写两组控制信号,增加了控制的复杂性。3.28 硬硬线线连连接接并并行行接接口口与与可可编编程程并并行行接接口口各各有有何何特特点点?答:答:硬硬线线连连接接并并行行接接口口一一般般使使用用方方便便、操操作作简简单单。当当采采用用不不同同的的硬硬连连接接方方式式时时,可可用用它它形形成成不不同同的的接接口口,
19、但芯片一旦连接到系统后,用户无法改变其功能。但芯片一旦连接到系统后,用户无法改变其功能。可可编编程程并并行行接接口口比比较较灵灵活活,用用户户在在使使用用过过程程中中可可根根据据当当时时任任务务的的需需要要,通通过过程程序序命命令令设设置置接接口口的的功功能能,使接口逐步走向通用化。使接口逐步走向通用化。3.29 串串行行通通讯讯有有何何特特点点?异异步步串串行行接接口口的的基基本本任任务务有哪些?有哪些?答:答:串串行行通通讯讯的的特特点点是是信信息息在在传传输输时时是是1位位1位位顺顺序序传传输输,传传输输线线数数少少,成成本本低低,干干扰扰小小,适适合合于于长长距距离离的的数数据传送,但
20、数度慢。据传送,但数度慢。异步串行接口的基本任务有如下几点:异步串行接口的基本任务有如下几点:1)实现串行数据格式化实现串行数据格式化2)实现串并转换实现串并转换3)对数据进行自动检错和纠错对数据进行自动检错和纠错4)实现通讯双方的连接和控制实现通讯双方的连接和控制3.31 为什么设置输入为什么设置输入/输出缓冲区?输出缓冲区?答:答:缓缓冲冲技技术术的的主主要要作作用用是是匹匹配配器器件件与与器器件件之之间间、设设备备与与器器件件之之间间、设设备备与与设设备备之之间间速速度度差差异异。比比如如,在在存存储储体体系系中中为为了了匹匹配配CPU与与主主存存的的速速度度差差异异设设置置了了高高速速
21、缓缓冲冲存存储储器器(Cache),在在主主存存与与外外设设进进行行数数据据交交换换时时,为为了了匹匹配配外外设设与与主主机机的的速速度度差差异异在在接接口口中中设设置置了了缓缓冲冲寄寄存存器。器。3.32 设设备备驱驱动动程程序序有有何何作作用用?它它们们一一般般包包含含哪哪些些内内容?容?答:答:(1)简简单单说说,设设备备驱驱动动程程序序的的作作用用就就是是给给出出设设备备的的具具体操作关系密切的程序。体操作关系密切的程序。因因为为每每一一台台外外部部设设备备在在的的使使用用时时,都都涉涉及及到到DMA或或中中断断过过程程等等这这样样低低级级语语言言的的操操作作,而而操操作作系系统统只只
22、是是设设置置了了一一些些通通用用性性的的I/O操操作作和和管管理理模模块块。而而用用户户都都是是通通过过应应用用程程序序使使用用简简单单的的命命令令来来使使用用外外部部设设备备的的。所所以以设设备备生生产产厂厂家家必必须须针针对对自自己己设设备备的的特特点点和和不不同同的的操操作作系系统统,设设计计出出与与设设备备的的具具体体操操作作关关系系密切的程序。密切的程序。(2)设备驱动程序一般包含以下设备驱动程序一般包含以下5部分:部分:设设备备的的标标题题;数数据据存存储储何何局局部部过过程程;策策略略过过程程;中断过程;命令处理子程序中断过程;命令处理子程序3.33 如何针对不同的设备进行设备分
23、配如何针对不同的设备进行设备分配答答:设设备备分分配配方方式式有有两两种种方方式式:静静态态方方式式和和动态方式。动态方式。静静态态方方式式是是在在用用户户作作业业开开始始之之前前,系系统统一一次次性性地地将将该该作作业业所所需需的的设设备备、控控制制器器和和通通道道分分配配都都分分配配给给它它,直直到到该该作作业业退退出出。这这种种方方式式不会产生死锁,但设备的使用效率低。不会产生死锁,但设备的使用效率低。动动态态方方式式是是在在作作业业进进行行过过程程中中动动态态地地按按需需分分配配,及及时时收收回回。它它有有利利于于提提高高设设备备的的利利用用率率,但如果分配不当,会产生死锁。但如果分配不当,会产生死锁。具具体体的的分分配配方方式式,还还考考虑虑设设备备固固有有的的属属性性设设备备特特性性。按按照照设设备备的的特特性性,设设备备可可以以分分为独占、共享和虚拟设备。为独占、共享和虚拟设备。
限制150内