计算机组成原理习题Word格式.docx
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1的ROM；
4K×
1的RAM；
8K×
1的ROM。
若用它们组成容量为16KB的存储器，前4KB为ROM，后12KB为RAM，地址码采用16位。
试问：
⑴各种存储芯片分别用多少片？
⑵正确选用译码器及门电路，并画出相应的逻辑结构图。
⑶指出有无地址覆盖现象。
5．（15分）一个CRT字符显示器显示字符，每帧可显示80字x25行，每个字符点阵为7x9，即横向7个点，纵向9个点，且字间间隔为1个点，行间间隔为5个点。
显示存储器的容量至少为多大？
辅助存储器
1.FAT
答案：
FAT是操作系统对磁盘进行管理时使用的一个线性链表，他存储一个文件在磁盘中占用的存储区域位置，在该表中存储文件后续区域所占用的簇号，又称为文件分配表。
2.阵列磁盘应用什么类型的接口卡？
该卡上大体有些什么组成部件？
阵列盘中的RAID0，RAID1，RAID4和RAID5指的是什么类型的容错处理？
阵列磁盘使用特定的接口卡（一般称为RAID卡，阵列控制卡），把组成阵列的多个物理（实际）磁盘连接为一个逻辑整体，这被称为一个逻辑磁盘。
该卡是一个有较强智能处理能力的接口电路，上面有一个单片计算机，形成奇偶校验信息的机构，分析与处理主机CPU发送来的读写磁盘命令的机构，有起缓冲作用的DRAM存储器（又被成为阵列加速器，几MB到几十MB容量，分成两个体以镜像方式运行，还有专用的后备电池支持）等几个组成部分。
RAID0模式，是指把一个文件的数据分成容量相等（例如16KB）的“块”（chunk），把每一段交替地分别写到不同的物理磁盘的几个扇区中去，这种处理叫datastriping。
它的好处是，不仅可以使几个磁盘合起来有更大的容量，还可以让多个物理磁盘并发读写，提 高了数据输入/输出的吞吐率；
它并没有采用任何容错措施，故没有容错能力。
磁盘可用存储容量全部用于存储实际数据。
RAID1模式，是实现两个磁盘互为备份的用法，即把相同的数据分别写到这样配对使用的两个磁盘中去，这叫做磁盘镜像（Drivemirroring），这一写操作是对两个磁盘同时进行的，不会有降低写入速度的矛盾。
它的最大好处是数据被同时保存在两个磁盘中，若其中任何一个磁盘出现故障，还可以从另一个磁盘中读出数据，而不会出现令人难以接受的丢失数据的局面。
读操作时，也许还会碰上读出数据略快一点的情况。
它的不足之处是，镜像磁盘总存储容量的有效利用率只有50%。
RAID4模式，是为N个存储数据的磁盘分配另外一个专用于存储奇偶校验信息的磁盘，它仍以Datastriping为基础，但在把文件数据分块写进多个数据磁盘的同时，对这些数据中相应的几位求出它们的奇偶校验值，最终形成一个由奇偶校验值组成的信息快，并将其写入专用于存储奇偶校验信息的磁盘，这被称为数据保护（Dataguarding）。
它的好处是提供了容错能力，即这N+1个磁盘中任何一个出现故障，都不会造成丢失数据的问题，可以用剩下的N个磁盘的内容，计算出存放在有故障磁盘中的正确的数据内容，尽管这一计算比较费时间。
与磁盘镜像相比，它的存储容量的有效利用率可以更高，为N/（N+1）。
这种模式下，最少的物理磁盘数量为3。
它的缺点，一是用运行正常的N个磁盘的内容计算出有故障磁盘中的正确数据比较费时间，二是受奇偶磁盘的制约，不支持多个数据磁盘的并行写操作。
RAID5模式，是对RAID4的改进。
这一改进表现在：
不再区分N个存储数据的磁盘和另外一个专用的奇偶校验磁盘，它是把N+1个磁盘同等对待，都用于存放数据和奇偶校验信息，在同一个物理盘中，数据和奇偶校验信息是以不同扇区的形式体现出来的，这被称为分布式数据据保护（DistributedDataguarding）。
与RAID4同样，它提供了容错能力，即这N+1个磁盘中任何一个出现故障，都不会造成丢失数据的问题，可以用剩下的N个磁盘的内容，计算出存放在有故障磁盘中的正确的数据内容，存储容量的有效利用率同样为N/（N+1）。
对RAID4的主要改进表现在，在一些情况下，可能可以对多个磁盘执行并行的写操作，因为它不再受单独一个奇偶校验磁盘的制约。
3.说明只写一次型光盘的原理性组成和完成读写操作的基本原理。
写一次型光盘设备由光盘机和盘片组成。
光盘机由主轴驱动机构，读写光头和寻道定位机构，激光器、光束分离器和光聚焦镜等组成。
光盘是圆形的、用于记录信息的盘片，由基板、铝质反射层和薄金属膜三层结构组成，基板提供合适的机械性能，反射层用于反射接收到的激光信号，而金属膜则是记录信息（区分“0”“1”信号）的介质。
激光器可以产生一定亮度（强度）的激光束，是光源部件。
光束分离器把接收到的激光束分成为写光束和读光束两部分。
调制器用于控制是否要让写光束通过。
写光束要通过跟踪反射镜和聚焦镜实现寻道定位，把写光束聚焦为很细的光束打到指定的光盘位置，从而在那里改变对光的反射特性，表示已完成对1个二进制位信号的写入操作。
读出时，读光束也会照射到指定的光盘位置，但它的能量很弱，不会改变金属膜的反射特性，只会把所照到之处的反光特性有无发生改变通过反射光的强弱表现出来，反射回来的光被送到光敏二极管，从而确定读出来的是“1”信号还是“0”信号。
由于金属膜的反射特性，一旦被破坏了就不能再恢复，所以这种类型的光盘只能被写一次。
4.一个磁盘存储器共有6个盘片（12个存储面），每面有4096条磁道，每条磁道有256个扇区，每个扇区512个字节，每分钟7200转，定位时间（寻道时间）为8ms。
（1）计算这个磁盘存储器的存储容量。
（2）磁盘存储器的寻址时间（包括定位时间和等待时间）是多少？
（3）在寻址完成之后，磁盘存储器的数据传输率是多少？
（1）这个磁盘存储器的存储容量为：
C＝512Bx256x4096x12＝6.0GB或：
C＝6.44GB
（2）磁盘存储器的寻址时间（包括定位时间和等待时间）是多少？
等待时间为：
60/7200/2＝4.2ms
寻址时间为：
定位时间＋等待时间＝8ms＋4.2ms＝12.2ms（3）在寻址完成之后，磁盘存储器的数据传输率为
数据传输率：
512Bx256x7200/60＝15MB/S或：
512Bx256x7200/60＝15.7MB/S
5.一个磁盘存储器的存储容量为16GB（1GB=230Byte），有8个盘片（16个数据面），每条磁道有512个扇区，每个扇区512个字节，每分钟8000转，定位时间（寻道时间）为4.25ms。
（1）计算这个磁盘存储器的数据传输率。
（2）这个磁盘存储器有多少个柱面（磁道）？
（3）这个磁盘存储器的寻址时间（包括定位时间和等待时间）是多少？
（1）这个磁盘存储器的数据传输率为：
512Bx512x8000/60＝33.3MB/S或：
512Bx512x8000/60＝35MB/S
（2）这个磁盘存储器的柱面数为：
N＝16GB/（512Bx16x512）＝4096
（3）这个磁盘存储器的寻址时间为：
等待时间为：
60/8000/2＝3.75ms
定位时间＋等待时间＝4.25ms＋3.75ms＝8ms
6.一台数据流磁带机有9条磁道，有效带长800米，带速每秒10米，每个数据块的有效数据为16K字节，每两个数据块之间有1毫米的间隔，记录密度为每毫米12800bit。
（1）首先计算每个数据块的带长：
16Kx8/12800＋1＝11.24mm磁带的存储容量为：
16Kx9x（800x1000/11.24）＝10.5GB或：
9.76GB（1GB=230Byte）
（2）数据传输率为：
16K/（11.24/10000）＝14.6MB/S或：
13.9MB/S（1MB=220Byte）
（3）如果数据块记录在磁带的末尾，必须整条磁带从头到未走一篇，共需要时间：
800x9/10＝720秒，即12分钟
7.一个3.5英寸磁盘，最小磁道的直径为4厘米，最大磁道直径为8厘米，每分钟10000转，共有20记录面，每个记录面有8000个磁道，每条磁道上有511个扇区，每个扇区实际记录有600个字节，其中有效数据为512个字节。
请分别计算下列各题。
（1）这个磁盘存储器的有效存储容量。
（2）磁道密度是每毫米多少条磁道？
（3）最低记录位密度和最高记录位密度是每毫米多少位？
（4）实际数据传输率和有效数据传输率。
C＝512Bx20x8000x511＝39GB或：
C＝42GB（1GB=230Byte）
（2）磁道方向的有效记录宽度为（80-40）/2＝20mm磁道密度是：
8000/20mm＝400道/mm
（3）每条磁道记录的实际数据量为600Bx511＝306.6KB＝2452.8Kbit最短磁道长度为：
40x3.1416＝125.6mm，因此，最高记录位密度为：
2452.8Kb/125.6mm＝19.5Kbit/mm最短磁道长度为：
80x3.1416＝251.3mm，因此，最高记录位密度为：
2452.8Kb/251.3mm＝9.76Kbit/mm
（4）实际数据传输率为：
600Bx511/（60/10000S）＝51.1MB/S或：
48.7MB/S（1MB=220Byte）有效数据传输率为：
512Bx511/（60/10000S）＝43.6MB/S或：
41.6MB/S（1MB=220Byte）
8.一个磁盘存储器的存储容量为16GB（1GB=230Byte），有8个盘片（16个记录面），每条磁道有512个扇区，每个扇区512个字节，每分钟8000转，定位时间（寻道时间）为4.25ms。
（1）计算这个磁盘存储器的有效数据传输率。
（1）这个磁盘存储器的有效数据传输率为：
512Bx512x8000/60＝33.3MB/S或：
512Bx512x8000/60＝35MB/S
N＝16MB/（512Bx16x512）＝4096
（3）这个磁盘存储器的寻址时间为：
9.一个磁盘存储器共有6个盘片（12个存储面），每面有4096条磁道，每条磁道有256个扇区，每个扇区512个字节，每分钟7200转，定位时间（寻道时间）为8ms。
（3）在寻址完成之后，磁盘存储器的有效数据传输率是多少？
C＝512Bx12x4096x256＝6.0GB或：
C＝6.44GB
（2）磁盘存储器的寻址时间为：
等待时间：
60/7200/2＝4.2ms
寻址时间：
定位时间＋等待时间＝8ms＋4.2ms＝12.2ms
（3）在寻址完成之后，磁盘存储器的有效数据传输率为：
T＝512Bx256x7200/60＝15MB/S或：
T＝15.7MB/
输入输出系统
1.简述一次DMA处理的完整过程。
一次DMA传送过程由３个阶段组成，传送前的预处理，数据传送，传送结束处理。
传送前的预处理是由CPU完成的。
例如，CPU执行到读写磁盘的系统调用遇句时，就要启动DMA传送过程，向DMA卡送入设备识别信号，启动设备，测试设备运行状态，向DMA卡送入内存地址初值，传送数据的数据个数，DMA的功能控制信号等，这之后，CPU继续执行原来的程序，数据传送将在DMA卡控制下，在磁盘和主存储器之间自动（不用CPU干预，也不必通过CPU转手传递）完成。
数据传送是在DMA卡控制下自动完成的。
以读磁盘为例，当磁盘准备好一个数据，它就向DMA卡发出请求信号，DMA卡向CPU发出请求总线使用权的信号，若总线空闲，总线控制器将送响应回答信号给DMA卡，DMA卡就取得了总线使用权，
DMA卡撤消请求总线的信号，并启动数据传送过程，把内存地址计数器的内容送到地址总线，送一个回答信号给设备，设备就可以把准备好一个数据送到数据总线，DMA向内存发写命令，从而完成一次数据传送。
在这个过程中，DMA卡还要完成对内存地址计数器和数据数量计数器的计数操作，并通过检查数据数量计数器是否为０，决定要启动下一次传送，还是结束本次全部数据的传送过程。
传送结束处理，是由数据数量计数器的值为０引发出来的。
数据数量计数器的值为０时，DMA将向CPU发出中断请求信号，CPU响应这一请求后，转入中断服务程序，检查是结束数据传送（例如相应一个磁盘读的系统调用语句全部完成），或向DMA发去新的操作命令，以便继续执行该系统调用语句中尚未完成的部分的传送操作。
2.对于三种基本的输入输出方式，即程序控制方式、程序中断方式和DMA方式，下面的结论正确吗？
为什么？
（1）采用程序中断方式能够提高CPU的利用率，因此，在设置有中断方式的计算机系统中，就不需要再使用程序控制方式了。
（2）DMA方式能够处理高速外部设备输入输出工作。
由于高速工作方式一般能够覆盖低速工作方式，因此，在采用了DMA方式的计算机系统中，就没有必要再使用中断方式了。
（1）采用程序中断方式能够使CPU运行用户程序与外部设备的输入输出工作并行进行，因此，采用中断方式能够提高CPU的利用率是正确的。
在设置有中断方式的计算机系统中，就不需要再使用程序控制方式了，这种说法是不对的。
采用程序控制输入输出方式，何时，对何设备进行输入或输出操作完全受用户程序控制。
而程序中断方式，设备的输入输出操作发生在现行程序的什么地方，完全不受用户程序控制。
因此，对于有些输入输出操作，需要在程序的控制下进行，如许多实时的输入输出工作，这时，必须采用程序控制输入输出方式。
另外，在程序中断方式的执行过程中，往往也需要接借助程序控制输入输出方式才能完成。
例如，当有多个中断源分配在同一个中断优先级中时，在进入中断服务程序之后，必须通过逐个查询设备的状态才能知道是哪个设备申请中断，这一过程实际上就是采用了程序控制输入输出方式。
（2）DMA方式能够处理高速外部设备输入输出工作，这种说法是完成正确的。
但是，在采用了DMA方式的计算机系统中，就没有必要再使用中断方式了，这种说法不正确。
实际上，DMA方式的初始化工作和后处理工作通常要采用程序中断方式来完成。
3.为什么需要有输入输出接口？
输入输出接口的主要功能是什么？
输入输出接口是处理机与外部世界进行联系的界面。
外部设备的类型、规格、特性多种多样，它们输出数据和接收数据的方式，数据的格式差异很大，因此，设备与处理机的连接方式也很不相同。
计算机系统为了能够适应各种外围设备的不同要求，规定了一些独立于具体设备的标准接口。
各种外围设备必须根据自己的特点和要求，选择其中的一种标准接口与处理机连接。
凡是连接到同一种标准接口上的不同类型设备，它们之间的差异必须由设备本身的控制器通过硬件和软件来进行填补。
这样，处理机本身就无需了解各种外围设备特定的具体工作细节，可以采用统一的硬件和软件对品种繁多的设备进行管理。
计算机系统的使用者也只需通过操作系统提供的高级命令或程序请求来使用各种各样复杂的外围设备。
在需要更换外围设备时，各种不同型号，不同生产厂家的设备都可以直接通过标准接口与计算机系统连接。
输入输出接口的主要功能有：
（1）处理机与外部设备之间的通信联络
（2）数据缓冲
（3）接受处理机的命令，提供外部设备的状态
（4）数据格式的变换
4.计算机总线的功能是什么？
通常用什么类型的器件构建总线？
从功能区分，总线由哪3种类型的总线组成，它们各自对计算机系统性能有什么影响。
计算机总线是在计算机的各部件之间传输信息的公共通路，包括传输数据（信息）信号的逻辑电路、管理信息传输协议的逻辑线路和物理连线。
每次传输时，总线可以从多个信息来源中选择其一并传输到一个（或多个）信息接受部件。
5.解释下列术语：
总线周期，总线周期类型，总线的等待状态，正常总线周期，Burst总线周期，同步传输控制，异步传输控制。
总线周期，通常指的是通过总线完成一次内存读写操作或完成一次输入/输出设备的读写操作所必需的时间，依据具体的操作性质，可以把一个总线周期区分为内存读周期，内存写周期，IO读周期，IO写周期4种基本类型。
一个总线周期通常由两个时间段组成：
地址时间（addresstime，CPU向内存或IO设备送出地址信息到地址总线），数据时间（datatime，CPU完成数据读写）。
若被读写的内存和外设的运行速度够快，可以保证在这一个数据时间内完成读写操作，则该总线周期在这一数据时间之后立即结束。
若被读写的内存和外设的运行速度低，不能在这一个数据时间内完成读写操作，就必须再增加一到几个数据时间用于继续完成读写操作，之后才结束该总线周期。
在增加出的这一到几个数据时间里，称总线处于等待状态。
如果每次数据传输都要用两段时间（地址时间，数据时间）组成的完整的总线周期完成读写，则称这种总线周期为正常总线周期（normalbuscycle），每次只能传输一个数据。
若希望提高数据传输速度，也可以在给出一次地址信息（一个地址时间）后，接着用连续的多个（例如4）数据时间依次传输多个数据，这种运行方式被称为总线的急促传输方式（burstmode），又称为成组数据传送方式。
同步通信，是指在总线上传送数据时，通信双方使用同一个时钟信号进行同步，这个时钟信号通常可以由CPU的总线控制逻辑部件提供，称为总线时钟。
可以用一或几个总线时钟构成一个总线周期，每个周期完成一次数据传输，总线周期的长短，需要与被读写部件的存取时间配合好。
通信双方送出与接收地址信号、控制命令信号和数据信号，都是使用这一时钟信号完成定时的，可以有比较高的数据传输率。
异步通信，是指在总线上传送数据时，允许通信双方各自使用自己的时钟信号，采用"
应答方式"
（握手方式）解决数据传输过程中的时间配合关系，而不是共同使用同一个时钟信号进行同步，数据传输速率要低很多。
6.通用可编程接口中应由那些部件构成？
各自的功能是什么？
为了尽量减少接口卡的种类（型号）数目，人们总是希望用同一块接口卡能提供出更多的（而不是单独一种）功能，并且能灵活选择其运行功能和运行的控制参数，这样的接口卡被称为通用可编程接口，这里说的可编程，是指可以在程序中通过指令指定接口的功能，指定接口的运行控制参数等。
接口卡上通常要有设备识别线路，用以保证CPU能够识别和访问指定的设备；
还要有接口命令寄存器，存放CPU发来的控制命令；
有状态寄存器，由设备运行状态设置其值，供CPU通过读操作来了解设备（接口）的运行状态。
接口卡上通常还有一到几个用于（输入、输出）数据缓冲的寄存器，以便适当降低CPU和设备直接偶合的程度，解决他们运行速度不匹配的矛盾。
接口卡上通常还有处理中断请求、屏蔽和判优等逻辑线路，这是属于总线从设备类型的设备主动向CPU提出自己操作要求的重要机制，当然总线主设备也可以发出中断请求。
7.何谓中断源、中断状态字？
为什么要为中断源规定中断优先级？
采用中断嵌套的好处表现在哪里？
中断嵌套需要什么硬件支持？
能引起中断的事件，或能发出中断请求的设备被称为中断源。
为了管理众多的中断请求，需要按对每个中断请求响应的急迫程度，对中断进行分级管理，为此要把这些中断请求信号排一个队，存放这些中断请求信号的线路被称为中断状态字。
当中断源数量很多时，为了便于管理，可以把某些中断请求信号组合在一起，并为其规定一个处理的优先次序，称其为中断优先级。
在有多个中断请求时，总是首先响应与处理优先级最高的一个中断请求。
如果CPU正在处理优先级低的一个中断，又来了优先级更高的一个中断请求，通常的处理办法，是停止低优先级的中断处理过程，以便及时响应更高优先级的中断请求，在该高优先级中断处理完成之后，接下来再继续处理低优先级的中断，在该低优先级中断处理完成之后，才返回去接着执行主程序。
这种在处理中断的过程中又可以响应更高优先级中断的办法被称为中断嵌套，这是保证更好地按中断优先级响应与处理中断的好办法，实现中断嵌套，要求计算机硬件系统中有堆栈支持。
8.DMA传输方式的优点是什么？
DMA接口中通常应包括哪些逻辑部件？
直接存储器存取方式，主要用于在快速设备和主存储器之间成批交换数据的场合。
在这种应用中，处理问题的出发点集中到两点：
一是不能丢失快速设备提供出来的数据，二是进一步减少快速设备入出操作过程中对CPU的打扰。
DMA卡是插接在总线插槽上的一块逻辑线路板，它的一端通过总线与计算机主存储器连接，另外一端通过电缆与高速设备连接。
一块功能完备的DMA卡的组成，通常应包括一般通用可编程接口卡的全部组成部分，例如设备识别逻辑（片选信号），控制/状态逻辑，数据缓冲电路，中断处理逻辑等，又要多出其他几个组成部分，例如主存储器的地址计数器，数据数量计数器，DMA请求线路等。
（1）主存地址计数器，存放读写主存用到的主存地址，一批数据传送开始前，由CPU写入其初值，以后每传送一个字，该地址计数器加１，使其指向下一个主存单元。
（2）数据数量计数器，存放传送数据的数量，通常用补码给出，由CPU写入其初值，以后每传送一个字，该计数器加１，当计数到０时，表示这批数据传送完毕，此时DMA应向CPU发中断请求信号。
（3）DMA的控制/状态逻辑，由控制和状态等逻辑电路组成，用于修改主存地址计数器和数据数量计数器，指定传送功能（输入还是输出），协调CPU和DMA信号的配合与同步。
（4）DMA请求（与屏蔽）触发器，接收并记忆设备送来的请
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