计算机组成原理课后答案高教版.docx
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计算机组成原理课后答案高教版
计算机组成原理课后答案（高教版）
IO有哪些寻址方法？
他们的特点是什么？
解决方案:
有两种
类型:
对输入输出和内存进行统一寻址的输入输出地址和独立寻址的
输入输出地址。
输入输出地址采用与主存储单元地址完全相同的格
式。
输入输出设备和主存储器占用相同的地址空间。
中央处理器可以像主存储器一样访问输入输出设备，而不需要安排特殊的输入输出指
令。
在独立寻址模式下，机器专门为输入输出设备安排了一组与主存储器地址格式完全不同的地址码。
此时，输入输出地址和主存储器地址是两个独立的空间。
中央处理器需要通过特殊的输入输出指令来访问输入输出地址空间。
讨论:
IO寻址方式的意义:
IO寻址方式的选择主要影响指令系统设计中IO指令的排列。
因此，在描述其特征时，必须解释对应于该输入输出寻址模式的输入输出指令的设置。
IO和内存的统一寻址方式将IO地址视为存储地址的一部分，并占用主内存空间:
具体来说，IO和内存的统一寻址空间是总线
空间IO占用的内存扩展空间。
独立于输入输出的寻址方式有明显的输入输出地址标识，而
输入输出和内存统一寻址方式没有问题:
输入输出地址由相应的指令
提供，与任何寻址方式无关，地址本身没有特殊标识。
简要说明哪些联系方式可用于在中央处理器和输入输出之
间传输信息？
它们分别是什么时候使用的？
答:
有三种方式在中央处
理器和输入输出之间传递信息:
直接控制（即时响应）、同步、异步。
适用场合分别为:
直接控制适用于结构极其简单的输入输出设备、极慢的速度。
中央处理器直接控制外围设备处于某种状态，没有接触信号。
同步方法使用统一的时间尺度进行通信，适用于中央处理器和输入输出速度差不大、传输距离较近的场合。
当中央处理器和输入输出之间的速度差很大、时，具有响应机制的异步通信适用于长距离传输。
讨论:
注意输入输出切换模式、输入输出传输分类模式与输入输出联系模式的区别:
串行、并行输入输出传输模式是常用来描述输入输出传输宽度型输入输出切换模式主要讨论传输过程的控制方法输入输出联系模式主要解决在传输过程中如何获得中央处理器与输入输出之间的通信连接，以建立运行中的同步协作关系。
该同步方法适用于CPU和IO的工作速度完全同步的场合。
问题:
一般情况下，IO不可能实现与CPU工作速度的完全同
步。
同步模式的本质是慢或快。
如果采用同步模式，中央处理器无法达到满负荷。
IO与主机交换信息的常用控制方法是什么？
简要描述它们
的特性。
（）程序查询方法。
其特征在于主机和输入输出串行工作的中央处理器启动输
入输出后，总是询问输入输出是否准备好。
如果设备准备好了，中央
处理器将切换到处理信息输出和主机之间传输的信息的程序。
如果设
备没有准备好，中央处理器将反复询问并等待，直到输入输出准备好。
这种方式，中央处理器的效率非常低。
（）程序中断模式。
其特征在于主机和输入输出并行工作。
启动输入输出后，中央处理器不需要一直检查输入输出是否准备好，而是继续执行程序。
当输入输出就绪时，中央处理器向中央处理器发送一个中断信号。
在适当的时候，中央处理器暂停当前程序以服务于输入输出。
这种方法消除了步进现象，提高了中央处理器的效率。
（）直接内存存取模式。
其特征在于，在主存储器和与输入输出并行工作的输入输出之间有一条直接的数据通路。
启动输入输出后，中央处理器不需要询问输入输出是否准备好。
当输入输出准备就绪时，此时中央处理器不直接参与输入输出与主存储器之间的信息交换，而只是暂时将外部总线的使用权交给直接内存存取。
DMA仍然可以完成其内部操作，因此在不中断当前程序的情况下访问CPU更有效，并且只需要暂停一个访问周期。
（）频道模式。
通道是具有特殊功能的处理器。
中央处理器向通道传输一些能量。
它实现了外围设备的审批管理和外围设备与内存之间的数据交
换。
它极大地提高了中央处理器的效率，但也增加了硬件成本。
（）输入输出处理器模式。
他是渠道模式的进一步发展。
中央处理器将输入输出操作和外围设备管理交给输入输出处理器，它本质上是一个多机系统，因此大大提高了效率。
尝试比较程序查询模式、程序中断模式和DMA模式对CPU工作效率的影响。
程序查询方法要求中央处理器一直查询输入输出，直到输入输出就绪。
这种方法效率低下。
与程序查询方式相比，程序中断方式提高了中央处理器的工作效率，消除了步进现象。
在三种模式中，直接内存存取模式的中央处理器的工作效率
最高。
启动输入输出后，中央处理器不需要询问输入输出是否准备好。
当输入输出就绪时，它会发出直接内存存取请求。
此时，中央处理器并不直接参与输入输出与主存储器之间的信息交换，而只是暂时将外部总线的使用权交给直接内存存取器，直接内存存取器仍然可以完成其内部操作。
因此，在不中断当前程序的情况下访问中央处理器更有效，并且只需要暂停一个访问周期。
图形显示和图像显示有什么区别？
图形显示是由点、线、平面组合而成的平面或三维图形。
并且可以做平移、缩放变化、旋转、坐标变换、投影变换、
透视变换、透视投影、轴向投影、单点透视、两点或三点透视和隐藏线处理等操作。
主要用于计算机辅助设计和计算机辅助制造等。
图形显示器上显示的图形是由计算机使用某种算法形成的点、线、平面、阴影等。
它来自主观世界，所以也叫主观图像或计算机图像。
图像显示器显示的图像通常来自客观世界，因此也称为客观
图像。
图像显示器以点阵的形式显示计算机处理过的图像。
字符显示接口电路中缓冲存储器和只读存储器的功能是什么？
解决方案:
（）缓冲存储器用作显示存储器，用于存储要显示的字符的ASII码。
它的容量与显示屏上可以显示的字符数有关。
每个字符所在的存储单元的地址对应于屏幕上该字符所在的位置。
（）作为字符发生器，只读存储器将ASCII码转换成一组光点矩阵信息只读存储器。
只读存储器的数量与显示器可以显示的字符类型有关。
尝试比较针式打印机、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配有字符发生器。
它们的共同特点是可以将字符编码信息转换成点阵信息。
不同之处在于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
阵信息和控制墨滴的运动轨迹。
此外，点阵针式打印机是一种冲击式打印机，可以打印一个字一个字或一行一行。
喷墨打印机只能为激光打印机逐字打印。
后两种是无冲击打印机。
不同类型的打印机在性能和价格上差异很大，用户可以根据不同的需要合理选择。
对于要求高打印质量的场合，可以选择激光打印机。
配置串行点阵针式打印机需要价格低廉或只有文字处理功能的个人计算机。
需要处理的信息量非常大。
要求速度快。
应配置行式打印机或高速激光打印机。
计算机的输入输出设备使用异步串行传输来传输字符信息。
字符信息的格式是位起始位、位数据位、位校验位和位停止
位。
如果需要每秒传输字符，设备的数据传输速率是多少？
解决方案:
X=位秒=波特是数据传输速率的波特率单位。
比特率=X=比特秒什么是多媒体技术？
简述了开发多媒体计算机的关键技术。
多媒体技术指的是一种强调计算机和声音相结合的技术。
多媒体技术的关键技术主要包括:
视频和音频数据压缩和解压缩技术、多媒体专用芯片、大容量存储、适用于多媒体技术的软件。
什么是输入输出接口？
它和港口有什么区别？
为什么我应
该设置一个输入输出接口？
IO接口是如何分类的？
解决方案:
输入输
出接口通常指的是中央处理器和输入输出设备之间的连接组件端口。
它是指在输入输出接口中可由中央处理器访问的寄存器端口加上相
应的控制逻辑构成输入输出接口。
该接口主要用于解决主机与外围设备之间的直接差异，实现
相互通信。
IO接口的分类方法有很多种，包括:
（1）根据数据传输方式分为并行接口和串行接口；
（2）根据数据传输控制模式，程序控制接口、程序中断接口、DMA接口。
接口和端口之间的区别。
接口位于中央处理器和外围设备之间，是一个连接部分。
它通过地址线、数据线和控制线连接到中央处理器，同时通过数据信息控制信息和状态信息连接到外围设备。
数据信息、状态信息和控制信息分别放在外围接口的不同寄
存器中。
这些寄存器被称为端口数据端口、状态端口和控制端口，分别存储数据信息、状态信息和控制信息。
中央处理器可以读写这些端口（寄存器），因此每个端口都有一个地址对应关系。
中央处理器可对这些端口进行编程。
简述了IO接口的功能和基本组成。
结合选址、命令传输、
数据传输、设备状态反映、设备选择电路、命令寄存器、命令解码器、
数据缓冲寄存器、设备状态标志和程序查询模式接口电路等功能，说
明其工作过程。
解决方案:
程序查询接口的工作过程如下（以输入为例）:
）中央处理器发送输入输出地址总线接口设备选择器解码并选择选择选择信号打开命令接收门）中央处理器发送启动命令设置接口向设备发送
启动命令设备开始工作）中央处理器等待输入设备读取数据DBR）外围工作完成信号接口设置就绪信号控制总线中央处理器）输入:
中央处理器通过输入指令从DBR获取数据。
如果是输出，除了数据传输方向相反之外，其他操作与输入类似。
工作过程如下:
）CPU发送IO地址总线接口设备选择器解码并选择SEL信号打开命令接收门）输出:
CPU通过输出命令将数据放入接口DBR（out）CPU发送启动命令d到设置接口b设置接口发送启动命令到设备开始工作）CPU等待输出设备从DBR获取数据）外围工作完成信号接口b设置d）就绪信号控制总线CPUCPU通过第二次
传输命令再次向接口DBR输出数据。
解释中断向量地址和入口地址之间的区别和联系。
解决方案:
区别:
矢量地址是硬件电路（矢量编码器）产生的中断源的内存地址号。
中断入口地址是中断服务程序的第一个地址。
联系:
中断向量地址可以理解为中断服务程序入口地址指示
器（入口地址的地址），通过它可以访问中断服务程序入口地址。
在什么情况下，输入输出设备可以向中央处理器发出中断请
求？
解决方案:
条件是:
当中央处理器查询中断时，输入输出接口中的设备工作完成状态为（D=）,中断屏蔽码为（MASK=）,中断请求触发状
态为（INTR=）。
什么是中断使能触发器？
它是做什么的？
解决方案:
中断允
许触发是中央处理器中断系统的一个组成部分。
它充当开关中断（即当主开关被中断时，中断屏蔽触发器可被视为中断的子开关）。
在什么条件下，什么时候中央处理器可以响应输入输出中断请求？
解决方案:
中央处理器响应输入输出中断请求的条件和时间是:
当中断许可状态为（EINT=）并且至少发现一个中断请求时，中央处理器将在指令执行时响应中断。
系统对输入数据进行采样，每次提取一个输入数据时，中央处理器中断处理，并将采样数据存储到存储器的缓冲区。
中断处理需要p秒。
此外，对于存储在缓冲区中的每n个数据，主程序将取出它们进行处理，这需要q秒。
系统每秒能跟踪多少中断请求？
解决方案:
N个数据所需的处理时间=PXNQ秒每个数据所需的平均处理时间=（PXNQ）N秒倒计时:
系统跟踪的中断请求=每秒N（PXNQ）次。
在程序中断模式下，磁盘应用程序中断的优先级高于打印
机。
打印机打印时，磁盘请求中断请求。
是否要停止打印机输出并等待磁盘操作完成后，打印机输出才能继续？
为什么？
解决方案:
由于磁盘中断的优先级高于打印机的优先级，打印机输出应该停止，直到磁盘操作完成后，打印机输出才
能继续。
因为打印机的速度比磁盘输入和输出的速度慢，暂停打印不会导致数据丢失。
单中断和多中断服务进程中断隐藏指令中断隐藏指令单个
多中断向量通过哪条总线发送到哪里？
为什么？
答:
因为中断向量是
中断服务子程序的入口地址，程序将通过使用中断向量转移到中断服
务子程序执行，所以它将通过数据总线发送到程序计数器PC。
程序查询方法和程序中断方法有什么区别，这是通过程序传输数据的两种方法？
答:
当程序询问通过程序传输数据的方式时，程序控制输入输出，包括输入输出准备和输入输出传输。
由于输入输出的工作速度远远低于中央处理器的工作速度，程序不得不反复询问输入输出的状态，造成步骤等待，浪费中央处理器的工作时间。
然而，尽管程序中断模式也通过程序传输数据，程序仅控制输入输出传输阶段，并且输入输出准备阶段不需要中央处理器查询。
因此，此时中央处理器仍然可以运行当前的程序，并与输入输出并行工作，从而大大提高了中央处理器的工作效率。
解释调用中断服务程序和调用子程序的区别。
解决方案:
（1）中断服务程序和中断时中央处理器运行的程序是相互独立的。
他们之间没有明确的关系。
调用子程序时调入的子程序是同一个程序的两个部分，是由中央处理器执行的程序段。
（）除了软中断，中断生成通常是随机的，子程序调用是由调
用指令（子程序调用指令）引起的。
（）中断服务程序的入口地址可以通过硬件向量法生成，然后
通过向量地址找到入口地址。
子程序CALL的子程序入口地址由CALL指令中的地址码
给出。
（）调用中断服务程序和子程序都需要保护程序断点。
前者由中断隐藏指令完成，而后者由CALL指令本身完成。
（）处理中断服务程序时，需要仲裁多个同时发生的中断，而
通常不调用子程序。
（）在中断服务程序和被调用的子程序中有保护寄存器内容
的操作。
答:
设备查询优先级是固定的。
一些优先级较低的设备可能
会饿死。
设置循环优先级可以使设备公平地获得数据传输。
根据以下要求，设计一个电路来生成设备矢量地址。
（）设备的优先级按ArarrBrarrC的降序排列。
（）A、B、C的矢量地址为、、。
（）排队器采用链式排队电路。
（）当中央处理器发送中断响应信号INTA时，向量地址可被
带到中央处理器。
解决方案:
这个主题类似于教科书中的例子。
请参考设计。
设备向量地址的电路如下:
帧内来自高级队列
INTRBINTRCINTRBINTRBINTRB到低级队列设备编码器
INTPAINTPBINTPC数据总线INTA什么是多重中断？
实现多重中断
的必要条件是什么？
解决方案:
多重中断是指在执行某个中断服务程
序的过程中，当某个更高级别、更紧急的事件发生时，中央处理器暂
停当前中断服务程序的执行，转而处理该事件的中断，并返回当前中
断服务程序继续执行的过程。
实现多个中断的必要条件是中断使能触发器是当前中断服
务期间的即时中断。
DMA的特点是什么？
什么样的输入输出设备在与主机交换
信息时使用直接内存存取来说明？
答:
直接内存访问模式，即直接内存访问模式，即在没有中
央处理器的情况下，通过总线在外设和主内存之间直接传输信息，从而提高传输效率，减轻中央处理器的负担。
一般来说，DMA用于高速外设和存储器之间的信息传输。
例如，硬盘。
中央处理器对直接内存存取请求和中断请求的响应时间相同吗？
为什么？
解决方案:
处理器对DMA请求和中断请求的响应时间是不同的。
因为这两种方法的交换速度非常不同，所以中央处理器
必须在较短的时间间隔内查询和响应DMA请求（在访问周期结束时）。
中断的查询被安排在指令周期的末尾。
在DMA操作模式下，CPU暂停模式和周期挪用模式的数据传输流程有什么不同？
绘图说明。
解决方案:
主要区别在于当前程序是否在传输阶段完全停止访问内存。
假设一个设备向中央处理器传输信息的最高频率是亚秒，相应的中断处理程序的执行时间是我们，外设能以程序中断的形式与主机交换信息吗？
为什么？
解决方案:
设备向中央处理器传输信息的时间间隔。
然后:
外设不能以程序中断的形式与主机交换信息，因为它
的中断处理器的执行速度比外设的交换速度慢。
让磁盘存储器的旋转速度被分成扇区。
每个扇区存储K个字节。
主存储器和磁盘存储数据传输的宽度是比特（即每次传输的比特数）。
假设一条指令的最大执行时间是我们能否在指令执行结束时采用响应DMA请求的方案。
为什么？
如果没有，应该采取什么计划？
解决方法:
首先计算磁盘传输速度，然后将其与指令执行速度进行比较，得出结论。
磁道容量=KBX=K字传输速率=K字x分钟=K字x分钟=K
字x秒=K字秒传输时间=K=USUSSUSUSUUS。
因此，对于每个中
央处理器机器周期结束查询和对直接存储器存取请求的响应（通常安排中央处理器机器周期=主存储器存取周期），应该采用通过一个指令执行来结束对直接存储器存取请求的响应（由于响应太晚而导致数据丢失）的方案。
试从以下七个方面比较程序查询、程序中断和DMA的综合
性能。
（）数据传输依赖于软件或硬件（）数据传输的基本单元（）并行
性（）主动性（）传输速度（）经济性（）应用对象。
注:
虽然CPU运行效率高于程序查询，但传输速度低于程序
查询。
程序查询程序中断DMA）依靠软件和硬件软件（一点硬件硬件）数据单元字或字节字或字节数据块）并行性串行工作CPU和IO设备并行程序和IO传输串行CPU和IO设备并行程序和IO传输并行）
主动性、主动性、被动性和被动性）传输速度慢而快）经济性最简单，经济性稍复杂，经济是最复杂的，成本是最高的）应用对象、低速实时处理过程、低速设备的输入输出交换周期和高速设备的输入输出交换周期。
中央处理器正在访问内存，而直接内存管理器正在请求同时访问内存；此时，中央处理器将总线控制权交给直接内存存取
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