计算机组成原理第7章习题11复习进程
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1.控制器有哪几种控制方式?各有何特点?解:控制器的控制方式可以分为3种:同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单,容易实现;但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间,造成较大数量的时间浪费,从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制,而根据指令或部件的具体情况决定,需要多少时间,就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费,因而提高了机器的效率,但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
2.什么是三级时序系统?解:三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。
计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期,每个机器周期划分为若干个节拍,每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。
3.控制器有哪些基本功能?它可分为哪几类?分类的依据是什么?解:控制器的基本功能有:(1)从主存中取出一条指令,并指出下一条指令在主存中的位置。
(2)对指令进行译码或测试,产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作。
(3)指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。
控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型3类,分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器(控制单元CU)的实现方法不同。
4.中央处理器有哪些功能?它由哪些基本部件所组成?解:从程序运行的角度来看,CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
对于冯? 诺依曼结构的计算机而言,数据流是根据指令流的操作而形成的,也就是说数据流是由指令流来驱动的。
5.中央处理器中有哪几个主要寄存器?试说明它们的结构和功能。
解:CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的,它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果,有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。
第7章 指 令 系 统例7.1 假设指令字长为16位,操作数的地址码为6位,指令有零地址、一地址、二地址三种格式。
(1)设操作码固定,若零地址指令有P 种,一地址指令有Q 种,则二地址指令最多有几种?(2)采用扩展操作码技术,若二地址指令有X 种,零地址指令有Y 种,则一地址指令最多有几种?解:(1)根据操作数地址码为6位,则二地址指令中操作码的位数为16 – 6 – 6 = 4。
这4位操作码可有24=16种操作。
由于操作码固定,则除去了零地址指令P 种,一地址指令Q 种,剩下二地址指令最多有16 – P – Q 种。
(2)采用扩展操作码技术,操作码位数可变,则二地址、一地址和零地址的操作码长度分别为4位、10位和16位。
可见二地址指令操作码每减少一种,就可多构成26种一地址指令操作码;一地址指令操作码每减少一种,就可多构成26种零地址指令操作码。
因二地址指令有X 种,则一地址指令最多有()6422×−X 种。
设一地址指令有M 种,则零地址指令最多有()[]664222×−×−M X 种。
根据题中给出零地址指令有Y 种,即()[]664222×−×−=M X Y则一地址指令 ()664222−×−×−=Y X M例7.2 设相对寻址的转移指令占3个字节,第一字节为操作码,第二、三字节为相对位移量(补码表示),而且数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式。
每当CPU 从存储器取出一个字节时,即自动完成 (PC) + 1 → PC 。
(1)若PC 当前值为240(十进制),要求转移到290(十进制),则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么?(2)若PC 当前值为240(十进制),要求转移到200(十进制),则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么?解:(1)PC 当前值为240,该指令取出后PC 值为243,要求转移到290,即相对位移量为290 –243 = 47,转换成补码为2FH 。
《计算机组成原理》各章练习题参考答案第一章思考练习题一.填空1.电子数字计算机可以分为专用计算机和通用计算机两类。
2.硬件采用LSI或VLSI的电子计算机属于计算机发展过程中的第四代。
3.存储器中存放数据和程序。
4.一台计算机包括运算、存储、控制、输入及输出五个单元。
5.完成算术运算和逻辑运算的部件是运算器(或ALU);运算器的核心是加法器;控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果的部件是控制器。
6.CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线是内部总线;CPU同存储器、通道等互相连接的总线是系统总线;中、低速I/O设备之间互相连接的总线是I/O总线。
7.在多总路线结构中,CPU总线、系统总线和高速总线相连通过桥实现。
8.计算机软件一般分为系统软件和应用软件。
9.完整的计算机系统由硬件系统和软件系统构成。
10.机器字长是指一台计算机一次所能够处理的二进制位数量。
11.数据分类、统计、分析属于计算机在数据处理方面的应用。
12.计算机是一种信息处理机,它最能准确地反映计算机的主要功能。
13.个人台式商用机属于微型机。
14.对计算机软硬件进行管理,是操作系统的功能。
15.用于科学技术的计算机中,标志系统性能的主要参数是MFLOPS。
16.通用计算机又可以分为超级机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机六类。
17.“存储程序控制”原理是冯.诺依曼提出的。
18.运算器和控制器构成CPU,CPU和主存构成主机。
19.取指令所用的时间叫取指周期,执行指令所用的时间叫执行周期。
20.每个存储单元都有一个编号,该编号称为地址。
21.现代计算机存储系统一般由高速缓存、主存和辅存构成。
22.计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制原理。
二.单选1.存储器用来存放( C )。
A.数据B.程序C.数据和程序D.正在被执行的数据和程序2.下面的描述中,正确的是( B )A.控制器能够理解、解释并执行所有的指令及存储结果。
第七章指令系统ღ7-1指令,程序指令:计算机执行某种操作的命令程序:由有序的指令串构成,程序要解决一个具体的问题指令系统:一台计算机能执行的全部指令的集合指令系统的重要性:软件编程的基础,硬件设计的依据,综合考虑计算机的软硬件是计算机设计的关键因素。
ღ7-2操作码操作码用来指明该指令所要完成的操作。
通常位数反映了机器的操作种类,即机器允许的指令条数,如7位→2^7=128条指令固定长度操作码:操作码长度(占二进制位数)固定不变硬件设计相对简单指令译码时间开销小指令空间利用率较低可变长度操作码:操作码长度随指令地址数目的不同而不同(可平均缩短指令长度) 硬件设计相对复杂指令译码时间开销较大指令空间利用率较高例:某机器采用固定长度指令系统,16位,包括3地址指令15条,双地址指令10条,单地址指令若干,每个地址占4位。
问:该指令系统最多容纳多少个单地址指令,并设计该指令系统的操作码编码方案析:每条指令:一个唯一操作码编码,不同类型指令具有不同标识,用扩展操作码方案三15条,1111双10条,6个没用6*16=96个๑ 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长?๑ 7.6某指令系统字长为16位,地址码取4位,试提出一种方案,使该指令系统有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。
固定操作码为4位。
8条三地址指令操作码为:0000~0111(剩下1000~1111共8个扩展窗口)16条二地址指令操作码为:1000 0000~1000 1111(剩下1001 0000~1111 1111共112个扩展窗口)100条一地址指令操作码为:0000~ 11110000~ 11110000~ 11110000~ 11110000~ 11110000~ 11110000~ 0011- 2 - ๑7.9试比较间接寻址和寄存器间接寻址。
๑7.10试比较基址寻址和变址寻址。
1)都可有效地扩大指令寻址范围。
2)基址寻址时,基准地址由基址寄存器给出,地址的改变反映在位移量A的取值上;变址寻址时,基准地址由A给出,地址的改变反映在变址值的自动修改上,变址值由变址寄存器给出。
第3章6、二进制左移一位,则数值_a____;二进制右移一位,则数值__b_____;a增大一倍 b减小一倍 c增大10倍 b减小10倍7、8位二进制无符号定点整数能表示的数值范围是 d ,8位二进制补码定点整数能表示的数值范围是 a ;a-128~127 b –127~127 c0~127 d 0~255 e 0~2568、8位原码能表示的数据个数是 c ;8位补码能表示的数据个数是d ;a127 b128 c255 d256第4章1 DRAM地址分两次输入行选通RAS、列选通CAS的目的是_b________;a缩短读/写时间 b减少芯片引出端线数 c刷新第5章9 在指令系统中采用 b 寻址方式的指令其长度最短;a立即数 b寄存器 c直接 d变址10、一条指令字长16位,存储器按字节编址,在读取一条指令后,PC的值自动加__b____;a1 b2 c4 d-111、某计算机存储器按字16位编址,每取出一条指令后PC值自动+1,说明其指令长度是___b_____;a1个字节 b2个字节 c4个字节第6章7、在取指令操作完成之后,PC中存放的是 c ;a)当前指令的地址b)下一条实际执行的指令地址c)下一条顺序执行的指令地址PC+1d)对于微程序控制计算机,存放的是该条指令的微程序入口地址;8、控制存储器用来存放__d_____;a机器指令和数据 b微程序和数据 c机器指令和微程序 d微程序第8章3、在大多数磁盘存储器中,以下正确的是_b__;a各个磁道的位密度相等 b内圈磁道的位密度较大c外圈磁道的位密度较大 c磁盘读写信息的最小单位是字节4 大多数情况下,对于磁盘,以下叙述正确的是__d___;a依靠磁盘的旋转定位磁道 b依靠磁臂的移动定位扇区c外圈磁道与内圈磁道的容量不同d访问磁道的地址用盘面号、磁道号和扇区号来表示;扇区是最小访问单元; 第10章4、指令执行结果出现异常引起的中断是__a___中断;键盘发出的中断是___b_____;a内部 b外部 c软件5、键盘输入输出适用于采用__b___;a程序查询 b程序中断或字节多路通道cDMA d选择通道6、在多重中断情况下,CPU现场信息可保存在__c___中;a通用寄存器 b控制存储器c堆栈 d外设接口7、以下叙述中正确的是__a_____;a)中断方式一般用于处理随机出现的服务请求b)外部设备发出中断应立即得到CPU的响应c)中断方式可用于CPU向外部设备的请求d)DMA也可用于在主存与主存之间传送数据8、磁盘设备适宜于连接到__c___通道;a)字节多路通道或数据组多路通道b)字节多路通道或选择通道c)数组多路通道或选择通道d)任一种9、通道处理机不具备_d____功能;a程序控制 b中断 cDMA d数据运算10、在外设接口中,控制器的作用是_a___;状态寄存器的作用是__c_____; a存放CPU给外设的操作命令 b存放外设给CPU的操作命令c存放外设的工作状态 d存放CPU的工作状态11、在以下的叙述中,不正确的是_d___;a)在总线中,缩短总线长度有利于提高总线数据传输速度b)在系统总线中,通常一个总线工作周期是先传送地址,后传输数据c)在总线接口中,设备地址选择器的作用是判断CPU送来的地址是否是本接口的地址d)总线的同步通信方式运用于速度差异较大的部件之间的通信第3章数据编码和运算方法1、数据,表示原码时其真值为_-0_____,表示补码时其真值为__-1____,表示反码时其真值为;2、X补=,X反=,X补=,X反=,其原码分别为、、和按顺序回答3、已知X补=11101,X/2补= 11110 不舍入,2X补= 11010 ;4、数据01101101的奇校验位为_0____,偶校验位为__1____;5、了进行算术运算,运算部件中至少要有___3_____个寄存器;其中存放乘数和上商的寄存器要有______移位___功能,加法器向存放部分积或余数的寄存器传送数据;要具有____直送__、____向左斜送___和____向右斜送____功能;否则存放部分积或余数的寄存器要有____移位____功能,采用斜送方法比移位方法更节省___时间___,因为它在传送时就完成了移位操作;第4章主存储器1、半导体随机存储器可分为_SRAM_和__DRAM__两种;2、启动一次存储器读/写操作到完成读/写操作的时间称为_ 读写时间___;连续启动两次读/写操作所需的最小时间间隔称为_存储周期______;3、DRAM为保持其信息需要定时进行刷新 ;刷新方式有集中式和分散式或分布式 ;4、设某存储器的容量是MN位,采用LK位存储器芯片,该存储器所需的芯片数为_M/L N/K__________;5、某计算机指令地址长度为32位,主存储器容量为128MB,则可访问主存的地址长度为 27 位,可访问的地址范围为0到 128M ;第5章指令系统1、一般机器指令由操作码和地址码组成;2、指令的地址码字段存放的内容及其编码方式称为操作数据的寻找方式 ;3、在单地址运算指令例如加法指令中,一个操作数由地址码给出,另一个操作数在累加器中,运算结果存入累加器 ;4、操作数在主存储器中,存储器地址直接在指令中给出,这是直接寻址方式;操作数的地址在主存储器中,这是间接寻址方式;操作数的地址在寄存器中,这是寄存器间接寻址方式;5、操作数地址为程序计数器的内容加上偏移量,该偏移量由指令的地址码给出,这是相对寻址方式;6、设相对转移指令占两个字节,第1个字节为操作码,第2个字节是相对偏移量用补码表示,设该指令的地址为2003H按字节编址,要求转移到2008H,该指令的相对位移量为 00000011或00000101 用二进制表示;若指令的地址为2008H,要求转移到2001H,相对位移量为二进制表示;7、某一个自底向上生成的存储器堆栈,堆栈指针是SP,在数据进入堆栈时,先进行 SP-2→SP 操作,然后进行进栈操作;数据推出堆栈时,先进行出栈操作,然后进行 SP+2→SP 操作;已知数据字长为2字节,存储器按字节编址;8、Load功能是将数据从___存储器______传送到__寄存器________;store指令的功能是将数据从___寄存器_________传送到__存储器________;第6章中央处理器1、控制器中必有的两个寄存器是程序计数器PC 和指令寄存器IR ;2、在非流水线计算机中,一个指令周期是由若干个机器周期组成的;一个机器周期可以等于一个或多个时钟周期;时钟频率一般称为主频 ;3、完成一条指令的一系列微指令的有序集合称为微程序 ;4、微指令分两个字段,它们是控制字段和下址字段 ;5、在硬连线控制器中,控制信号形成电路根据指令译码信息、机器周期Ti 、和条件状态信息产生控制信号;6、连接CPU和存储器的信号线按功能划分有地址线、数据线和控制线;第7章存储系统1、三级存储器系统是cache 、主存储器和辅助存储器 ;2、对cache进行读写时,需将主存地址变换成cache地址,这种变换过程称为地址映像 ;3、访问主存的指令和数据存在于cache中称为命中 ;命中的次数与访存次数之比称为命中率 ;4、如果cache的容量是256块,采用直接映像,主存中的第i块映像到cache 的第 imod 256 块;5、cache与主存的地址映像有直接映像、全相联映像和组相联映像 ;6、一个组相联映像的cache,有64个页面,每组4个页面,主存共有4096个页面,每个页面64个字,因而在主存地址中,应有标记字段 8 位,组地址字段 4 位,页面字段 2 位,主存地址总长度 20 位按字编址; 注:页面即本章所讲述的“块”;7、存储器的管理方式有段式、页式和段页式 ;其中页的长度是固定的,段的长度是可变的;8、在cache组相联存储器中,假设c’为组字段长度,r为块字段长度;当r=0时,则成为直接地址映像,当c’=0时,则成为全相联地址映像;9、以下叙述正确的是__c_和__e______;a)主存的存取速度可以与CPU匹配b)主存由RAM构成,不包括ROMc)辅存中的程序调入主存后才能运行d)如果指令的地址码为24位,那么主存容量必是16MBe)汇编语言程序设计需要了解计算机的硬件结构10、采用cache、内存分页段管理和虚拟存储器技术时,在执行程序过程中都有地址映射问题;对于cache一般是从___c_____映射成___d______;对于内存分页分段管理,从___e_______映射成___c________;对于虚拟存储器是从__fe______映射成___c________;a绝对地址 b相对地址 c物理地址 dcache地址e逻辑地址 f虚拟地址 g程序地址第8章辅助存储器1、在磁盘存储器的速度指标中, 平均等待时间和数据传输率与磁盘的旋转速度有关;2 、存储器按读写方式可分为随机存取、直接存取和顺序存取3种,半导体存储器、磁盘存储器、磁带存储器 3种存储器分别依次属于上述3种方式;第10章 I/O系统12、外设地址有两种表示法:一种是_统一编址___,是利用_访存___指令进行输入输出操作的;另一种是_独立编址_______,它是利用_I/O_指令进行输入输出操作的;13、通道的类型有字节多路__通道、_数组多路____通道和__选择____通道;通用微机是否可采用Flash memory作为主存答:不能;闪存并不能支持原位更新, 向闪存中写入一条数据对这个数据块先执行擦除操作后, 这个页中的原有数据也需要重写到这个块中, 所以擦除操作所消耗的时间要远远大于写操作所要执行的时间;设有主频为16MHz的微处理器,平均每条指令的执行时间为两个机器周期,每个机器周期由两个时钟脉冲组成;问:1存储器为“0等待”,求出机器速度;2假如每两个机器周期中有一个是访存周期,需插入1个时钟周期的等待时间,求机器速度;“0等待”表示存储器可在一个机器周期完成读/写操作,因此不需要插入等待时间答:1 机器速度=主频/平均每条指令占的时钟脉冲数=16/22=4MIPS2机器速度=16/2+2+1=设某流水线计算机有一个指令和数据合一的cache,已知cache的读/写时间为10ns,主存的读/写时间为100ns,取指的命中率为98%,数据的命中率为95%,在执行程序时,约有1/5指令需要存/取一个操作数,为简化起见,假设指令流水线在任何时候都不阻塞;问设置cache后,与无cache比较,计算机的运算速度可提高多少倍答:1有cache的情况:平均访存时间=平均取指时间+平均取数时间=98%10ns+1-98%10ns+100ns+95%10ns+1-95%10ns+100ns/5=12ns+3ns=15ns2无cache的情况平均访存时间=平均取指时间+平均取数时间=1001+1001/5=120ns3速度提高倍数=120ns/15ns=8倍设某计算机的cache采用4路组相联映像,已知cache容量为16KB,主存容量为2MB,每个字块有8个字,每个字有32位;请回答:1 主存地址多少位按字节编址,各字段如何划分各需多少位2 设cache起始为空,CPU从主存单元0,1,…,100;依次读出101个字主存一次读出一个字,并重复按此次序数读11次,问命中率为多少若cache速度是主存的5倍,问采用cache与无cache比较速度提高多少倍答:1主存地址位数:2MB=221B,即21位;块内地址b:每个字块8个字,即3位,每个字32位即4个字节,需2位地址; 块号r:每组4路,需2位地址;组号c’:cache分成的组数为:16MB/4832/8B=27;即需要7位组号;区号t:t+r为2MB/16KB/4=29,即9位,故t=9-2=7位;2第一轮全部不命中,以后10次全部命中,命中率=10/11=91%设cache的读出时间为1,主存的读数时间为5,则:速度可提高到:无cache时的访问时间/有cache时的访问时间=115/101+15=倍设某计算机采用直接映像cache,已知容量为4096字;1 若CPU依次从主存单元0,1,…,99和4096,4097,…,4195交替取指令,循环执行10次,问命中率为多少2 如cache存取时间为10ns,主存存取时间为100ns,cache命中率为95%,求平均存取时间;答:1cache容量为4096字,其地址从0~4095,采用直接映像,则主存地址0和4096、1和4097、…、99和4195映射到cache的同一地址上;若从主存单元0~99和4096~4195交替取指令,因为cache内容的替换,所以命中率为0;2平均存取时间=10ns+1-95%100ns=15ns一个组相联cache,由64个存储块组成,每组包含4个存储块,主存由8192个存储块组成,每块由32字组成,访存地址为字地址;问:1主存和cache地址各多少位地址映像是几路组相联2在主存地址格式中,区号、组号、块号、块内地址各多少位答:1 主存单元数为819232=218,主存地址为18位;cache单元数为6432=211,cache地址为11位;因每组包含4个块,所以是4路组相联2 主存地址:每块32字,即块内地址b=5位;4路组相联,即块号r=2位;组数为64/4=16,即组号c=4位;主存块数/cache组数=8192/16=29,即t+r=9,所以区号t=7;主存储器容量为4MB,虚存容量为1GB1×109B,虚拟地址和物理地址各为多少位根据寻址方式计算出来的有效地址是虚拟地址还是物理地址如果页面大小为4kB,页表长度是多少答:4MB=222B,1GB=230B,所以虚拟地址30位,物理地址22位;根据寻址方式计算出来的有效地址是虚拟地址;如果页面大小为4KB,采用页式管理时,页面的数量=1GB/4KB=218,即页表长度为218;设磁盘组有11个盘片,每片有两个记录面;存储区域内直径英寸,外直径英寸;道密度为1250TPI,内层位密度52400bpi,转速为2400rpm;问:TPI表示每英寸磁道数,bpi表示每英寸位数(1)共有多少个存储面可用112-2=20存储面;最外两个面不可用;2 共有多少柱面柱面数=道数=12505-/2=16503 每道存储多少字节盘组总存储容量是多少每道存储量=2πr位密度=π52400=总存储容量=20面存储量=20道数道存储量=201650=4 数据传输率是多少数据传输率=道存储量转速=2400/60=s5 每扇区存储2KB数据,在寻址命令中如何表示磁盘地址磁盘地址由盘面号、道号和扇区号组成;20个盘面号由5位表示即可;1650个道号需用11位;每道扇区数=2KB≈24个扇区,用5位表示;设高密软盘,每面80个磁道,每磁道15扇区,每扇区存储512B;已知磁盘的转速为360rpm,今在一个磁道上写入4096B数据,平均需要多少时间最长时间是多少假设找道时间为10ms-40ms;解:写入平均时间=平均找道时间+平均等待时间+传输数据时间=10+40/2 ms+60/3602+60/3604096/512/15=25ms+83ms+89ms=197ms最长时间=40ms+60/360 s+89ms=296ms一磁带机有9个磁道8个磁道存储数据,1个磁道存储奇偶校验位,带长700m,带速2m/s,每个数据块1KB,块间间隔14mm;若数据传输率为128KB/s,试求:1 记录位密度;带速2m/s,传输率128KB/s,即2m的磁带含有128KB的容量,故磁带位密度=128KB/2m=64B/mm,一个磁带的位密度=64B/mm/8=64b/mm2 若带首尾各空2m,求此带最大有效存储容量;有效存储长度=700-22=696m每个数据块长度=数据长度+块间隔=1KB/64B/mm+14mm=16mm+14mm=30mm 磁带最大存储容量=块数每块容量=696m/30mm1KB=。
习题7一.单选选择题12.计算机系统的输入/输出接口通常是的交界面。
A. CPU与存储器之间B. 存储器与打印机之间C. 主机与外围设备之间D. CPU与系统总线之间13.在具有中断向量表的计算机中,中断向量地址是。
A. 子程序入口地址B. 中断服务程序的入口地址C. 中断服务程序入口地址的地址D. 例行程序入口地址16.如果有多个中断同时发生,系统将根据中断优先级响应优先级最高的中断请求。
若要调整中断事件的处理次序,可以利用。
A. 中断嵌套B. 中断向量C. 中断响应D. 中断屏蔽^18.中断系统中的断点是指。
A.子程序入口地址B.中断服务子程序入口地址C.中断服务程序入口地址表D.中断返回地址19.在独立编址方式下,CPU对存储单元和I/O设备的访问是靠来区分的。
A.不同的地址代码B.不同的地址总线C.不同的指令和不同的控制信号D.上述都不对23.采用DMA方式高速传输数据时,数据传送是。
A.在总线控制器发出的控制信号控制下完成的B.由CPU执行的程序完成的C.在DMA控制器本身发出的控制信号控制下完成的~D.由CPU响应硬中断处理完成的24. 下列有关DMA方式进行输入输出的描述中,正确的是。
A. 一个完整的DMA过程,部分由DMAC控制,部分由CPU控制B. 一个完整的DMA过程,完全由CPU控制C. 一个完整的DMA过程,完全由CPU采用周期窃取方式控制D. 一个完整的DMA过程,完全由DMAC控制,CPU不介入任何控制25. 在DMA传送方式中,发出DMA请求的是。
A. 主存B. DMA控制器C. CPUD. 外部设备26. DMA访问主存时让CPU进入等待状态,等DMA的一批数据访存结束后再恢复工作,这种情况称为。
A. CPU暂停方式B. 存储器分时方式C. 周期挪用方式D. 透明的DMA >27. DMA方式的接口电路中有程序中断部件,其作用是。
A. 实现数据传送B. 向CPU提出总线使用权C.发中断请求D. 向CPU提出传输结束28. 下列关于DMA方式的正确说法是。
第7章习题与解答7-1 什么是输入输出系统?它有哪些特点?答:输入输出操作的设备称为输入输出设备,简称外设。
外部设备通过接口部件与主机相连,在主机的控制下执行输入输出操作。
因此,把外部设备、接口部件以及相应的管理软件定义为计算机的输入输出系统。
特点:有异步性,实时性和设备无关性。
7-3 输入输出系统的数据传输方式有几种?各有什么特点?答:有5种方式(1)程序直接控制:信息交换的控制完全由主机执行程序实现。
特点是,接口设计简单,设备量少,但是,要花费很多时间用于查询和等待,效率大大降低。
(2)程序中断控制:外设在完成了数据传送的准备工作后,主动向CPU提出传送请求,CPU暂停原程序的执行,转向信息交换服务。
在这种方式下,特点是:CPU与外设并行。
(3)直接内存访问方式(DMA):直接内存访问(DMA)方式是一种完全由硬件执行I/O 交换的工作方式。
DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和外围设备之间进行。
主要优点是数据传送速度很高。
适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。
(4)通道方式:利用了DMA技术,再加上软件,形成一种新的控制方式。
通道是一种简单的处理机,它有指令系统,能执行程序。
它的独立工作能力比DMA强,能对多台不同类型的设备统一管理,对多个设备同时传送信息。
(5) I/O处理机方式:I/O处理机方式又称为外围处理机方式,它既可以完成I/O通道所要完成的I/O控制,又可以完成码制变换、格式处理、数据块的检错、纠错等操作。
它基本独立于主机工作。
7-4 什么是中断?它有何作用?答:中断是指CPU暂时中止现行程序的执行,转去执行为某个随机事态服务的中断处理程序。
处理完毕后自动恢复原程序的执行。
作用:(1)提高机器的可靠性;(2)进行实时控制;(3)实现主机和外设的并行工作;(4)便于实现人机联系;(5)实现分时操作7-5外设采用程序中断方式传送数据时分哪些步骤?采用程序中断方式传送的接口应由哪些部件构成?请画出其框图。
第3章6、二进制左移一位;则数值_a____;二进制右移一位;则数值__b_____.. a增大一倍 b减小一倍 c增大10倍 b减小10倍7、8位二进制无符号定点整数能表示的数值范围是 d ;8位二进制补码定点整数能表示的数值范围是 a ..a-128~127 b –127~127 c0~127 d 0~255 e 0~2568、8位原码能表示的数据个数是 c ;8位补码能表示的数据个数是d ..a127 b128 c255 d256第4章1 DRAM地址分两次输入行选通RAS、列选通CAS的目的是_b________.. a缩短读/写时间 b减少芯片引出端线数 c刷新第5章9 在指令系统中采用 b 寻址方式的指令其长度最短..a立即数 b寄存器 c直接 d变址10、一条指令字长16位;存储器按字节编址;在读取一条指令后;PC的值自动加__b____..a1 b2 c4 d-111、某计算机存储器按字16位编址;每取出一条指令后PC值自动+1;说明其指令长度是___b_____..a1个字节 b2个字节 c4个字节第6章7、在取指令操作完成之后;PC中存放的是 c ..a)当前指令的地址b)下一条实际执行的指令地址c)下一条顺序执行的指令地址PC+1d)对于微程序控制计算机;存放的是该条指令的微程序入口地址..8、控制存储器用来存放__d_____..a机器指令和数据 b微程序和数据 c机器指令和微程序 d微程序第8章3、在大多数磁盘存储器中;以下正确的是_b__..a各个磁道的位密度相等 b内圈磁道的位密度较大c外圈磁道的位密度较大 c磁盘读写信息的最小单位是字节4 大多数情况下;对于磁盘;以下叙述正确的是__d___..a依靠磁盘的旋转定位磁道 b依靠磁臂的移动定位扇区c外圈磁道与内圈磁道的容量不同d访问磁道的地址用盘面号、磁道号和扇区号来表示..扇区是最小访问单元..第10章4、指令执行结果出现异常引起的中断是__a___中断;键盘发出的中断是___b_____..a内部 b外部 c软件5、键盘输入输出适用于采用__b___..a程序查询 b程序中断或字节多路通道cDMA d选择通道6、在多重中断情况下;CPU现场信息可保存在__c___中..a通用寄存器 b控制存储器c堆栈 d外设接口7、以下叙述中正确的是__a_____..a)中断方式一般用于处理随机出现的服务请求b)外部设备发出中断应立即得到CPU的响应c)中断方式可用于CPU向外部设备的请求d)DMA也可用于在主存与主存之间传送数据8、磁盘设备适宜于连接到__c___通道..a)字节多路通道或数据组多路通道b)字节多路通道或选择通道c)数组多路通道或选择通道d)任一种9、通道处理机不具备_d____功能..a程序控制 b中断 cDMA d数据运算10、在外设接口中;控制器的作用是_a___;状态寄存器的作用是__c_____..a存放CPU给外设的操作命令 b存放外设给CPU的操作命令c存放外设的工作状态 d存放CPU的工作状态11、在以下的叙述中;不正确的是_d___..a)在总线中;缩短总线长度有利于提高总线数据传输速度b)在系统总线中;通常一个总线工作周期是先传送地址;后传输数据c)在总线接口中;设备地址选择器的作用是判断CPU送来的地址是否是本接口的地址d)总线的同步通信方式运用于速度差异较大的部件之间的通信第3章数据编码和运算方法1、数据 1.0000;表示原码时其真值为_-0_____;表示补码时其真值为__-1____;表示反码时其真值为__-0.1111___..2、X补=0.1010;X反=0.1010;X补=1.1010;X反=1.1010;其原码分别为0.1010 、0.1010 、 1.0110 和 1.0101 按顺序回答3、已知X补=11101;X/2补= 11110 不舍入;2X补= 11010 ..4、数据01101101的奇校验位为_0____;偶校验位为__1____..5、了进行算术运算;运算部件中至少要有___3_____个寄存器..其中存放乘数和上商的寄存器要有______移位___功能;加法器向存放部分积或余数的寄存器传送数据..要具有____直送__、____向左斜送___和____向右斜送____功能..否则存放部分积或余数的寄存器要有____移位____功能;采用斜送方法比移位方法更节省___时间___;因为它在传送时就完成了移位操作..第4章主存储器1、半导体随机存储器可分为_SRAM_和__DRAM__两种..2、启动一次存储器读/写操作到完成读/写操作的时间称为_ 读写时间___..连续启动两次读/写操作所需的最小时间间隔称为_存储周期______..3、DRAM为保持其信息需要定时进行刷新 ..刷新方式有集中式和分散式或分布式 ..4、设某存储器的容量是MN位;采用LK位存储器芯片;该存储器所需的芯片数为_M/L N/K__________..5、某计算机指令地址长度为32位;主存储器容量为128MB;则可访问主存的地址长度为 27 位;可访问的地址范围为0到 128M ..第5章指令系统1、一般机器指令由操作码和地址码组成..2、指令的地址码字段存放的内容及其编码方式称为操作数据的寻找方式 ..3、在单地址运算指令例如加法指令中;一个操作数由地址码给出;另一个操作数在累加器中;运算结果存入累加器 ..4、操作数在主存储器中;存储器地址直接在指令中给出;这是直接寻址方式..操作数的地址在主存储器中;这是间接寻址方式..操作数的地址在寄存器中;这是寄存器间接寻址方式..5、操作数地址为程序计数器的内容加上偏移量;该偏移量由指令的地址码给出;这是相对寻址方式..6、设相对转移指令占两个字节;第1个字节为操作码;第2个字节是相对偏移量用补码表示;设该指令的地址为2003H按字节编址;要求转移到2008H;该指令的相对位移量为 00000011或00000101 用二进制表示..若指令的地址为2008H;要求转移到2001H;相对位移量为二进制表示.. 7、某一个自底向上生成的存储器堆栈;堆栈指针是SP;在数据进入堆栈时;先进行 SP-2→SP 操作;然后进行进栈操作;数据推出堆栈时;先进行出栈操作;然后进行 SP+2→SP 操作..已知数据字长为2字节;存储器按字节编址..8、Load功能是将数据从___存储器______传送到__寄存器________;store指令的功能是将数据从___寄存器_________传送到__存储器________..第6章中央处理器1、控制器中必有的两个寄存器是程序计数器PC 和指令寄存器IR ..2、在非流水线计算机中;一个指令周期是由若干个机器周期组成的..一个机器周期可以等于一个或多个时钟周期..时钟频率一般称为主频 ..3、完成一条指令的一系列微指令的有序集合称为微程序 ..4、微指令分两个字段;它们是控制字段和下址字段 ..5、在硬连线控制器中;控制信号形成电路根据指令译码信息、机器周期Ti 、和条件状态信息产生控制信号..6、连接CPU和存储器的信号线按功能划分有地址线、数据线和控制线..第7章存储系统1、三级存储器系统是cache 、主存储器和辅助存储器 ..2、对cache进行读写时;需将主存地址变换成cache地址;这种变换过程称为地址映像 ..3、访问主存的指令和数据存在于cache中称为命中 ..命中的次数与访存次数之比称为命中率 ..4、如果cache的容量是256块;采用直接映像;主存中的第i块映像到cache的第 imod 256 块..5、cache与主存的地址映像有直接映像、全相联映像和组相联映像 ..6、一个组相联映像的cache;有64个页面;每组4个页面;主存共有4096个页面;每个页面64个字;因而在主存地址中;应有标记字段 8 位;组地址字段 4 位;页面字段 2 位;主存地址总长度 20 位按字编址.. 注:页面即本章所讲述的“块”..7、存储器的管理方式有段式、页式和段页式 ..其中页的长度是固定的;段的长度是可变的..8、在cache组相联存储器中;假设c’为组字段长度;r为块字段长度..当r=0时;则成为直接地址映像;当c’=0时;则成为全相联地址映像..9、以下叙述正确的是__c_和__e______..a)主存的存取速度可以与CPU匹配b)主存由RAM构成;不包括ROMc)辅存中的程序调入主存后才能运行d)如果指令的地址码为24位;那么主存容量必是16MBe)汇编语言程序设计需要了解计算机的硬件结构10、采用cache、内存分页段管理和虚拟存储器技术时;在执行程序过程中都有地址映射问题..对于cache一般是从___c_____映射成___d______;对于内存分页分段管理;从___e_______映射成___c________;对于虚拟存储器是从__fe______映射成___c________..a绝对地址 b相对地址 c物理地址 dcache地址e逻辑地址 f虚拟地址 g程序地址第8章辅助存储器1、在磁盘存储器的速度指标中; 平均等待时间和数据传输率与磁盘的旋转速度有关..2 、存储器按读写方式可分为随机存取、直接存取和顺序存取 3种;半导体存储器、磁盘存储器、磁带存储器 3种存储器分别依次属于上述3种方式..第10章 I/O系统12、外设地址有两种表示法:一种是_统一编址___;是利用_访存___指令进行输入输出操作的;另一种是_独立编址_______;它是利用_I/O_指令进行输入输出操作的..13、通道的类型有字节多路__通道、_数组多路____通道和__选择____通道..4.13 通用微机是否可采用Flash memory作为主存答:不能..闪存并不能支持原位更新; 向闪存中写入一条数据对这个数据块先执行擦除操作后; 这个页中的原有数据也需要重写到这个块中; 所以擦除操作所消耗的时间要远远大于写操作所要执行的时间..6.15 设有主频为16MHz的微处理器;平均每条指令的执行时间为两个机器周期;每个机器周期由两个时钟脉冲组成..问:1存储器为“0等待”;求出机器速度..2假如每两个机器周期中有一个是访存周期;需插入1个时钟周期的等待时间;求机器速度..“0等待”表示存储器可在一个机器周期完成读/写操作;因此不需要插入等待时间答:1 机器速度=主频/平均每条指令占的时钟脉冲数=16/22=4MIPS2机器速度=16/2+2+1=3.2MIPS7.3 设某流水线计算机有一个指令和数据合一的cache;已知cache的读/写时间为10ns;主存的读/写时间为100ns;取指的命中率为98%;数据的命中率为95%;在执行程序时;约有1/5指令需要存/取一个操作数;为简化起见;假设指令流水线在任何时候都不阻塞..问设置cache后;与无cache比较;计算机的运算速度可提高多少倍答:1有cache的情况:平均访存时间=平均取指时间+平均取数时间=98%10ns+1-98%10ns+100ns+95%10ns+1-95%10ns+100ns/5=12ns+3ns=15ns2无cache的情况平均访存时间=平均取指时间+平均取数时间=1001+1001/5=120ns3速度提高倍数=120ns/15ns=8倍7.5 设某计算机的cache采用4路组相联映像;已知cache容量为16KB;主存容量为2MB;每个字块有8个字;每个字有32位..请回答:1 主存地址多少位按字节编址;各字段如何划分各需多少位2 设cache起始为空;CPU从主存单元0;1;…;100..依次读出101个字主存一次读出一个字;并重复按此次序数读11次;问命中率为多少若cache 速度是主存的5倍;问采用cache与无cache比较速度提高多少倍答:1主存地址位数:2MB=221B;即21位..块内地址b:每个字块8个字;即3位;每个字32位即4个字节;需2位地址..块号r:每组4路;需2位地址..组号c’:cache分成的组数为:16MB/4832/8B=27..即需要7位组号..区号t:t+r为2MB/16KB/4=29;即9位;故t=9-2=7位..2第一轮全部不命中;以后10次全部命中;命中率=10/11=91%设cache的读出时间为1;主存的读数时间为5;则:速度可提高到:无cache时的访问时间/有cache时的访问时间=115/101+15=3.67倍7.6 设某计算机采用直接映像cache;已知容量为4096字..1 若CPU依次从主存单元0;1;…;99和4096;4097;…;4195交替取指令;循环执行10次;问命中率为多少2 如cache存取时间为10ns;主存存取时间为100ns;cache命中率为95%;求平均存取时间..答:1cache容量为4096字;其地址从0~4095;采用直接映像;则主存地址0和4096、1和4097、…、99和4195映射到cache的同一地址上..若从主存单元0~99和4096~4195交替取指令;因为cache内容的替换;所以命中率为0..2平均存取时间=10ns+1-95%100ns=15ns7.7 一个组相联cache;由64个存储块组成;每组包含4个存储块;主存由8192个存储块组成;每块由32字组成;访存地址为字地址..问:1主存和cache地址各多少位地址映像是几路组相联2在主存地址格式中;区号、组号、块号、块内地址各多少位答:1 主存单元数为819232=218;主存地址为18位..cache单元数为6432=211;cache地址为11位..因每组包含4个块;所以是4路组相联2 主存地址:每块32字;即块内地址b=5位;4路组相联;即块号r=2位;组数为64/4=16;即组号c=4位;主存块数/cache组数=8192/16=29;即t+r=9;所以区号t=7..7.8 主存储器容量为4MB;虚存容量为1GB1×109B;虚拟地址和物理地址各为多少位根据寻址方式计算出来的有效地址是虚拟地址还是物理地址如果页面大小为4kB;页表长度是多少答:4MB=222B;1GB=230B;所以虚拟地址30位;物理地址22位..根据寻址方式计算出来的有效地址是虚拟地址..如果页面大小为4KB;采用页式管理时;页面的数量=1GB/4KB=218;即页表长度为218..8.5 设磁盘组有11个盘片;每片有两个记录面;存储区域内直径2.36英寸;外直径5.00英寸;道密度为1250TPI;内层位密度52400bpi;转速为2400rpm..问:TPI表示每英寸磁道数;bpi表示每英寸位数(1)共有多少个存储面可用112-2=20存储面..最外两个面不可用..2 共有多少柱面柱面数=道数=12505-2.36/2=16503 每道存储多少字节盘组总存储容量是多少每道存储量=2πr位密度=2.36π52400=48.56KB总存储容量=20面存储量=20道数道存储量=20165048.56KB=1.6GB4 数据传输率是多少数据传输率=道存储量转速=48.562400/60=1.94MB/s5 每扇区存储2KB数据;在寻址命令中如何表示磁盘地址磁盘地址由盘面号、道号和扇区号组成..20个盘面号由5位表示即可..1650个道号需用11位..每道扇区数=48.56KB/2KB≈24个扇区;用5位表示..8.6 设高密软盘;每面80个磁道;每磁道15扇区;每扇区存储512B..已知磁盘的转速为360rpm;今在一个磁道上写入4096B数据;平均需要多少时间最长时间是多少假设找道时间为10ms-40ms..解:写入平均时间=平均找道时间+平均等待时间+传输数据时间=10+40/2 ms+60/3602+60/3604096/512/15=25ms+83ms+89ms=197ms最长时间=40ms+60/360 s+89ms=296ms8.7 一磁带机有9个磁道8个磁道存储数据;1个磁道存储奇偶校验位;带长700m;带速2m/s;每个数据块1KB;块间间隔14mm..若数据传输率为128KB/s;试求:1 记录位密度..带速2m/s;传输率128KB/s;即2m的磁带含有128KB的容量;故磁带位密度=128KB/2m=64B/mm;一个磁带的位密度=64B/mm/8=64b/mm2 若带首尾各空2m;求此带最大有效存储容量..有效存储长度=700-22=696m每个数据块长度=数据长度+块间隔=1KB/64B/mm+14mm=16mm+14mm=30mm 磁带最大存储容量=块数每块容量=696m/30mm1KB=23.2MB。
第七章一.填空题1 CPU响应中断时需要保存当前现场,这里现场指的是和的内容,它们被保存到中。
2在中断服务程序中,保护和恢复现场之前需要中断。
3 DMA只负责总线上进行数据传送,在DMA写操作中,数据从传送到。
4总线的裁决方式速度最高。
5某机有四个中断源,优先顺序按1→2→3→4降序排列,若想将中断处理次序改为3→1→4→2,则1、2、3、4中断源对应地屏蔽字分别是、、和。
6 I/O接口电源通常具有、、和功能。
7 I/O的编址方式可分为和两大类,前者需有独立的I/O指令,后者可通过指令和设备交换信息。
8主机与设备交换信息的控制方式中,方式主机与设备是串行工作的,方式和方式主机与设备是并行工作的,且方式主程序与信息传送是并行进行的。
9 I/O与主机交换信息的方式中,和都需通过程序实现数据传送,其中体现CPU与设备是串行工作的。
10 CPU响应中断时要保护现场,包括对和的保护,前者通过实现,后者可通过实现。
11一次中断处理过程大致可分为、、、和等五个阶段。
12 在DMA方式中,CPU和DMA控制器通常采用三种方法来分时使用主存,它们是、、和。
13 中断接口电路通过总线将向量地址送至CPU.14 I/O与主机交换信息共有、、、和五种控制方式。
15 单重中断的中断服务程序的执行顺序为、、、和中断返回。
16 多重中断的终端服务程序的执行顺序为、、、和中断返回。
二.选择题1.将外围设备与主存统一编址,一般是指。
A. 每台设备占一个地址码B.每个外围接口占一个地址码C.接口中的有关寄存器各占一个地址码D.每台外设由一个主存单元管理2.主机与设备传送数据时,采用,主机与设备是串行工作的。
A. 程序查询方式B.中断方式C.DMA方式D.通道方式3.当有中断源发出请求时,CPU可执行相应的中断服务程序。
提出中断请求的可以是。
A. 通用寄存器B.专用寄存器C.外部事件D.cache4.在中断周期,CPU主要完成以下工作:。
计算机组成原理第7章习题11习题7一.单选选择题12.计算机系统的输入/输出接口通常是的交界面。
A. CPU与存储器之间B. 存储器与打印机之间C. 主机与外围设备之间D. CPU与系统总线之间13.在具有中断向量表的计算机中,中断向量地址是。
A. 子程序入口地址B. 中断服务程序的入口地址C. 中断服务程序入口地址的地址D. 例行程序入口地址16.如果有多个中断同时发生,系统将根据中断优先级响应优先级最高的中断请求。
若要调整中断事件的处理次序,可以利用。
A. 中断嵌套B. 中断向量C. 中断响应D. 中断屏蔽18.中断系统中的断点是指。
A.子程序入口地址 B.中断服务子程序入口地址C.中断服务程序入口地址表 D.中断返回地址19.在独立编址方式下,CPU对存储单元和I/O设备的访问是靠来区分的。
A.不同的地址代码 B.不同的地址总线C.不同的指令和不同的控制信号 D.上述都不对23.采用DMA方式高速传输数据时,数据传送是。
A.在总线控制器发出的控制信号控制下完成的B.由CPU执行的程序完成的C.在DMA控制器本身发出的控制信号控制下完成的D.由CPU响应硬中断处理完成的24. 下列有关DMA方式进行输入输出的描述中,正确的是。
A. 一个完整的DMA过程,部分由DMAC控制,部分由CPU控制B. 一个完整的DMA过程,完全由CPU控制C. 一个完整的DMA过程,完全由CPU采用周期窃取方式控制D. 一个完整的DMA过程,完全由DMAC控制,CPU不介入任何控制25. 在DMA传送方式中,发出DMA请求的是。
A. 主存B. DMA控制器C. CPUD. 外部设备26. DMA访问主存时让CPU进入等待状态,等DMA的一批数据访存结束后再恢复工作,这种情况称为。
A. CPU暂停方式B. 存储器分时方式C. 周期挪用方式D. 透明的DMA27. DMA方式的接口电路中有程序中断部件,其作用是。
A. 实现数据传送B. 向CPU提出总线使用权C.发中断请求D. 向CPU提出传输结束28. 下列关于DMA方式的正确说法是。
A. DMA方式利用软件实现数据传送B. DMA方式能完全取代中断方式C. DMA方式在传送过程中需要CPU程序的干预D. DMA方式一般用于高速、批量数据的简单传送29. 下列说法正确的是。
A. 程序中断过程是由硬件和中断服务程序共同完成的B. 每条指令的执行过程中,每个总线周期要检查一次有无中断请求C. 检测有无DMA请求,一般安排在一条指令执行过程的末尾D. 中断服务程序的最后指令是无条件转移指令二.综合应用题1.什么是计算机的外部设备?试列出常用输入、输出设备各三种并简要说明其用途。
2.LCD显示器与CRT显示器相比有什么特点和优缺点?3. 某光栅扫描显示器的分辨率为1024×1024,帧频率为75Hz(逐行扫描),颜色为24位真彩色。
回扫和消隐时间忽略不计,问:(1) 每一像素允许的读出时间是多少?(2) 刷新存储器的容量是多少? (3) 刷新带宽是多少?显示总带宽是多少?4.常用的打印机有哪几种?它们各有什么特点?5.I/O 接口的基本结构包括哪几个部分?各部分起什么作用?6.计算机对I/O端口编址时通常采用哪两种方法?7.CPU与外设有哪几种数据传送方式?它们各有什么特点?8. 简述中断传送的特点和整个中断过程。
9.简述DMA传送的工作原理及DMA控制器的几种基本操作方式。
10.有六个中断源D1、D2、D3、D4、D5 D6,它们的响应中断优先级从高到低分别是1级、2级、3级、4级、5级和6级。
这些中断源正常情况下的中断屏蔽码设置与响应优先级次序相同,而中断服务程序的执行顺序需要改变为4→5→3→2→6→1。
已知,每个中断源有六位中断屏蔽码。
请分别写出正常的中断屏蔽码和改变后的中断屏蔽码。
11.某中断系统可以实现5重中断,中断响应和中断处理优先级的顺序同样是1→2→3→4→5(其中优先权1最高)。
若现行程序运行到T1时刻,响应优先权4的中断源的中断请求;在此中断处理尚未结束的T2时刻,又出现了优先权3的中断源的中断请求;当优先权3未处理结束的T3时刻,又出现了优先权2的中断源的中断请求;待优先权2的中断处理完毕刚一返回的T4时刻,又被优先权1的中断源的中断请求打断。
请从实时角度画出观察到的CPU运动轨迹(从现行程序被中断直至返回现行程序止),在图中标出中断请求和返回点,并加以简单说明。
12.假定磁盘传输数据以32位的字为单位,传输速率为1MB/s。
CPU的时钟频率为50MHz。
(1) 程序查询的输入输出方式,一个查询操作需要100个时钟周期,求CPU为I/O查询所花费的时间比率,假定进行足够的查询以避免数据丢失。
(2) 用中断方式进行控制,每次传输的开销(包括中断处理)为100个时间周期。
求CPU为传输磁盘数据花费的时间比率。
(3) 采用DMA控制进行输入输出操作,假定DMA的启动操作需要1000个时钟周期,DMA完成时处理中断需要500个时钟周期,如果平均传输的数据长度为4KB,问在磁盘工作时处理器将用多少时间比率进行输入输出操作,忽略DMA申请使用总线的影响。
13.在程序查询方式的输入/输出系统中,假设不考虑处理时间,每一个查询操作需要100个时钟周期,CPU的时钟频率为50MHz。
现有鼠标和硬盘两个设备,而且CPU必须每秒对鼠标进行30次查询,硬盘以32位字长为单位传输数据,即每32位被CPU查询一次,传输率为2MB/s。
求CPU对这两个设备查询所花费的时间比率,由此可得出什么结论?14.某计算机的CPU主频为500MHz,CPI为5(即执行每条指令平均需5个时钟周期)。
假定某外设的数据传输率为 0.5MB/S,采用中断方式与主机进行数据传送,以32位为传输单位,对应的中断服务程序包含18条指令,中断服务的其他开销相当于2条指令的执行时间。
请回答下列问题,要求给出计算过程。
(1)在中断方式下,CPU 用于该外设 I/O 的时间占整个CPU时间的百分比是多少?(2)当该外设的数据传输率达到5MB/S时,改用DMA方式传送数据,假定每次DMA传送块大小为5000B,且DMA预处理和后处理的总开销为500个时钟周期,则CPU用于该外设I/O 的时间占整个CPU时间的百分比是多少?(假设 DMA 与 CPU 之间没有访问冲突)。
习题7一、选择习题答案1.B 2. B 3. A 4. A 5. A 6. B 7. B 8. D 9.C 10.B 11.A 12.C13.C 14.A 15.A 16.D 17.C 18.D 19.C 20. B 21.D 22.A 23.C 24.A25.D 26.A 27.D 28.D 29.A 30.D 31.B二、综合应用题3.解:(1) 每一像素允许的读出时间为1/75×1/(1024×1024) = 1.27×10-8s = 12.7ns。
(2) 刷新存储器的容量 =1024×1024×24/8B = 1024×1024×3B = 3MB。
(3) 刷新带宽 = 1024×1024×3B×75 = 225MB/s。
显示总带宽=刷新带宽= 225MB/s。
10.解:中断屏蔽码11.解:CPU运动轨迹如图所示。
12.解:(l) CPU 为查询所花费的时间比率为 0.02×100/4= 0.5 。
(2)中断方式CPU为传输磁盘数据花费的时间比率为0.02*100/4= 0.5。
(3)DMA方式CPU为进行操作花费的时间比率为0.02×1500/4000= 0.0075。
13.解: (1) CPU对鼠标的查询占用CPU的时间比率为:100×30 / (50×106)100% = 0.006%。
(2)对磁盘的查询占用CPU的时间比率为:(100×2MB / 4B×1024) / (50×106)100% = 105%。
结论:以上结果表明,对鼠标的查询基本不影响CPU的性能,而即使CPU将全部时间都用于对磁盘的查询也不能满足磁盘传输的要求,所以CPU一般不采用程序查询方式与磁盘交换信息。
14.解:⑴中断方式下, CPU 每次用于数据传输的时钟周期数:5×(18 + 2)=100。
为达到外设 0.5MB/s 的数据传输速率,外设每秒申请的中断次数:0.5MB/4B=125000。
则1秒内用于中断的开销:100×125000=12500000=12.5M 个时钟周期。
CPU 用于外设 I/O 的时间占整个 CPU 时间的百分比:12.5M / 500M × 100%=2.5%⑵外设数据传输率提高到5MB/s时,1秒内需要产生的DMA次数为:5MB/5000B=1000。
CPU用于DMA处理的总开销:500×1000=500000=0.5M个时钟周期。
CPU用于外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比:0.5M/500M×100%=0.5%。