计算机组成原理第九章(改)

9.2 控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？答：控制单元的主要功能是发出各种不同的控制信号。

其输入受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和来自系统总线的控制信号的控制。

9.3 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？答：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周期长度等于主存周期；时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期等于计算机主频的倒数。

9.4 能不能说机器的主频越快，机器的速度就越快，为什么？解：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。

因为机器的速度不仅与主频有关，还与数据通路结构、时序分配方案、ALU运算能力、指令功能强弱等多种因素有关，要看综合效果。

9.6 设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS？若机器主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论？解：先通过主频求出时钟周期，再求出机器周期和平均指令周期，最后通过平均指令周期的倒数求出平均指令执行速度。

计算如下：时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6s.机器周期=0.125×10-6s×2=0.25×10-6s平均指令周期=0.25×10-6s×4=10-6s平均指令执行速度=1/10-6s=1MIPS当参数改变后：机器周期= 0.125×10-6s×4=0.5×10-6s平均指令周期=0.5×10-6s×4=2×10-6s平均指令执行速度=1/（2×10-6s） =0.5MIPS结论：两个主频相同的机器，执行速度不一定一样。

第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案3. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D )A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。

C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。

D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。

5．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。

B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。

C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。

D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。

6. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。

已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。

解答过程：LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访7. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少?解：主存容量为4MB，物理地址22位虚存容量为1GB，虚拟地址30位页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K8. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。

(1) 如果一次内存访问使用50ns，访问一次主存需用多少时间?(2) 如果增加TLB，忽略查找页表项占用的时间，并且75%的页表访问命中TLB，内存的有效访问时间是多少？解：(1) 若页表存放在主存中，则要实现一次主存访问需两次访问主存：一次是访问页表，确定所存取页面的物理地址；第二次才根据该地址存取页面数据。

输入输出系统1.参考学时3学时。

2.教学目标（能力要求）●理解计算机接口基本概念:能解释计算机系统中接口的基本功能、分类与结构，可解释端口的基本概念，能辨析独立编址方式和统一编址方式各自的优缺点；●熟悉常见输入输出方式：能对比分析常见输入输出方式的工作原理、不同特点与应用局限性；●掌握查询方式工作原理：能解释查询方式工作原理，对比分析定时查询与独占式查询的差异，可给出查询方式的应用场合。

●掌握中断方式工作原理：能解释中断的工作原理，对比分析单级中断与多级中断的异同点，完成特定应用场景下中断传输方式的性能分析，具有基本中断电路的设计能力；●掌握DMA方式工作原理：能解释DMA方式的工作原理，完成特定应用场景下DMA的性能分析。

3.教学重点和难点教学重点：中断基本概念，中断请求与响应过程，常见输入输出方式的性能计算教学难点：中断机制的软硬件实现方法4.教学主要内容（1）输入输出设备与特性（10分钟）（2）I/O接口（15分钟）➢I/O接口的功能➢I/O接口的结构➢I/O接口的编址➢I/O接口的软件➢I/O接口的分类（3）数据传输控制方式（5分钟）（4）程序控制方式（10分钟）➢简单设备程序查询流程➢复杂设备程序查询流程（5）程序中断控制方式（50分钟）➢中断基本概念➢中断请求➢中断响应➢中断识别➢中断处理（6）DMA方式（45分钟）➢DMA的基本概念➢内存争用问题➢DMA控制器➢DMA传输流程5.教学过程与方法（1）输入输出设备与特性简单介绍输入输出设备定义，以及输入输出设备的特性。

简要输入输出系统的基本组成与功能。

（2）I/O接口简要介绍I/O接口的定义与常用功能。

用图片详细介绍I/O接口的内部结构与功能。

讲解I/O接口的编址概念，以及统一编址与独立编址的差异。

用MIPS指令与X86指令分别解释两种不同的编址方式。

介绍I/O接口的软件结构，注意软件抽象是计算机中最为重要的概念。

简单介绍I/O接口的常用分类方法。

１．外部设备有哪些主要功能？可以分为哪些大类？各类中有哪些典型设备？解：外部设备的主要功能有数据的输入、输出、成批存储以及对信息的加工处理等。

外部设备可以分为五大类：输入输出设备、辅助存储器、终端设备、过程控制设备和脱机设备。

其典型设备有键盘、打印机、磁盘、智能终端、数／模转换器和键盘－软盘数据站等。

2．键盘属于什么设备？它有哪些类型？如何消除键开关的抖动？简述非编码键盘查询键位置码的过程。

解：键盘是计算机系统不可缺少的输入设备。

键盘可分为两大类型：编码键盘和非编码键盘。

非编码键盘用较为简单的硬件和专门的键盘扫描程序来识别按键的位置。

消除键开关抖动的方法分硬件和软件两种。

硬件的方法是增设去抖电路；软件的方法是在键盘程序中加入延时子程序，以避开抖动时间。

键盘扫描程序查询键位置码的过程为：①查询是否有键按下。

②查询已按下键的位置。

③按行号和列号求键的位置码。

3 ．说明针式打印和字模式打印有何不同？各有什么优缺点？解：针式打印机利用若干根打印针组成的点阵来构成字符；字模式打印机将各种字符塑压或刻制在印字机构的表面上，印字机构如同印章一样，可将其上的字符在打印纸上印出。

针式打印机以点阵图拼出所需字形，不需要固定字模，它组字非常灵活，可打印各种字符和图形、表格和汉字等，字形轮廓一般不如字模式清晰；字模式打印机打印的字迹清晰，但字模数量有限，组字不灵活，不能打印汉字和图形。

4 ．什么是随机扫描？什么是光栅扫描？各有什么优缺点？解：扫描方式有两种：光栅扫描和随机扫描。

在光栅扫描方式中，电子束在水平和垂直同步信号的控制下有规律的扫描整个屏幕。

这种方式的控制比较简单，画面质量较好且稳定，但对行扫描频率要求较高。

在随机扫描方式中，电子束能在屏幕上进行随机运动，其轨迹随显示内容变化而变化，只在需要显示字符和图形的地方扫描，而不必扫描全屏。

这种方式显示速度快、画面清晰，尤其是线条的轮廓十分光滑，一般用于高清晰度的专用图形显示器中，但这种方式的控制比较复杂，而且只能用于字符和图形显示，不适于显示随机图像。