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1、 l7.1A 若对磁表面存储器写入代码若对磁表面存储器写入代码10011，请画出，请画出NR-1制、制、PE制、制、FM制、制、MMF制记录方式的写入电流波形。设点流初始方向为制记录方式的写入电流波形。设点流初始方向为-I。l7.2B 假设在一个采用组相联映象方式的假设在一个采用组相联映象方式的Cache种，主存有种，主存有B0B7共共8块组成，块组成，Cache有有C0C4共共4块，组内块数为块，组内块数为2块。每块位块。每块位32个个字节。求：字节。求：l1）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。l2）写出）写出Cache地址的格式，并标出各字段
2、的长度。地址的格式，并标出各字段的长度。l3）画出主存与）画出主存与Cache字间各个块的映象对应关系。字间各个块的映象对应关系。l7.3B 一个由一个由Cache与主存组成的二级存储系统。已知主存容量为与主存组成的二级存储系统。已知主存容量为1MB,缓存容量为缓存容量为32KB,采用组相联方式进行地址映象与变换，主采用组相联方式进行地址映象与变换，主存与缓存的每一块为存与缓存的每一块为64B,缓存共分缓存共分8组。求：组。求： 1）写出主存与缓存的地址格式。（地址码长度及各字段名称与）写出主存与缓存的地址格式。（地址码长度及各字段名称与位数）位数） 2）假定）假定Cache的存取周期为的存取
3、周期为20ns,命中率位命中率位0.95，希望采用，希望采用Cache后的加速比大于后的加速比大于10，那么要求主存的存取速度应大于多少？，那么要求主存的存取速度应大于多少？1 l7.4A 某某计计算算机机系系统统的的内内存存系系统统中中，已已知知cache存存取取周周期期为为45ns，主主存存存存取取周周期期为为200ns。 CPU执执行行一一段段程程序序时时，CPU访访问问内内存存系系统统共共4500次次，其其中中访访问问主主存存的的次数为次数为340次，问：次，问：l1Cache 命中率命中率H是多少？，是多少？，l2CPU访问内存的平均访问时间访问内存的平均访问时间Ta是多少？是多少？
4、l3Cache/主存系统的访问效率主存系统的访问效率e是多少？是多少？l解：解： 1、Cache 命中率命中率Hl H=Nc/(Nc+Nm)=(4500-340)/4500=0.92l 2、CPU访存的平均时间访存的平均时间l Ta = H*Tc+(1-H)（Tm+Tc）l = 0.92*45+(1-0.92)*（200+45）= 61 nsl 3、Cache/主存系统的访问效率主存系统的访问效率l e=Tc/Ta*100%=45/61*100%=0.74*100%=74% 2 l7.5某计算机，如果所有的某计算机，如果所有的Cache访问都命中的话，它的访问都命中的话，它的CPI（每条指令执
5、行的周期数）时每条指令执行的周期数）时2.0。唯一的数据访问。唯一的数据访问指令是指令是Store和和Load,它们占总数指令的它们占总数指令的40%，不命中的，不命中的损失是损失是25个时钟周期，不命中率是个时钟周期，不命中率是2%。如果所有的指。如果所有的指令访问令访问Cache都命中的话，那么机器的速度是存在都命中的话，那么机器的速度是存在Cache不命中的多少倍？不命中的多少倍？l答：设机器执行的总指令条数为答：设机器执行的总指令条数为100；设在所有存储器；设在所有存储器访问都在访问都在Cache命中时，所需时钟周期数为命中时，所需时钟周期数为T1;设在一般设在一般Cache命中率下
6、，执行上述指令的时钟周期为命中率下，执行上述指令的时钟周期为T2，则：则：T1=指令条数指令条数平均平均Cache=100 2.0=200 T2=指令条数指令条数CPI=指令总条数指令总条数平均平均CPI+Cache不命不命中指令条数中指令条数引起的延迟引起的延迟 =100 2.0+100 40% 2% 25=220 则加速比则加速比S=T2/T1=1.1,则在则在Cache全部命中情况下的机全部命中情况下的机器速度是在器速度是在Cache有缺失情况下的有缺失情况下的1.1倍。倍。3 l7.6 某计算机的存储系统是由某计算机的存储系统是由Cache、贮存和磁盘贮存和磁盘组成的虚拟存储系统。若一
7、字在组成的虚拟存储系统。若一字在Cache中，访问中，访问它需要它需要T1ns;若字不在主存中，将其从磁盘装入若字不在主存中，将其从磁盘装入主存需要时间主存需要时间T2ns,主存字访问周期为主存字访问周期为T3ns,若若Cache的命中率为的命中率为P1,主存命中率为主存命中率为T2，求出该存求出该存储系统的平均字访问时间。储系统的平均字访问时间。 解：平均字访问时间：解：平均字访问时间： 在在Cache+在内存在内存+不再内存不再内存 即即 P1T1+（1-P1)P2T3+(1-P1)(1-P2)(T2+T3)4 l7.77.7有一主存有一主存-Cache-Cache层次的存储器，其主存容量
8、层次的存储器，其主存容量1MB,Cache1MB,Cache容量是容量是64KB,64KB,每块每块8KB,8KB,若采用直接映像方式，请问主存的地址格式？若若采用直接映像方式，请问主存的地址格式？若主存地址为主存地址为25301H,25301H,那么它在主存的哪一块？映射到那么它在主存的哪一块？映射到CacheCache的哪一的哪一块？块？l解：主存地址格式为：区号解：主存地址格式为：区号+ +主存块号主存块号+ +块内地址其中，主存分了块内地址其中，主存分了1MB/64K=161MB/64K=16个区，所以区号是个区，所以区号是4 4位，主存每个区中的块和位，主存每个区中的块和CacheC
9、ache中中的块相同，是的块相同，是64K/8K=864K/8K=8块，所以主存块号是块，所以主存块号是3 3位，块内地址是位，块内地址是1313位。即位。即4 4位区号位区号 3 3位块号位块号 1313位块内地址。地址为位块内地址。地址为25301H,25301H,就就是是0010 0101 0011 0000 0001B,0010 0101 0011 0000 0001B,也就是也就是0010 010 0010 010 1001100000001B ,1001100000001B ,它在主存它在主存2 2区的第区的第2 2块，映像到块，映像到CacheCache的第的第2 2块。块。l7
10、.8 7.8 某计算机的某计算机的CacheCache采用采用4 4路组相连映射，已知路组相连映射，已知CacheCache容量为容量为16KB16KB，主存容量为，主存容量为2MB2MB，每块有，每块有8 8个字，每个字个字，每个字3232位。请回答：位。请回答：la)a)主存地址多少位（按字节编址），各字段如何划分（个需多少主存地址多少位（按字节编址），各字段如何划分（个需多少位）？位）？lb)b)设设CacheCache初始时为空，初始时为空，CPUCPU从主存单元从主存单元0 0，1 1，100100连续读连续读出出101101个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读个字（主存一次
11、读出一个字），并重复按此次序读1111次，次，问命中率为多少？若问命中率为多少？若CacheCache速度是主存速度的速度是主存速度的5 5倍，则采用倍，则采用CacheCache与无与无CacheCache速度提高多少倍？速度提高多少倍？5 l7.9某计算机采用直接映射某计算机采用直接映射Cache，已知容量为，已知容量为4096B。la)若若CPU依次从主存单元依次从主存单元0，1，99和和4096，4097，4195交替取指令，循环执行交替取指令，循环执行10次，问命中率是次，问命中率是多少？多少？lb)如如Cache存取时间为存取时间为10ns，主存存取时间为，主存存取时间为100ns
12、，Cache命中率为命中率为95% ，求平均存取时间。，求平均存取时间。l7.10 已知某计算机系统共有已知某计算机系统共有2KB Cache，采用组相连映，采用组相连映射方式，分为射方式，分为16组，每组有组，每组有4个个Cache块。其地址长块。其地址长32位，位，最小编址单位为字节。最小编址单位为字节。la)内存地址内存地址000010AF16将映射到将映射到Cache中的哪一组？中的哪一组？lb) 若内存地址若内存地址000010AF16和和FFFF7XYZ16可以同时被可以同时被映射到映射到Cache中的同一组，那么，中的同一组，那么，xyz可能的取值为多少可能的取值为多少？l7.1
13、1 什么是虚拟存储器？它的存储介质有哪些？虚拟存什么是虚拟存储器？它的存储介质有哪些？虚拟存储器主要要解决什么问题？分别是怎么解决的？储器主要要解决什么问题？分别是怎么解决的？l7.12 虚拟存储器是如何进行虚地址到内存实地址的转换虚拟存储器是如何进行虚地址到内存实地址的转换的？说明段表的组成。哪些常用的指令寻址方式可用在的？说明段表的组成。哪些常用的指令寻址方式可用在虚实地址的转换中？虚实地址的转换中？6 8.1 某活动磁头磁盘组的性能参数如下：转数某活动磁头磁盘组的性能参数如下：转数6000转转/分，每道容量分，每道容量20KB，平均寻道时间平均寻道时间10ms。假定操作系统采用两种方式访
14、问该磁盘组，第一假定操作系统采用两种方式访问该磁盘组，第一种方式每次读取种方式每次读取2KB，第二种方式每次读取第二种方式每次读取8KB。已知操作系统访问磁盘的时间开销为已知操作系统访问磁盘的时间开销为5ms的额外的额外开销和开销和2KB/ms的传输开销。求的传输开销。求; 1.计算该次片组的数据传输率和平均寻址时间计算该次片组的数据传输率和平均寻址时间（即从磁头定位到目标磁道开始到寻找到目标扇（即从磁头定位到目标磁道开始到寻找到目标扇区的平均时间）？区的平均时间）？ 2.如果要读取一个很大的磁盘文件，操作系统如果要读取一个很大的磁盘文件，操作系统按第一种方式和第二种方式所需的时间比是多少按第
15、一种方式和第二种方式所需的时间比是多少？7 8.2 设某磁盘有两个记录面，存储区内直径为设某磁盘有两个记录面，存储区内直径为2.36英寸，外直径为英寸，外直径为5英寸，道密度为英寸，道密度为1250TPI(TPI：磁道数磁道数/英寸英寸)，内直径处的位密，内直径处的位密度为度为52，400bpi位位/英寸英寸)，转速为，转速为2400rpm(rpm：/分分)。请解。请解答：答： 每面有多少磁道，每磁道能存储多少字节？每面有多少磁道，每磁道能存储多少字节？ 数据传输率是多少？数据传输率是多少？ 设找道时间在设找道时间在10ms40ms之间，在一个磁道上写上之间，在一个磁道上写上8000字节字节数
16、据，平均需要多少时间？数据，平均需要多少时间？ 解答：解答： 已知道密度已知道密度Dcylinder =1250TPI ，内直径内直径Diminner=2.36英寸，外直径英寸，外直径Dimoutside=5英寸，则每面的磁道数英寸，则每面的磁道数N每面磁道数每面磁道数为：为： N每面磁道数每面磁道数为为= Dcylinder(Dimoutside-Diminner)/2=12501.32=1650 根据位密度的楰，这样每道上存储的字节个数相同，则可存根据位密度的楰，这样每道上存储的字节个数相同，则可存储的字节数可由下公式得到：储的字节数可由下公式得到：Num磁道磁道=2 RinnerDbit
17、=DiminnerDbit+8=48562字节。字节。 8 设数据传输率为设数据传输率为f，则根据数据传输率的定义，由以下公式则根据数据传输率的定义，由以下公式可以得到解：可以得到解：f=Diminner(Dbit/8) (2400/60)=1.94MB/s 设读取数据所需总的时间为设读取数据所需总的时间为T，平均找道时间为平均找道时间为TSEEK，旋转延迟为旋转延迟为TROTATE， 数据读取时间为数据读取时间为TREAD ，则解过程为：则解过程为： T= TSEEK+ TROTATE+ TREAD =(10+40)/2+1/(2400/60)+2+(81024)/(1.94106) 103
18、=41.7ms(36) 8.3 某磁盘存储器的平均找道时间为某磁盘存储器的平均找道时间为Ts，转速为每转速为每分分r转，转，每磁道容量为每磁道容量为N个字，每信息块为个字，每信息块为n个字。试推算读写个字。试推算读写一个信息块所需时间一个信息块所需时间Tb的计算公式。的计算公式。 解答：设平均等待时间为解答：设平均等待时间为TWAIT， 数据读取时间为数据读取时间为TREAD，则则 一个信息块的时间为：一个信息块的时间为： Tb=Ts +TWAIT+ TREAD=Ts+60/(2 r)+60n/rN9 9.1 若需显示一幅若需显示一幅有有256种颜色种颜色1024768像素的图像。像素的图像。
19、 显示系统的帧存容量为多少位？显示系统的帧存容量为多少位？ 如要在屏幕上得到逼真的动态图像，假设每秒传送如要在屏幕上得到逼真的动态图像，假设每秒传送50帧帧(逐行扫描逐行扫描)，则传送频率为多少？，则传送频率为多少？ 如要显示汉字，机器内设置有如要显示汉字，机器内设置有ROM汉字库，存放汉字库，存放一级和二级汉字，汉字采用一级和二级汉字，汉字采用1616点阵，则汉字库的容点阵，则汉字库的容量是多少？量是多少？ 答：答： 显示系统的帧缓冲容量为：显示系统的帧缓冲容量为： 10247682256 =6291456位位 传送频率为：传送频率为： 5062914568=39.3216Mbit/s 一级
20、汉字个数为一级汉字个数为3755个，二级汉字为个，二级汉字为3008个，汉个，汉字库容量为字库容量为(3755+3008)16168=216416字节字节 10 9.2 一个黑白一个黑白CRT，显示具有显示具有16级灰度的图片，已知级灰度的图片，已知CRT的分辨率为的分辨率为800600，问显示，问显示RAM的容量为多少？的容量为多少？如帧同步脉冲的频率为如帧同步脉冲的频率为30Mhz，则视频脉冲的频率应是则视频脉冲的频率应是多少？多少？ 答：答： 显示显示RAM容量为：容量为： 800600216 =240kB 视频脉冲的频率是：视频脉冲的频率是： 80060030=1.44Mhz 9.3
21、如果某计算机显示器的分辨率为如果某计算机显示器的分辨率为1024768，65535灰灰度级，则它显示卡的刷新存储器至少为多少度级，则它显示卡的刷新存储器至少为多少kB？ 答：答： 需要容量为：需要容量为： 1024768265535 =1536kBl9.4 某位图终端的显示器分辩率为某位图终端的显示器分辩率为1024*768，显示器每，显示器每秒钟刷新秒钟刷新75次。对应于一个像素点的刷新时间是多长？次。对应于一个像素点的刷新时间是多长？l9.5 激光打印机有哪些部件组成？它的工作原理是什么激光打印机有哪些部件组成？它的工作原理是什么？11 10.1 简答题：什么是总线裁决有哪几种方式？集中式
22、总线裁决方简答题：什么是总线裁决有哪几种方式？集中式总线裁决方式有哪些？这些总线裁决方式各有哪些特点？式有哪些？这些总线裁决方式各有哪些特点？, 答：答： 总线裁决：当采用非专用总线时，由于总线裁决：当采用非专用总线时，由于 可能有多个设备或可能有多个设备或部件同时申请使用总线，就应该由总线控制机构来按照某种优先部件同时申请使用总线，就应该由总线控制机构来按照某种优先次序裁决，以保证在同一时间内只能有一个高优先级的申请都以次序裁决，以保证在同一时间内只能有一个高优先级的申请都以得对总线的使用权。得对总线的使用权。 有两种方式：集中式总线控制和分布式总线控制。有两种方式：集中式总线控制和分布式总
23、线控制。 集中式总线裁决方式有集中式总线裁决方式有3种：串行链、，定时查询、独立请求。种：串行链、，定时查询、独立请求。 其特点分别是：串行链接的特点是逻辑简单，扩充性好活性差。其特点分别是：串行链接的特点是逻辑简单，扩充性好活性差。 定时查询的特点是灵活性好，可靠性高；控制线多，扩展性稍定时查询的特点是灵活性好，可靠性高；控制线多，扩展性稍差。差。 独立请求的特点是速度快，灵活性好；控制线数量过大。独立请求的特点是速度快，灵活性好；控制线数量过大。 12 10.2 某计算机的外部设备具有三级中断功能，中断响应次序某计算机的外部设备具有三级中断功能，中断响应次序基本上由硬件排队电路决定，但可利
24、用各个外部设备控制中断基本上由硬件排队电路决定，但可利用各个外部设备控制中断屏蔽控制位来封锁本设备的中断请求信号。设所有中断处理程屏蔽控制位来封锁本设备的中断请求信号。设所有中断处理程序的执行时间相同，均为序的执行时间相同，均为T，在，在5T时间内共发生时间内共发生5次中断请求信次中断请求信号，如图所示。号，如图所示。 请图示各个中断处理程序占用的时间段及中断程序完成的次请图示各个中断处理程序占用的时间段及中断程序完成的次序。序。 软件进行干预，当执行中断处理程序软件进行干预，当执行中断处理程序 时，屏蔽二级中断。时，屏蔽二级中断。请图示各个中断处理程序占用的时间段及中断程序完成的次序。请图示
25、各个中断处理程序占用的时间段及中断程序完成的次序。解答：解答： 没有软件进行干预时，实际响应顺序为：没有软件进行干预时，实际响应顺序为： 。所。所以，中断处理程序占用的时间段及中断程序完成的次序如图所以，中断处理程序占用的时间段及中断程序完成的次序如图所示。示。1314 由于进行了软件干预，实际响应时发生了变化，虽然由于进行了软件干预，实际响应时发生了变化，虽然的级别高于的级别高于，但是当，但是当 先到来时，先到来时，并不能中断它。并不能中断它。 所以，进行了软件干预后，中断处理程序占用的时间段及所以，进行了软件干预后，中断处理程序占用的时间段及中断程序完成的次序如图所示。中断程序完成的次序如
26、图所示。15 10.3 什么叫中断嵌套？什么叫中断嵌套？CPU中断处理周期完成哪些工作？中断处理周期完成哪些工作？答：答： 中断嵌套：当已经有中断发生并转入服务程序，而且并不中断嵌套：当已经有中断发生并转入服务程序，而且并不禁止其他中断发生时，此时又有别的高级中断源发生请求，因禁止其他中断发生时，此时又有别的高级中断源发生请求，因而被迫停止当前的中断服务程序，转去响应更高优先权的中断而被迫停止当前的中断服务程序，转去响应更高优先权的中断请求，这就形成中断的嵌套。请求，这就形成中断的嵌套。 CPU中断处理周期要完成的工作：中断处理周期要完成的工作：A)关中断。防止保存现场不完整。关中断。防止保存
27、现场不完整。B)保存断点和现场。保证今后能正确返回中断点。保存断点和现场。保证今后能正确返回中断点。C)判断中断源，转向中断服务程序。多个中断源同时请求，选择判断中断源，转向中断服务程序。多个中断源同时请求，选择最高优先权的中断源，并转入相应的服务程序入口。最高优先权的中断源，并转入相应的服务程序入口。D)开中断。允许更高级中断响应。开中断。允许更高级中断响应。E)执行中断服务程序。实际有效的服务工作。执行中断服务程序。实际有效的服务工作。F)关中断。防止恢复现场不完整。关中断。防止恢复现场不完整。G)恢复现场，恢复断点。返回中断点。恢复现场，恢复断点。返回中断点。H)开中断。此次中断响应结束
28、，允许各种中断响应。开中断。此次中断响应结束，允许各种中断响应。16 10.4 简述子程序调用和中断转移指令的执行过程与区别。简述子程序调用和中断转移指令的执行过程与区别。答：答： 子程序调用：子程序调用：A)保存当前地址。用于今后返回。保存当前地址。用于今后返回。B)转移并执行子程序。转移并执行子程序。C)执行子程序完毕，取出返回地址，并返回。执行子程序完毕，取出返回地址，并返回。 中断转移指令：中断转移指令：A)发生中断，并响应。发生中断，并响应。B)关中断。防止保存现场不完整。关中断。防止保存现场不完整。C)保存断点和现场。保证今后能正确返回中断点。保存断点和现场。保证今后能正确返回中断
29、点。D)判断中断源，转向中断服务程序。多个中断源同时请求，选择最高判断中断源，转向中断服务程序。多个中断源同时请求，选择最高优先权的中断源，并转入相应的服务程序入口。优先权的中断源，并转入相应的服务程序入口。E)开中断。允许更高级中断响应。开中断。允许更高级中断响应。F)执行中断服务程序。实际有效的服务工作。执行中断服务程序。实际有效的服务工作。G)关中断。防止恢复现场不完整。关中断。防止恢复现场不完整。H)恢复现场，恢复断点。返回中断点。恢复现场，恢复断点。返回中断点。I)开中断。此次中断响应结束，允许各种中断响应。开中断。此次中断响应结束，允许各种中断响应。 子程序调用和中断转移指令都会产
30、生当前指令地址的跳转，并且子程序调用和中断转移指令都会产生当前指令地址的跳转，并且最终都需要返回，但是它们基于不同的目的，因而执行过程有很多最终都需要返回，但是它们基于不同的目的，因而执行过程有很多不同。不同。17l 子程序调用虽然产生指令地址的跳转，但它并不会停止当子程序调用虽然产生指令地址的跳转，但它并不会停止当前程序的执行，而且子程序的本身就属于当前执行程序的一部前程序的执行，而且子程序的本身就属于当前执行程序的一部分；而中断转移指令产生的指令地址的跳转，要求停止当前程分；而中断转移指令产生的指令地址的跳转，要求停止当前程序的执行，而且不属于当前执行程序的一部分。序的执行，而且不属于当前
31、执行程序的一部分。l子程序调用可能只需保存返回地址，不必保存状态寄存器等机子程序调用可能只需保存返回地址，不必保存状态寄存器等机器状态；而中断转移指令不仅要保存返回地址，还要保存状态器状态；而中断转移指令不仅要保存返回地址，还要保存状态寄存器等机器状态。寄存器等机器状态。l 子程序调用过程中并不在意中断的响应，因而不需要靠开子程序调用过程中并不在意中断的响应，因而不需要靠开关中断来控制；而中断转移指令中的某些阶段关中断来控制；而中断转移指令中的某些阶段(保存和恢复现保存和恢复现场场)要防止中断的响应，因而需要靠开关中断来控制，防止发要防止中断的响应，因而需要靠开关中断来控制，防止发生错误。生错
32、误。l 子程序调用并不需要硬件协助工作，完全靠软件实现；而中子程序调用并不需要硬件协助工作，完全靠软件实现；而中断转移指令不仅要靠软件支持，还要硬件协助工作。断转移指令不仅要靠软件支持，还要硬件协助工作。l 子程序调用将继续保持当前程序的状态子程序调用将继续保持当前程序的状态(用户模式、系统模式用户模式、系统模式)；而中断转移指令不管当前程序的状态都将进入系统模式。；而中断转移指令不管当前程序的状态都将进入系统模式。18 10.5 判断下列概念的正确性：判断下列概念的正确性： 屏蔽所有的中断源，即为关中断。屏蔽所有的中断源，即为关中断。 I/O设备的编址方式分为单独编址方式和存储器映射方式。设
33、备的编址方式分为单独编址方式和存储器映射方式。 答：答： 正确。正确。 关中断，即为要屏蔽所有的中断源。关中断，即为要屏蔽所有的中断源。 正确。正确。 这正是这正是 I/O设备的编址的两种方式。设备的编址的两种方式。 10.6 是非题：是非题： CPU在响应中断后可以立即响应更高优先级的中断请求在响应中断后可以立即响应更高优先级的中断请求(不不考虑中断优先级的动太分配考虑中断优先级的动太分配)。 连接到计算机单总线上的设备称为主设备。连接到计算机单总线上的设备称为主设备。 答：答： 错误。错误。 必须要在完整保存现场之后，才能去响应更高级别的中断，否必须要在完整保存现场之后，才能去响应更高级别
34、的中断，否则会造成现场保存不完整，从而今后无法返回断点。则会造成现场保存不完整，从而今后无法返回断点。 错误。错误。 主、从设备都可连接到单总线上。主、从设备都可连接到单总线上。19 10.7 是非题，并简单说明其原因。是非题，并简单说明其原因。 CPU可任选可任选CPU停止法、总线周期挪用法或总线周期分时法停止法、总线周期挪用法或总线周期分时法来实现来实现DMA。 DMA是主存与外设间交换数据的方式，它也可用于主存与主是主存与外设间交换数据的方式，它也可用于主存与主存之间的数据交换。存之间的数据交换。答：答： 正确。正确。 这是这是DMA处理的处理的3种方法。种方法。 错误。错误。 DMA是
35、主存与外设间交换数据的方式，它不可用于主是主存与外设间交换数据的方式，它不可用于主存与主存之间的数据交换。存与主存之间的数据交换。 10.8 在一个在一个8级中断系统中，硬件中断响应从高到底优先顺序是：级中断系统中，硬件中断响应从高到底优先顺序是： 12345678， 设置中断屏蔽寄存器后，中断响应的优先顺序变为设置中断屏蔽寄存器后，中断响应的优先顺序变为 13572468， 如果如果CPU在执行一个应用程序时有在执行一个应用程序时有5、6、7、8级级4个中断同时到达，个中断同时到达，CPU在按优先顺序处理到第在按优先顺序处理到第3个中断请求的过程中又有一个个中断请求的过程中又有一个3级中级中
36、断请求到达断请求到达CPU，试画出试画出CPU响应这些中断的顺序示意图。响应这些中断的顺序示意图。答：答： CPU响应中断的顺序示意图如下图所示。响应中断的顺序示意图如下图所示。2021 10.8 何谓何谓DMA？DMA操作可以分几个主要步骤？操作可以分几个主要步骤？ 解答：即直接内存访问方式，完全由硬件执行解答：即直接内存访问方式，完全由硬件执行I/O交换的工作方式。在这种交换的工作方式。在这种方式下，方式下，DMA控制器从控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存与设备之间进行。而直接在内存与设备之间进行。 DMA操作可以分为
37、操作可以分为3个主要步骤：个主要步骤： 即传送前的预处理、正式传送、传送后处理阶段。即传送前的预处理、正式传送、传送后处理阶段。 预处理阶段：由预处理阶段：由CPU执行几条输入输出指令、测试设备状态。向执行几条输入输出指令、测试设备状态。向DMA控控制器的设备地址寄存器中送入设备号，并启动设备。向内存地址计数器中送制器的设备地址寄存器中送入设备号，并启动设备。向内存地址计数器中送入起始地址。向字计数器中送入交换的数据字个数。入起始地址。向字计数器中送入交换的数据字个数。 正式传送阶段：外设准备好发送数据正式传送阶段：外设准备好发送数据(输入输入)或接收数据或接收数据(输出输出)时，发出时，发出
38、DMA请求，由请求，由DMA控制器向控制器向CPU发出总线使用权的请求发出总线使用权的请求(HOLD)。CPU在本在本机器周期执行完毕后响应该请求并机器周期执行完毕后响应该请求并使使CPU的总线驱动器处于高阻状态，然后的总线驱动器处于高阻状态，然后与系统总线相脱离，与系统总线相脱离，DMA控制器接管数据总线和地址总线的控制，并向内控制器接管数据总线和地址总线的控制，并向内存提供地址。在内存和外围设备之间进行数据交换。每交换一个字则地址计存提供地址。在内存和外围设备之间进行数据交换。每交换一个字则地址计数器和字计数器加数器和字计数器加1，当记数值到，当记数值到0时，时，DMA操作结束并向操作结束
39、并向CPU提出中断报提出中断报告。告。 DMA后处理工作：一旦后处理工作：一旦DMA的中断请求得到响应，的中断请求得到响应，CPU将停止主程序的将停止主程序的执行，转去执行中断服务程序进行执行，转去执行中断服务程序进行DMA操作的后处理。包括校验送入内存操作的后处理。包括校验送入内存的数据是否正确；决定使用的数据是否正确；决定使用DMA方式传送数据还是结束传送；测试传送过方式传送数据还是结束传送；测试传送过程中是否发生错误。程中是否发生错误。22 l10.9 从中断的急迫程度、从中断的急迫程度、CPU响应时间和接口控制电响应时间和接口控制电路三个方面，说明路三个方面，说明DMA方式和程序中断方
40、式的差别，方式和程序中断方式的差别，并说明并说明DMA方式中有无中断请求，为什么？方式中有无中断请求，为什么？l10.10 某某32位机（字宽位机（字宽32位）的一台外设通过位）的一台外设通过32位总线位总线与系统内存相连。与系统内存相连。CPU每秒执行每秒执行106条指令，平均每条条指令，平均每条指令需要指令需要5个机器周期，其中个机器周期，其中3个周期必须访问内存，个周期必须访问内存，内存读写需要一个机器周期。假定内存读写需要一个机器周期。假定CPU在在95%的时间的时间内持续执行内持续执行“背景程序背景程序”，且这段时间内不执行，且这段时间内不执行I/O指指令。现该外设需要把一个非常大的
41、数据块传送到内存。令。现该外设需要把一个非常大的数据块传送到内存。1.如果采用程序如果采用程序I/O方式，每传送以方式，每传送以32位字宽的数据需位字宽的数据需要要CPU执行执行2条指令。请计算最大数据传输率（字条指令。请计算最大数据传输率（字/秒）秒）。2.如果采用如果采用DMA方式，在方式，在DMA与与CPU出现总线冲突出现总线冲突时，时，CPU优先。请计算最大数据传输率（字优先。请计算最大数据传输率（字/秒）。秒）。23 l10.11 某某8位计算机系统采用单总线结构，数据总线位计算机系统采用单总线结构，数据总线8根，根，地址总线地址总线16根，系统加电后，根，系统加电后，CPU中的程序
42、计数器中的程序计数器PC初始值初始值为为FFF0H。已知：已知：1.主存地址空间主存地址空间64KB，其中其中系统系统BIOS程序大约需要程序大约需要4KB,由由4K4的的ROM芯片构成，芯片构成，其余地址空间为系统其余地址空间为系统RAM区，用区，用4K8的的SRAM芯片构芯片构成。成。 2.该机系统总线上连接一该机系统总线上连接一I/O接口，接口控制有专接口，接口控制有专用接口芯片实现，该芯片内部包含用接口芯片实现，该芯片内部包含8个用于存放数据和个用于存放数据和状态的状态的8位寄存器。位寄存器。3.CPU信号中包括有信号中包括有A0A15、数据数据线线D0D7、读控制线读控制线/RD和写
43、控制线和写控制线/WE、内存访问请求内存访问请求线线/MREQ和和I/O端口访问请求线端口访问请求线/IORQ。4.I/O编址采用单编址采用单独编址，独编址，I/O地址占地址占8位；位；5.接口芯片有双向数据端接口芯片有双向数据端D0D7、地址输入端地址输入端A0A2和片选输入端和片选输入端/CS，通信接通信接口地址范围为口地址范围为80H87H。要求：要求：l1）请合理分配主存地址空间，指明）请合理分配主存地址空间，指明ROM区和区和RAM取取得地址范围。得地址范围。l2）请完成存储器设计和通信接口设计，画出）请完成存储器设计和通信接口设计，画出CPU与存与存储器和通信接口之间的连接示意图。
44、储器和通信接口之间的连接示意图。24 l10.12 有有5个中断源个中断源D1、D2、D3、D4和和D5，它们它们的中断优先级从高到低分别是的中断优先级从高到低分别是1级、级、2级、级、3级、级、4级和级和5级。这些中断源的中断优先级、正常情况级。这些中断源的中断优先级、正常情况下的中断屏蔽码和改变后的中断屏蔽码见下表。下的中断屏蔽码和改变后的中断屏蔽码见下表。每个中断源有每个中断源有5位中断码，其中，位中断码，其中，0表示该中断源表示该中断源开放，开放，1表示该中断源被屏蔽。表示该中断源被屏蔽。中断源中断源 中断源优先级中断源优先级 正常的中断屏蔽码正常的中断屏蔽码D1 D2 D3 D4 D
45、5改变后的中断屏蔽码改变后的中断屏蔽码 D1 D2 D3 D4 D5D1D2D3D4D525 l1.当使用正常的中断屏蔽码时，处理机响应各中当使用正常的中断屏蔽码时，处理机响应各中断源的中断请求的先后次序是什么？实际上中断断源的中断请求的先后次序是什么？实际上中断处理的先后次序是什么？处理的先后次序是什么？ 2.当使用改变后的中断屏蔽码时，处理机响应各当使用改变后的中断屏蔽码时，处理机响应各中断请求的先后次序是什么？实际上中断处理的中断请求的先后次序是什么？实际上中断处理的先后次序是什？先后次序是什？ 3.如果采用改变后的中断屏蔽码，如果采用改变后的中断屏蔽码，D1、D2、D3、D4和和D5，
46、这这5个中断圆筒是请求中断时，画出处个中断圆筒是请求中断时，画出处理机响应中断源的中断请求和实际运行中断服务理机响应中断源的中断请求和实际运行中断服务过程的示意图。过程的示意图。26 l10.13 由由4个个中中断断源源D1、D2、D3和和D4,它它们们的的中中断断优优先先级级和和中中断断屏屏蔽蔽码码见见下下表表。表表中中，1表表示示该该中中断断源源被被屏屏蔽蔽，0表表示示该该中中断断开开放放。假假设设从从处处理理机机响响应应中中断断源源的的中中断断服服务务请请求求到到运运行行中中断断服服务务程程序序中中第第一一次次开开中中断断所所用用的的时时间间为为1微微秒秒，其其它它服服务务时时间间为为1
47、0微微秒秒。求求：1）处处理理器器在在0时时刻刻开开始始响响应应中中断断请请求求，这这时时4个个中中断断源源都都已已经经申申请请中中断断服服务务，写写出出处处理理机机开开始始响响应应各各中中断断源源的的中中断断请请求求和和处处理理机机为各中断源完成中断服务的时刻。为各中断源完成中断服务的时刻。l2）处处理理机机在在0时时刻刻开开始始响响应应中中断断请请求求，这这时时中中断断源源D3和和D4已已经经申申请请中中断断服服务务，在在6微微秒秒时时中中断断源源D1和和D2申申请请中中断断服服务务，写写出出处处理理机机开开始始响响应应各各中中断断源源的的中中断断请请求求和和处处理理机机为为各各中中断断源
48、源完完成成中中断断服务的时刻。服务的时刻。 中断源中断源中断优先级中断优先级D1 D2 D3 D4 中断屏蔽码中断屏蔽码 D1 1(最高）最高） 1 1 0 0 D2 2 0 1 0 1 D3 3 1 0 1 0 D4 4（最低）（最低） 1 0 1 127 l10.14 总线仲裁的作用是什么？通常采用什么机总线仲裁的作用是什么？通常采用什么机制完成总线仲裁？为什么？制完成总线仲裁？为什么？l10.15 假定某外设向假定某外设向CPU传送信息，最高频率为传送信息，最高频率为40K次次/秒，而相应的中断处理程序的执行执行秒，而相应的中断处理程序的执行执行时间为时间为40s，问该外设是否可采取中断方式工作，问该外设是否可采取中断方式工作？为什么？为什么？28 29
