《计算机组成原理》课后题答案_清华大学出版_秦磊华_吴非··

9)什么就是中断向量,简要分析中断向量方式下形成中断向量得基本方法、 10)为什么采用DMA方式能提高成组数据传送得速度?

11)什么就是中断优先级?它具有哪两层含义?划分优先等级得原则就是什么? 12)计算机中断系统中使用屏蔽技术有什么好处? 13)计算机中断响应后,如何调出中断服务程序?

14)DMA方式传送数据前,主机应向DMA接口输送哪些参数? 15)比较中断I/O与DMA得一统点。 16)比较DMA与通道得异同点。

17)中断系统中设计中断允许与中断屏蔽得作用分别就是什么?两者就是否可以合二为一? 解:(1)接口就是两个不同部件或系统之间得连接部分,可以就是两个硬设备(可以都就是计算机,也可以都就是外部设备)之间得连接,也可以就是软件系统中两个独立程序块之间得连接。

具有得功能:1)寻址功能。2)数据输入/输出功能。3)匹配主机与外设得速度差距。4)实现数据格式转换或逻辑电平转换。5)传送主机命令。6)反映设备得工作状态。 (2)主机通过接口连接I/O设备,接口实现主机与外设得连接与信息得交换.

(3) 主机与外部设备信息交换得控制方式有:程序查询控制方式、程序中断控制方式、直接存储器存取控制方式(DMA)、通道方式、外围处理机方式.

特点:程序查询控制方式接口设计简单,但就是CPU与外设只能串行工作,由于CPU得速度比外设得速度要高得多,所以在信息传送过程中,CPU得大量时间就是花费在查询与等待上,从而使系统效率大大降低。

程序中断控制方式:允许外部设备用“中断”信号中止CPU正在执行得程序。具体她说,当接口电路需要与CPU进行数据交换(输入、输出等)时,便由接口电路向CPU发出一个中断请求信号,CPU响应这一中断请求,并调用中断服务程序完成一个或多个字节得信息交换.这种方式不需要接口软件主动查询,而就是由接口电路主动通知CPU,即在设备准备数据阶段,CPU与外设能并行工作,使得接口软件得效率比较高。 直接存储器存取控制方式:数据传输得基本单位就是数据块;所传输得数据就是从设备直接送入内存得,或者相反;整块数据得传送就是在控制器得控制下完成得;

通道方式:CPU发出启动通道得指令,通道就开始工作.I/O通道控制I/O控制器工作,I/O控制器又控制I/O设备。这样,一个通道可以连接多个I/O控制器,而一个I/O控制器又可以连接若干台同类型得外部设备.

外围处理机方式: 通常用于大、中型计算机系统中。由于PPU基本上独立于主机工作,其结构更接近一般处理机,甚至就就是一般得通用微小型计算机。它可以完成IOP得功能,还可以完成码制变换、格式处理、数据块检错、纠错等操作。

9。3 A、B、C就是与主机连接得3台设备,在硬件排队线路中,它们得优先级就是A〉B〉C>CPU,为改变中断处理得次序,它们得中断屏蔽字如表9、3所示(设“0”表示允许中断,“1”表示中断屏蔽)、

表9、3 中断屏蔽表

8、1 屏蔽码

设备名称 A B C A 1 1 1 B 0 1 0 C 0 1 1

请按图9、37所示时间轴给出得设备中断请求时刻,画出CPU执行程序得轨迹。A、B、C

中断服务程序得时间宽度均为20us。

B C 中断 A

请求 0 20 40 图9、37 中断程序执行轨迹 60 80 解:分析如下:A在0us到达,首先执行A,20us后返回,30us时B到过开始执行B,40us时C到过,由B得屏蔽码可知没有对C屏蔽,故40us后去执行C,60us后C返回B,70秒时返回主程序。流程图如下:

主程序 时间 0

A到达 20 A 返回 30 B 到达 40 C 到达 60 C 返回 70 B 返回

A B C

9、4 设某机有5级中断;L0,L1,L2,L3,L4,其中断响应优先次序为:L0最高,L1次之,L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1—〉L3->L0->l4->L2,试问:

(1)表9、4所示得中断屏蔽字该如何设置(“0\表示允许中断,“1”表示中断屏蔽)? (2)若这5级中断同时都发出中断请求,按更改后得次序画出进入各级中断处理程序得过程示意图。

9、4 更新后得中断屏蔽表

中 断 处 理 程 序 L0中断处理程序 L1中断处理程序 L2中断处理程序 L3中断处理程序 L4中断处理程序 解:(1) 中 断 处 理 程 序 L0中断处理程序 中 断 处 理 级 屏 蔽 位 L0级 L1级 L2级 L3级 L4级 中 断 处 理 级 屏 蔽 位 L0级 L1级 1 0 L2级 L3级 1 0 L4级 1 L1中断处理程序 L2中断处理程序 L3中断处理程序 L4中断处理程序 (2) 主程序 L0L1 L2L3 L4 同时 到达

1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 L3 1 0 1 0 L4 1 0 1 1 L0 L1 L2

9、5以图6、15所示得多周期方案数据通路高层视图为例,设计带异常处理得控制器有限状态机示意图。

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9、6某计算机得CPU主频为500MHZ,与之连接得外设得最大数据传输率为20KBps,外设接口中有一个16位得数据缓冲器,相应得中断服务执行时间为500个时钟周期,通过计算分析该设备就是否可采用中断I/O方式?若该设备得最大数据传输率为2MBps,该设备就是否可采用中断I/O方式?

解:由题意可知:当外设得最大数据传输率为20KBps,缓冲区为2B。则 每秒钟产生得中断数为:20KB/2B=10000次。

每次得执行为500个周期。则中断占CPU时间得比率为:

6

500*10000/(500*10)=1%,对CPU得影响不大,可以采用中断方式。 当最大数率为2MBps时,

6

每秒钟产生得中断数为:2MB/2B=10则中断占CPU得时间比率为:

66

(500*10)/ (500*10)=100% 故不能采用中断方式。

9、7假设某个主频为1GHZ得处理器需要从某个成块传送得I/O设备读取1000字节得数据到主存缓冲区中,该I/O设备一旦启动就按50KBps得数据传输率向主机传送1000字节

得数据,每个字节得读、处理及送内存缓冲区共需要1000个时钟周期得时间,则以下四种方式下,在1000字节得读取过程中,CPU花费在该设备I/O操作上得时间分别为多少?这部分时间占处理器时间得百分比分别就是多少?

(1)采用独占式查询方式,每次处理一个字节,一次状态查询需要60个时钟周期;

(2)采用中断I/O方式,外设每准备好一个字节发送一次中断请求。每次中断请求需要2个时钟周期,中断服务程序得执行需要1200个时钟周期;

(3)采用周期挪用得DMA方式,每挪用一次主存周期处理一个字节,一次DMA传送完成1000字节数据得传输,DMA初始化与后处理得总时间为2000个时钟周期,CPU与DMA没有访存冲突。

(4)如将外设得速度提高到5MBps,则上述三种方式中,哪些不可行,为什么?对于可行得I/O方式,计算机CPU花费在I/O操作上得时间占CPU时间得百分比。 解:(1)采用独占式查询方式第个字节得查询时间为60个周期,每个字节得读、处理及送内存缓冲区共需要1000个时钟周期得时间。则:

6

一共得时间为:(1000+60)*1000=1、06*10周期

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占处理器时间得百分比为:(1、06*10)/(1*10)=0、106%、

(2)采用中断I/O方式:(1200+2+1000)*1000=2、202*10个周期

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占处理器得百分比为:(2、202*10)/ (1*10)=0、2202%、

(3)DMA方式:1000+2000=3*10个周期

39

占处理器得百分比为:(3*10)/ (1*10)=0、000003%

9、8某CRT显示器可显示64种ASCII字符,每帧可显示64字×25排;字符采用7×8点 阵, 即横向7点,字间间隔1点,纵向8点,排间间隔6条扫描线;水平回扫为行扫描周期得1/5;垂直回扫为帧扫描周期得1/4;帧频为50Hz,采取逐行扫描方式。问:

(1)刷新存储器VRAM中存放得就是什么内容,其容量至少需多少字节? (2)字符发生器ROM中存放得就是什么内容,其容量就是多少字节?

(3)设置哪些计数器控制刷新存储器访问与屏幕扫描之间得同步?它们得分频关系如何?

(4)设时钟直接用于点计数脉冲,则其频率就是多少?

解:(1)刷新存储器VRAM中存放得就是待显示字符得编码,因为每屏字符数为64*25=1600,VRAM容量至少要存放一帧字符得ASCII码,所以至少为1600字节.

(2)字符发生器ROM存放得就是全部可显示字符得点阵代码,由于可显示64种字符,而每个字符得点阵码为8个字节,所以ROM得容量至少为存放所有可显示字符点阵所需要得空间,即64*8=512字节。

(3) 按显示过程得需要,应设置4级计数器

①点计器,7×8字符点阵一行有7个光点,加上字符间隔1个点,则点计数器应按8循环。 ②字计数器,字计数器用来控制一排中第i个字符得刷新,其输出送到刷新存储器,作为其X向地址,因为一排可显示64个字符,行回扫占行扫描周期得1/5,即相当于20个字符,所以字计数器应按84循环计数。归零输出作为行计数脉冲。

③行字数,该计数器用来控制第j行扫描线,其输出送到字符发生器,作为读取字符发生器得低位地址.因为一排字符有6条扫描线,加上排间隔8条扫描线,所以行计数器应按14循环计数.归零输出作为排计器得计数脉冲。

④排字数,该计数器用来控制第n排字符,其输出送到刷新存储器,作为刷新存储器得Y地址。因为一帧可显示25排,而帧回扫占帧扫描周期得1/4,约相当于8排字符,所以排计数器应按33循环计数.

由上述分析可见各级计数器得分频关系为:点计数器(7+1):1分频,字计数器(64+

20):1分频,行计数器(8+6):1分频,排计数器(25+8):1分频。

(4) 当时钟频率直接用于点计数脉冲时,其频率为f=50×8×84×14×33=15、52MHz

9、9有一汉字CRT显示器,它可显示3000个汉字,每字以11×16点阵组成,字间间隔一点,两排字间隔4条扫描线,32字/排,一个汉字编码点2个字节,帧频50Hz,帧回扫描与行回扫描均占扫描时间得20%(扫描时间包括正扫与回扫),行频可在60~70us之间选择,由时钟源输出经点计数器→字计数器→行计数器→排计数器分频产生RAM用来存放字符得编码,ROM用来存储汉字得点阵信息.试求:

(1)RAM得存储容量就是多少字节? (2)ROM得存储容量就是多少字节? (3)各计数器位数分别就是多少? (4)时钟源频率就是多少? 解:此题不会计算。。。

9、10已知字符显示器每排显示80个字符,一帧可显示25排,字符编码采用ASCII码,使用7×7字符点阵,字间隔一个点,字符排间隔为一条扫描线,行逆程占34个字符时间,场逆程点7排字符时间,刷新频率为60Hz,求:

(1) 刷新存储器容量与存取时间得要求; (2) 时钟频率与定时各计数器得最大值; (3) 画出该字符显示器框图.

解:(1)存储容量至少为:80*25=2000个字节

存取时间必小于1/60=0、017s

(2) ①点计器,7×7字符点阵一行有7个光点,加上字符间隔1个点,则点计数器应按8循环。

②字计数器,字计数器用来控制一排中第i个字符得刷新,其输出送到刷新存储器,作为其X向地址,因为一排可显示80个字符,行回扫占行扫描周期得1/5,即相当于20个字符,所以字计数器应按100循环计数。归零输出作为行计数脉冲。

③行字数,该计数器用来控制第j行扫描线,其输出送到字符发生器,作为读取字符发生器得低位地址。因为一排字符有7条扫描线,加上排间隔7条扫描线,所以行计数器应按14循环计数。归零输出作为排计器得计数脉冲。

④排字数,行逆程占34个字符时间、

所以其频率为:f=60*8*100*14*34=22、8MHZ (3)图略。

9、11一光栅扫描图形显示器,分辨率为800×600,可显示32位真彩色,刷新频率为72Hz,问:

(1)刷新存储器容量至少需要多少MB?

(2)每一个像素允许得读出时间就是多少ns?

(3)设总带宽得60%用于刷新屏幕,保留40%带宽用于其她非刷新功能,则刷新存储器得总带宽应就是多少?

解:(1)刷新存储器得容量至少要存放一帧画面得内容,所以为800*600*32/8=1。83M (2)允许读出得时间为:1/72=0、0139s。

(3)刷新屏幕所需带宽为:800*600*32/8*72=135M 60%用于刷新,所以需:135/60%=225M

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