组成原理考前辅导笔记--北京邮电大学-E.ppt

计算机组成原理 习题及解答(第三部分）,北京邮电大学 计算机科学与技术学院,第六章习题,简 答 题,画出PCI总线结构框图，说明HOST总线，PCI总线，LAGACY总线的功能。 答：,简 答 题,HOST总线：该总线又称CPU总线，系统总线，主存总线等，它不仅连接主存，还可连接多个CPU。 PCI总线：连接各种高速的PCI设备。PCI设备可以是主设备，也可以是从设备或兼而有之。系统中允许有多条PCI总线。它们可以使用HOST桥与HOST总线相连，也可以使用PCI/PCI桥与已知HOST桥连接的PCI总线相连。从而得已扩充整个系统的PCI总线负载能力。 LAGACY总线：可以是ISA,EISA,MCA等这类性能较低的传统总线，以便充分利用市场上现有的适配器卡，支持中，低速I/O设备。,简 答 题,集中式仲裁有几种方式？画出链式查询方式的逻辑结构框图，说明其工作原理。 答：有三种方式： 链式查询方式，计数器定时查询方式，独立请求方式。 链式查询方式的工作原理：链式方式，除一般数据总线D和地址总线A外，主要有三根控制线：中央仲裁器BS（忙）：该线有效，表示总线正被某外设使用。BR（总线请求）：该线有效，表示至少有一个外设要求使用总线。BG（总线同意）：该线有效，表示总线控制部件响应总线请求（BR）。链式查询方式的主要特征是总线同意信号BG的传送方式：串行地从一个I/O接口送到下一个接口。假如BG到达的接口无总线请求，则接着往下传；假如BG到达的接口有总线请求，BG信号不再往下传。这意味着I/O接口就获得了总线使用权。,简 答 题,何谓分布式仲裁？画出逻辑结构图进行说明。 答：分布式仲裁以优先级仲裁策略为基础。每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。总线仲裁如图所示。,简 答 题,总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段？若采用同步定时协议，请画出读数据的同步时序图。 解：总线的一次信息传送过程，大致分为如下五个阶段：请求指令，总线仲裁，寻址（目的地址），信息传送，状态返回（或错误报告）。 在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定。如图所示，总线周期从t0开始到t3结束。在t0时刻，由CPU产生设备地址放在地址总线上，同时经控制线指出操作的性质（如读内存或读I/O设备）。有关设备接到地址码和控制信号后，在 t1时刻，按CPU要求把数据放到数据总线上，然后，CPU在时刻t2进行数据选通，将数据接收到自己的寄存器。此后，经过一段恢复时间，到t3时刻，总线周期结束，可以开始另一个新的数据传送。,简 答 题,总线的一次信号传送过程大致分为哪几个阶段？若采用异步定时协议，请画出读数据的异步时序图。 答：分五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址（目的地址），信息传送，状态返回（或错误报告）,简 答 题,总线的一次数据传送过程大到分哪几个阶段？比较同步定时与异步定时的优缺点. 解：一次总线的信息传送过程，大致可分为如下五个过程：请求总线，总线仲裁，寻址（目的地址），信息传送，状态返回（或错误报告）。 比较：同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定，由于采用公共时钟，每个功能块什么时候发送或接受信息都由统一时钟规定，因此，同步时钟具有较高的传输速率。由于同步总线必须按最慢的模块来设计公共时钟，当各功能模块存取时间相差很大时，会大大损失总线效率。 异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决与前一事件的出现，即建立在应答式或互锁机制基础上。它的优点是总线时间可变，不把响应时间强加到功能模块上，因而允许快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上，但这以增加总线的复杂性和成本为代价。,分 析 题,分析说明下图所示某CPU总线周期时序图。,分 析 题,解：该总线系统采用同步定时协议。总线周期是在时钟信号CLK和CLK2定时下完成的并与所有的机器周期保持时间上的同步。一个机器周期由2个CLK时钟周期组成（T1，T2节拍）。机器周期1为读指令周期（W/R=0，D/C=0，M/IO=1）。在T1时间主方CPU送出ADS=0信号，表式总线上的地址及控制信号有效，在T2时间末尾，从方存储器读出指令并送到数据线D0D31上，同时产生READY=0信号，通知CPU本次“读出”操作已完成。机器周期2为读数据周期，除了D/C=1外，其余与机器周期1相同。 机器周期3为写数据周期，W/R=1，写入的数据由CPU输出到数据线D0D31上。假如在一个机器周期内能完成写入操作，则在T2末尾由存储器产生READY=0信号，。假如T2末尾尚未完成写入操作，则READY=1，并将T2延长一个时钟周期。CPU在后一个T2末尾检测READY=0，于是结束写入周期。T2可以多次延长，直到READY=0为止。读出周期也可按此方法处理。 图中还示出总线的空闲状态，空闲状态仅有一个Ti节拍，只要总线空闲，可以连续出现多个Ti节拍。,第七章习题,简 答 题,试推导磁盘存储器读写一块信息所需总时间的公式。 解： 设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找道时间为Ts，平均等待时间为Tl，读写一块信息的传输时间为Tm，则 Tb = Ts + Tl + Tm 假设磁盘以每秒r转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率 = rN个字/秒， 又假设每块的字数为n, 因而一旦读写定位在该块始端，就能在Tm(n/rN)秒的时间中传输完毕。 Tl是磁盘旋转半周的时间，Tl = (1/2r)秒。由此可得： Tb = Ts + 1/2r + n/rN (秒),分 析 题,如图所示是从实时角度观察到的中断嵌套。试问：这个中断系统可实现几重中断？并分析图中的中断过程？,解：该中断系统可以实行5重中断。中断优先级的顺序是，优先权1最高，主程序运行于最低优先权（优先权为6）。图中出现了4重中断。 图中中断过程如下： 主程序运行到T1时刻，响应优先权4的中断源的中断请求并进行中断服务； 到T3时刻，优先权4的中断服务还未结束，但又出现了优先权3的中断源的中断请求；暂停优先权4的中断服务，而响应优先权3的中断。 到T4时刻，又被优先权2的中断源所中断，直到T6时刻，返回优先权3的中断服务程序，到T7时刻，又被优先权1的中断源所中断，到T8时刻优先权1中断服务完毕，返回优先权3的服务程序，直到T10时刻优先权3中断服务结束，返回优先权4的服务程序，优先权4的服务程序运行到T11时刻结束，最后返回主程序。 图中，优先权3的服务程序被中断2次。,计 算 题,刷新存储器（简称刷存）的重要性能指标是它的带宽。实际工作中，显示适配器的几个功能部分要争取刷存的带宽。假设总带宽50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他非刷新功能。 （1）若显示工作方式采用分辨率为1024768,颜色深度为3B，刷新频率为HZ,计算刷存总带宽应为多少？ ( 2 )为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施？ 解： (1)因为刷新所需带宽 分辨率每个像素点颜色深度刷新速率 所以10247683B72/S = 165888 KB/S = 162 MB/S 刷新总带宽应为162MB/S 100/50 = 324MB/S (2)为达到这样高的刷存带宽，可采取如下技术措施： 使用高速DRAM芯片组成刷存 刷存采用多体交叉结构 刷存至显示控制器的内部总线宽度由32位提高到64位，甚至128位 刷存采用双端口存储器，将刷新端口与更新端口分开。,计 算 题,某磁盘存储器的转速为3000转/分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288B,最小磁道直径为230mm,共有275道.问： （1）磁盘存储器的存储容量是多少？ （2）最大位密度，最小位密度是多少？ （3）磁盘数据传输率是多少？ （4）平均等待时间是多少？ （5）给出一个磁盘地址格式方案。 解：（1）每道记录信息容量 = 12288字节 每个记录面信息容量 = 27512288字节 共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为 427512288字节 = 13516800字节 （2）最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）: D1 = 12288字节/2R1= 17字节/mm 最低位密度D2按最大磁道半径R2计算 R2 = R1 + (275/5) = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288字节/2R2 = 11.5字节/mm,计 算 题,（3）磁盘数据传输率 r = 3000/60 = 50周/秒 N = 12288字节（每道信息容量） C = rN = 5012288 = 614400字节/秒 （4）平均等待时间 = 1/2r = 1/250 = 1/100秒 = 10毫秒 （5）本地磁盘存储器假设只有一台，所以可不考虑台号地址。有4个记录面，每个记录面有275个磁道。假设每个扇区记录1024个字节，则需要12288字节/1024字节 = 12个扇区。由此可得如下地址格式：,计 算 题,磁盘组有片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径cm，外径cm，道密度为道cm，内层位密度位cm，转速转分。问： (1)共有多少柱面？ (2)组总存储容量是多少？ (3)数据传输率是多少？ (4)采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？ (5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？,计 算 题,解：(1) 有效存储区域= 16.5 11 = 5.5（cm） 因为道密度= 40道/cm，所以405.5 = 220道，即220T圆柱面 (2)内层磁道周长为2R = 23.1411 = 69.08（cm） 每道信息量 = 400位/cm69.08cm = 27632位 = 3454 B 每面信息量 = 3454B220 = 759880 B 磁盘总容量 = 759880B10 = 7598800 B (3)磁盘数据传输率Dr = rN , N为每条磁道容量，N=3454B r为磁盘转速，r=2400转/60秒 = 40转/秒 Dr = rN = 403454B = 13816 B/S （4） 采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块（一个扇区），每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式： 16 15 14 8 7 4 3 0 台 号 柱面（磁道）号 盘面（磁头）号 扇区号 此地址格式表示有4台磁盘，每台有16个记录面，每面有256个磁道，每道有16个扇区。,计 算 题,解： (5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读/写速度快。,计 算 题,有一台磁盘机，其平均寻道时间为30ms,平均旋转等待时间为10ms,数据传输率为500B/ms,磁盘机口存放着1000件，每件3000B的数据，现欲把一件件数据取走，更新后再放回原地，假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间 + 平均等待时间 + 数据传送时间，另外使用CPU更新信息所需的时间为4ms,并且更新时间因输入输出操作不相重叠，试问： (1)更新磁盘上全部数据需多少时间？ (2)若磁盘机旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需多少时间？ 解：(1)磁盘上总数据量=10003000 B = 3000000 B 读出全部数据所需的时间为3000000 B/ (500B/ ms)=6000ms 重新写入全部数据所需的时间=6000ms 更新磁盘上全部数据所需的时间为 2(平均找道时间+平均找道时间+平均数据传送时间)+CPU更新信 息时间=2(30+10+6000)ms+4ms=12084ms (2)磁盘机旋转速度提高一倍后,平均等待时间为5 ms 数据传输速率提高一倍后,数据传送时间变为 3000000B /(1000B/ms) =3000ms,计 算 题,一台活动头磁盘机的盘片组共有个可用的盘面。每个盘面存储区域外径18英寸，内径10英寸，已知道密度为道英寸，位密度为位/英寸（最内道）并假定各磁道记录的信息位数相同。试问：(1)盘片组总容量是多少兆(106)位? (2)若要求数据传输率为MB/S，磁盘机转速每分钟应多少转？ 解: (1)有效存储区域=18-10=8(英寸) 内层磁道周长 = 23.145=31.4(英寸) 每道的信息量=1000位/英寸31.4英寸=31400位 每面的信息量= 314001008=25120000位 盘片组总容量=2512000020=502400000位=502.4兆 (2)磁盘每秒转速r =C/N C为磁盘数据传输率,C=1MB/S N为每条磁道容量,N=31400位 r = C/N=1000000/31400=32转/秒,计 算 题,某CRT显示器可显示64种ASCII字符，每帧可显示64字25排；每个字符字型采用78点阵，即横向7点，字间间隔1点，纵向8点，排间间隔6点；帧争50HZ，采取逐行扫描方式，问： （1）缓存容量有多大？ （2）字符发生器（ROM）容量有多大？ （3）缓存中存放的是ASCII代码还是点阵信息？ （4）缓存地址与屏幕显示位置如何对应？ 解： (1) 缓存容量为6425=1600字节 (2)ROM容量为648=512字节 (3)缓存中存放的是待显示字符的ASCII代码 (4)显示位置自左至右，从上到下。相应地，缓存地址由低到高，每个地址码对应一个字符显示位置。,计 算 题,如图是一个CRT显示器框图，可显示个汉字，每字以1116点阵组成，字间间隔一点，两排字间间隔四线，字排，排屏。一个汉字编码占两个字节。帧频HZ，帧回扫和行回扫均占扫描时间的20%(扫描时间包括正扫和回扫)。行频可在us间选择。试求： (1) RAM=( ) ( ) (2) ROM=( )( ) (3)各计数器位数分别是多少，时钟频率是多少（不考虑扫描非线性）,计 算 题,解： (1)RAM存储器存储字符的编码，因为一屏可显示3212=384字，每个汉字的编码占2个字节，所以RAM=6412byte=768byte. (2)ROM存储器是存储汉字的点阵信息，因为总共可显示3，000个汉字，每个字以1116点阵组成，所以ROM=3,0001116bit=3,00022byte=66,000byte (3)排计数器：汉字可显示点阵占12排，通常上下边缘区因失真较大而各留2排不显示，所以一共是16排，则排计数器是4位。 行计数器：每个汉字点阵占16行，两排字间隔4行，故一排汉字共用20行，则行计数器最多计到20，需要用5位。 字计数器：每排32个字，左右两边缘因失真共留4个字空闲，水平回扫占扫描时间的20%约9个字符时间，故字计数最多计到45，则字计数器需用6位。,计 算 题,点计数器：每个字的点阵是11列，加上间隔1点，共12点，故计数器为4位。另一方面，题目限定行频可在6070s之间，其中包括了20%的回扫时间，即正扫时间=(60-70)80%=48-56us,回扫时间=(60-70)20%=12-14us.在(48-56)us内安排(3612)个像元，所以，每个像元的时间是(48-56)/432=(0.11111-0.12963)us,则频率为9-7.72MHZ。这个范围包括了上面所计算的8.64MHz。 上面的分析将一屏分为16排，每排20行，一共是320行，这个数是非标准数值（如果按标准行数，则要适当调整）。,第八章习题,简 答 题,何谓SCSI?若设备的优先级依次为CD-ROM，扫描仪，硬盘，请用SCSI进行配置，画出配置图。 答：SCSI是“小型计算机系统接口”的简称，它是一个智能化的并行I/0标准接口，可以混接各种磁盘，光盘，磁带机，打印机，扫描仪以及通信设备。它首先应用于Macintosh和sun平台上，后来发展到工作站，网络服务器和pentium系统中，并成为ANSI标准。所给四种设备的SCSI配置如图所示：,简 答 题,何谓DMA方式?DMA控制器可采用哪几种方式与CPU分时使用内存?画出示意图说明。 解：直接内存访问（DMA）方式是一种完全由硬件指令I/O变换的工作方式。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I/O设备之间进行。 方式：（1）停止CPU访问内存：当外设要求传送一批数据时，由DMA控制器发出一个停止信号给CPU，DMA控制器获得总线控制权后开始进行数据传送。一批数据传送完毕后，DMA控制器统治CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU.(2)周期挪用：当I/O设备没有DMA请求时，CPU按程序要求访问内存；一旦I/O设备有DMA请求，则I/O设备挪用一个或几个周期。(3)DMA与CPU交替访内：一个CPU周期可分为个周期，一个专供DMA控制器访内，另一个专供CPU访内。不需要总线使用权的申请，建立和归还过程。,简 答 题,简 答 题,何谓IEEE1394?其性能特点是什么?若有设备硬磁盘,CD-ROM,数字相机,扫描仪,打印机,请用IEEE1394进行配置,画出配置图。 答：IEEE1394是高速串行接口标准 特点： 数据传送的高速性 数据传送的实时性 体积小，易安装，连接方便,简 答 题,主端口（主适配器及其端口）时1394接口树行配置结构的根节点。一个主端口最多可接63台设备，这些设备称为节点，它们构成亲子关系。两个节点间通信时中间最多可经过15个节点的转接再驱动。,分 析 题,磁盘，磁带，打印机三个设备同时工作，磁盘以20s的间隔向控制器发DMA请求，磁带以30s的间隔发DMA请求，打印机以120s间隔发DMA请求。假定DMA控制器每完成一次DMA传送所需时间为s，画出多路DMA控制器工作时空图。,分 析 题,图为单级中断结构，它要求CPU在执行完当前指令时转而对中断请求进行服务.现假设：TDC为查询链中每个设备的延迟时间，TA,TB,TC分别为设备A,B,C的中断服务程序所需的执行时间，TS,TR为保存现场和恢复现场所需时间.试问：就这个中断请求环境来说，该系统在什么情况下达到中断饱和？ 注意：“中断允许”机构在确认一个新中断之前，先要让即将被中断的程序的一条指令一定要执行完毕，设主存工作周期为TM。,分 析 题,解：假设执行一条指令的时间也为TM 则中断处理过程和各个时间段如图所示 当三个设备同时发出中断请求时，依次分别处理设备C,B,A的时间如下： tC = 2TM + TDC + TS + TC + TR tB = 2TM + 2TDC + TS + TB + TR tA = 2TM + 3TDC + TS + TA + TR 处理三个设备所需的总时间为T = tC + tB + tA 因此达到中断饱和的最小时间为T,即中断极限频率为f = 1/T.,分 析 题,分 析 题,如图所示的系统中断结构是采用单级中断结构，它要求CPU在执行完当前指令时中转而对中断请求进行服务，如果此时真的有中断的话，CPU就向外部设备系统发出一个肯定(INTA)信息，一个设备如果要捕获ACK脉冲，它就必须发出中断请求。现假设： TDC 为查询链中每个设备的延迟时间 TA,TB,TC分别为设备A,B,C的服务程序所需的执行时间 TS,TR为保存现场和恢复现场所需的时间,分 析 题,试问：假设现有采用多级优先中断结构，设备A连接于最高优先级，设备B次之，设备C又