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1、1计算机组成原理教程第三章习题选解23.1 计算机外部设备分为哪几类计算机外部设备分为哪几类答答: 外部设备分类可从不同角度分为不同类别。外部设备分类可从不同角度分为不同类别。n从使用的角度可分为三类：人从使用的角度可分为三类：人机交互设机交互设备，机备，机机通讯设备和计算机信息驻在设机通讯设备和计算机信息驻在设备。备。n从与从与cpu的关系角度可以分为：输入设备、的关系角度可以分为：输入设备、输出设备、拾取设备和输入输出设备。输出设备、拾取设备和输入输出设备。33.2 用于人用于人机交互的计算机外部设备的发展机交互的计算机外部设备的发展经历了哪几个阶段，今后的发展趋势是什么？经历了哪几个阶段

2、，今后的发展趋势是什么？答：答： (p91)用于人用于人机交互的计算机外部设备的发展经机交互的计算机外部设备的发展经历了符号界面、图形界面、多媒体界面技术、历了符号界面、图形界面、多媒体界面技术、虚拟现实技术。虚拟现实技术。今后的发展方向是更接近人的自然交互界面今后的发展方向是更接近人的自然交互界面发展，比如具有视觉、听觉和语音能力的外发展，比如具有视觉、听觉和语音能力的外部设备。部设备。43.3 什么是绿色计算机？它有哪些要求？什么是绿色计算机？它有哪些要求？答：答：绿色计算机是指不会对人类及其生活环境造绿色计算机是指不会对人类及其生活环境造成不良影响的计算机。它的主要要求：成不良影响的计算

3、机。它的主要要求：(1)节能。主要是计算机本身的耗电量要降低。节能。主要是计算机本身的耗电量要降低。(2)低污染。生产、包装过程中尽量使用无毒、低污染。生产、包装过程中尽量使用无毒、可再生的材料；打印机的噪声要降到最小限可再生的材料；打印机的噪声要降到最小限度；电磁辐射也要符合环保标准。度；电磁辐射也要符合环保标准。(3)易回收。生产、运输、使用等各过程使用易回收。生产、运输、使用等各过程使用的材料应容易销毁或回收。的材料应容易销毁或回收。(4)符合人体工程学。各种设备外形符合人体符合人体工程学。各种设备外形符合人体健康标准。健康标准。53. 8 试指出计算机外部设备的发展趋势。试指出计算机外

4、部设备的发展趋势。答：答：新一代的外部设备正在向智能化、微型化的新一代的外部设备正在向智能化、微型化的方向发展，其结构逐渐趋于模块化，同时采方向发展，其结构逐渐趋于模块化，同时采取各种自检、诊断、容错技术，使得外部设取各种自检、诊断、容错技术，使得外部设备的使用越来越方便和可靠。备的使用越来越方便和可靠。 此外，此外，人人机交互设备还向更接近人的自然机交互设备还向更接近人的自然交互界面发展，而机交互界面发展，而机机通讯设备向带宽更机通讯设备向带宽更大、信息驻在设备则向容量更大发展。大、信息驻在设备则向容量更大发展。3.93.13 选择题选择题 63. 14 一次中断大致可以分为哪些过程？一次中

5、断大致可以分为哪些过程？答：答：一次中断大致可以分为：一次中断大致可以分为：w中断请求。某一中断源提出中断请求。中断请求。某一中断源提出中断请求。w中断判优。中断判优。cpu对不同的中断分轻重缓急进行对不同的中断分轻重缓急进行排队处理。排队处理。w中断响应。一旦中断响应。一旦cpu响应中断的条件满足，则响应中断的条件满足，则停止原来执行的程序开始响应中断：停止原来执行的程序开始响应中断：(1)保护源保护源程序的断点状态，程序的断点状态， (2) 转向中断服务程序转向中断服务程序w中断处理。开中断中断处理。开中断, 执行中断服务程序执行中断服务程序, 关中断。关中断。1.中断返回。恢复源程序的状

6、态和断点，继续执中断返回。恢复源程序的状态和断点，继续执行原来的程序。行原来的程序。 73.15 设计设计8个中断源，用软件方式排队判优个中断源，用软件方式排队判优.（1）设计中断申请逻辑电路）设计中断申请逻辑电路（2）如何判别中断源，画出中断处理流程图。）如何判别中断源，画出中断处理流程图。答答: v(1) 使用一个使用一个“或门或门”和一个存放和一个存放8个请求信号的个请求信号的寄存器，寄存器，“或门或门”的输出可判别有无中断请求，的输出可判别有无中断请求，若有，则对寄存器中对应位进行检测和程序判断。若有，则对寄存器中对应位进行检测和程序判断。1int0 int1 int2 int3int

7、4 int5 int6 int7int8(2) 中断处理中断处理程序程序流程图流程图执行执行0号中断处理程序号中断处理程序保护断点和现场保护断点和现场0号中断？号中断？y执行执行1号中断处理程序号中断处理程序1号中断？号中断？y执行执行2号中断处理程序号中断处理程序2号中断？号中断？y执行执行7号中断处理程序号中断处理程序7号中断？号中断？y中断请求中断请求恢复现场返回主程序恢复现场返回主程序93.16 设有设有a、b、c三个中断源，其中三个中断源，其中a的优先权最高，的优先权最高，b的优先权次之，的优先权次之，c的的优先权最低，请分别用的的优先权最低，请分别用链链式式和独立请求设计判优电路和

8、独立请求设计判优电路 。解：解： (参阅参阅p116)(a) 独立请求中断判优电路独立请求中断判优电路 intainta&11intbintcintbintc10(b) 链式中断判优电路链式中断判优电路 inta&1inta&1intb&1intc1int至下一级至下一级允许中断允许中断a允许中断允许中断b允许中断允许中断c11时钟cpu周期cpu周期指令周期 t 时钟周期 t1 t2 t3 t4 机器周期 机器周期 机器周期 机器周期 取指令 取源操作数 取目的操作数 执行指令 指令周期w一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周一个指令周期由若干个机器周期

9、组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。期又由若干个时钟周期组成。17123.19 解：解： 硬件判优硬件判优 软件判优软件判优 异常情况异常情况 特殊情况特殊情况3.20 解：解： 机器周期机器周期3.21 解：解： 通道的功能是：通道的功能是：接受接受cpu的的i/o指令指令、控制控制外设与主存的数据交换外设与主存的数据交换。按通道的工作方式。按通道的工作方式分，通道有分，通道有字节多路字节多路通道、通道、数组多路数组多路通道和通道和选择选择通道通道3种类型，通道程序由一条或几条种类型，通道程序由一条或几条通道指令通道指令组成。组成。 3.22 a (1) b (4) c(3) d(6)

10、 e(4)13 3.23 何为单级中断与多级中断？如何实现？什么是何为单级中断与多级中断？如何实现？什么是中断向量？中断向量？ (参见多重中断参见多重中断)答答: (1)单级中断是指中断响应后，进入中断服务程序单级中断是指中断响应后，进入中断服务程序的执行过程中，不允许其它中断再打断中断服务的执行过程中，不允许其它中断再打断中断服务程序。为此，只要将所有中断源都处于同一级别，程序。为此，只要将所有中断源都处于同一级别，这样这样cpu中断响应后，就不会让其他的中断所打中断响应后，就不会让其他的中断所打断。断。(2)多级中断是指让计算机按中断事件的轻重缓急多级中断是指让计算机按中断事件的轻重缓急程

11、度分成若干个中断级别，这样程度分成若干个中断级别，这样cpu响应中断时，响应中断时，更高级别的中断可以打断中断服务程序的执行。更高级别的中断可以打断中断服务程序的执行。多级中断主要通过堆栈技术实现。多级中断主要通过堆栈技术实现。(3)中断向量就是中断服务程序的入口地址。中断向量就是中断服务程序的入口地址。143. 24 dma方式与通道方式有何异同？方式与通道方式有何异同？答：答：最基本的相同点是把外设与主机交换数据过程从最基本的相同点是把外设与主机交换数据过程从cpu中接管，使外设与主机并行工作。主要区别中接管，使外设与主机并行工作。主要区别是：是：(1)(1)工作原理不同。工作原理不同。d

12、ma完全借助于硬件完成数据传完全借助于硬件完成数据传送，而通道送，而通道则是通过一组通道命令与硬件一起完则是通过一组通道命令与硬件一起完成数据传送；成数据传送；(2)功能不同。在功能不同。在dma中，中，cpu必须进行设备的选择、必须进行设备的选择、切换、启动、终止，并进行数据效验，切换、启动、终止，并进行数据效验，cpu开销开销较大，而通道则把这些工作都接管过来。另外，较大，而通道则把这些工作都接管过来。另外， 一个通道可控制多台不同类型的设备，而一个通道可控制多台不同类型的设备，而dma控控制器通常只控制速度较快的一台或几台同类的设制器通常只控制速度较快的一台或几台同类的设备。备。153.

13、25 中断控制方式中的中断与中断控制方式中的中断与dma的中断有何异同？的中断有何异同？答答: dma在控制外设与主机数据进行交换的过场中为在控制外设与主机数据进行交换的过场中为向向cpu申请总线控制权，并向申请总线控制权，并向cpu报告数据传送报告数据传送过程中的正常和异常情况也需要中断，但与程序过程中的正常和异常情况也需要中断，但与程序中断控制方式中的中断有所不同：中断控制方式中的中断有所不同： (1)对于对于dma的中断，的中断，cpu在一个机器周期内就可在一个机器周期内就可以响应。对于程序中断，以响应。对于程序中断，cpu必须执行完一条指必须执行完一条指令后方能响应。令后方能响应。 (

14、2)dma的控制只在外设与内存之间进行的控制只在外设与内存之间进行, 不会破坏不会破坏cpu的现场的现场, 不需要保护现场不需要保护现场, 应此可以快速响应。应此可以快速响应。163.26 试述接口的功能及其组成。试述接口的功能及其组成。答：答：1、简单的说，接口的基本功能是在系统总线和外设、简单的说，接口的基本功能是在系统总线和外设之间传输信号，提供缓冲作用，以满足两边的时序之间传输信号，提供缓冲作用，以满足两边的时序要求。由于外设的多样性和复杂性，对不同的外设要求。由于外设的多样性和复杂性，对不同的外设接口功能不尽相同。一般讲，接口具备如下功能接口功能不尽相同。一般讲，接口具备如下功能:(

15、1)寻址功能。接口要能识别寻址功能。接口要能识别cpu的访问信号，并的访问信号，并识别要求的操作。识别要求的操作。(2)输入输出功能。接口能按照输入输出功能。接口能按照cpu要求的读写信要求的读写信号从总线上接收号从总线上接收cpu送来的和控制信息，或把数据送来的和控制信息，或把数据和状态信息送到总线上。和状态信息送到总线上。(3)数据缓冲功能。数据缓冲功能。cpu与外设的速度往往不相匹与外设的速度往往不相匹配配,为了消除速度差异为了消除速度差异, 接口必须提供数据的缓冲功接口必须提供数据的缓冲功能。能。17(4)数据转换功能。不同设备信息格式不同，与主数据转换功能。不同设备信息格式不同，与主

16、机格式也不同，接口应提供计算机与外设信息格机格式也不同，接口应提供计算机与外设信息格式的转换，比如正负逻辑的转换、串式的转换，比如正负逻辑的转换、串-并转换、数并转换、数/模转换或模模转换或模/数转换等。数转换等。(5)其他。接口除了上述功能外，还应有检错纠错其他。接口除了上述功能外，还应有检错纠错功能、中断功能、时序控制功能等。功能、中断功能、时序控制功能等。2、为了实现上述功能。接口至少应有一组缓冲器和、为了实现上述功能。接口至少应有一组缓冲器和一个具有锁存能力的寄存器。主存访问接口主要一个具有锁存能力的寄存器。主存访问接口主要是对端口是对端口(各种寄存器各种寄存器)进行访问。因此，在接口

17、中进行访问。因此，在接口中还必须有对端口的选择机构和读写控制机构，如还必须有对端口的选择机构和读写控制机构，如地址译码线路、读写控制线路和中断控制线路。地址译码线路、读写控制线路和中断控制线路。除此之外，还需要有设备状态寄存器、定时信号除此之外，还需要有设备状态寄存器、定时信号线路等。线路等。18 3.27 i/o接口有哪两种寻址方式？各有何缺点？接口有哪两种寻址方式？各有何缺点？答：答：(1)有端口地址与主存统一编址和端口独立编址两有端口地址与主存统一编址和端口独立编址两种寻址方式。种寻址方式。(2) 统一编址的优点是不需要专门的输入输出指令，统一编址的优点是不需要专门的输入输出指令，并使并

18、使cpu访问访问i/o的操作更灵活、更方便，此外可的操作更灵活、更方便，此外可是断口有更大的编址空间。缺点是端口占用了存是断口有更大的编址空间。缺点是端口占用了存储器地址，使内存容量变小，此外，利用存储器储器地址，使内存容量变小，此外，利用存储器编址的编址的i/o设备进行数据的输入输出操作执行速度设备进行数据的输入输出操作执行速度较慢。较慢。单独编址的优点是专门的输入输出指令使程序编单独编址的优点是专门的输入输出指令使程序编址清晰、易于理解。缺点是输入输出指令少，一址清晰、易于理解。缺点是输入输出指令少，一般只是对端口进行传送操作，需要般只是对端口进行传送操作，需要cpu存储器读存储器读写、写

19、、i/o设备读写两组控制信号，增加了控制的复设备读写两组控制信号，增加了控制的复杂性。杂性。193.28 硬线连接并行接口与可编程并行接口各有何特硬线连接并行接口与可编程并行接口各有何特点？点？答：答：硬线连接并行接口一般使用方便、操作简单。当硬线连接并行接口一般使用方便、操作简单。当采用不同的硬连接方式时，可用它形成不同的接采用不同的硬连接方式时，可用它形成不同的接口，但芯片一旦连接到系统后，用户无法改变其口，但芯片一旦连接到系统后，用户无法改变其功能。功能。可编程并行接口比较灵活，用户在使用过程中可可编程并行接口比较灵活，用户在使用过程中可根据当时任务的需要，通过程序命令设置接口的根据当时

20、任务的需要，通过程序命令设置接口的功能，使接口逐步走向通用化。功能，使接口逐步走向通用化。203.29 串行通讯有何特点？异步串行接口的基本任务串行通讯有何特点？异步串行接口的基本任务有哪些？有哪些？ 答：答：串行通讯的特点是信息在传输时是串行通讯的特点是信息在传输时是1位位1位顺序传位顺序传输，传输线数少，成本低，干扰小，适合于长距输，传输线数少，成本低，干扰小，适合于长距离的数据传送，但数度慢。离的数据传送，但数度慢。异步串行接口的基本任务有如下几点：异步串行接口的基本任务有如下几点：w实现串行数据格式化实现串行数据格式化w实现串并转换实现串并转换w对数据进行自动检错和纠错对数据进行自动检

21、错和纠错1)实现通讯双方的连接和控制实现通讯双方的连接和控制213.31 为什么设置输入为什么设置输入/输出缓冲区？输出缓冲区？答：答：缓冲技术的主要作用是匹配器件与器件之间、缓冲技术的主要作用是匹配器件与器件之间、设备与器件之间、设备与设备之间速度差异。设备与器件之间、设备与设备之间速度差异。比如，在存储体系中为了匹配比如，在存储体系中为了匹配cpu与主存的与主存的速度差异设置了高速缓冲存储器速度差异设置了高速缓冲存储器(cache)，在主存与外设进行数据交换时，为了匹配外在主存与外设进行数据交换时，为了匹配外设与主机的速度差异在接口中设置了缓冲寄设与主机的速度差异在接口中设置了缓冲寄存器。存器。223.32 设备驱动程序有何作用？它们一般包含哪些内设备驱动程序有何作用？它们一般包含哪些内容？容？ 答：答：(1) 简单说，设备驱动程序的作用就是给出设备的具简单说，设备驱动程序的作用就是给出设备的具体操作关系密切的程序。体操作关系密切的程序。因为每一台外部设备在的使用时，都涉及到因为每一台外部设备在的使用时，都涉及到dma或中断过程等这样低级语言的操作，而操作系统或中断过程等这样低级语言的操作，而操作系统只是设置了