白中英 第五版 计算机组成原理第8章
计算机组成原理课后习题答案(5-8)(白中英)
第五章1. IR、AR、DR、AC2. STA R1，(R2)4.5.T 1 = T 2 = 2112213 T 1用与门实现，T 2和T 3则用C 2的Q 端和C 1的Q 端加非门实现，其目的在于保持信号输出时延时间的一致性并与环形脉冲发生器隔离。
T 3 T 2 T 18*)13*80(=+ 7. M = GS3 = H+D+FS2 = A+B+H+D+E+F+G S1 = A+B+F+G C = H+D+Ey+Fy+G φ8. 经分析，（d, i, j ）和（e, f, h ）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a, b, c, g四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：a b c g01d10 i 10 f11 j 11 h9. P1 = 1，按IR6、IR5转移P2 = 1，按进位C转移C，D外，11. (1)故该字段为4（48-4-9）=35(2)址字，存器。
地址转移逻辑的输入是指令寄存器的OP码、各种状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1），其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。
就是说，此处微指令的后继地址采用断定方式。
12. (1)流水线的操作周期应按各步操作的最大时间来考虑，即流水线时钟周期性ns i 100}max{==ττ(2)(3) 13. (1)(2)H (3)17.415205*20)1(=-+=-+==ττn K K n Tp Ts S 14.WBEX ID IF空间S时间T 1 2 3 4 5 6 7 8I 1I 1I 1I 1I 2I 2I 2I 2非流水线时间图WBEXID IF 空间S时间T 1 2 3 4 5 6 7 8I 1I 1I 1I 1I 2I 2I 2I 2流水线时间图I 3I 3I 3I 3I 4I 4I 4I 4I 5I 5I 5I5如上两图所示，执行相同的指令，在8个单位时间内，流水计算机完成5条指令，而非流水计算机只完成2条，显然，流水计算机比非流水计算机有更高的吞吐量。
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解复习答案
白中英《计算机组成原理》（第5版）笔记和课后习题详解完整版>精研学习网>无偿试用20％资料
全国547所院校视频及题库全收集
考研全套>视频资料>课后答案>往年真题>职称考试
第1章计算机系统概论
1.1复习笔记
1.2课后习题详解
第2章运算方法和运算器
2.1复习笔记
2.2课后习题详解
第3章多层次的存储器
3.1复习笔记
3.2课后习题详解
第4章指令系统
4.1复习笔记
4.2课后习题详解
第5章中央处理器
5.1复习笔记
5.2课后习题详解
第6章总线系统
6.1复习笔记
6.2课后习题详解
第7章外存与I/O设备
7.1复习笔记
7.2课后习题详解
第8章输入输出系统
8.1复习笔记
8.2课后习题详解
第9章并行组织与结构
9.1复习笔记
9.2课后习题详解
第10章课程教学实验设计
第11章课程综合设计。
计算机组成原理附标准答案（白中英）
计算机组成原理附标准答案（⽩中英）第⼀章1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表⽰，运算过程也是连续的。
数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
模拟计算机⽤电压表⽰数据，采⽤电压组合和测量值的计算⽅式，盘上连线的控制⽅式，⽽数字计算机⽤数字0和1表⽰数据，采⽤数字计数的计算⽅式，程序控制的控制⽅式。
数字计算机与模拟计算机相⽐，精度⾼，数据存储量⼤，逻辑判断能⼒强。
2．数字计算机可分为专⽤计算机和通⽤计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运⾏的经济性和适应性来划分的。
3．科学计算、⾃动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫⽣、家⽤电器、⼈⼯智能。
4．主要设计思想是：存储程序通⽤电⼦计算机⽅案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输⼊和输出设备5．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为⼀条指令，称为指令字。
6．每⼀个基本操作称为⼀条指令，⽽解算某⼀问题的⼀串指令序列，称为程序。
7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，⽽在执⾏器周期中从内存读出的信息流是指令流。
8．半导体存储器称为内存，存储容量更⼤的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同⽤来保存⼆进制数据。
运算器和控制器合在⼀起称为中央处理器，简称CPU，它⽤来控制计算机及进⾏算术逻辑运算。
适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作⽤相当于⼀个转换器，使主机和外围设备并⾏协调地⼯作。
9．计算机的系统软件包括系统程序和应⽤程序。
系统程序⽤来简化程序设计，简化使⽤⽅法，提⾼计算机的使⽤效率，发挥和扩⼤计算机的功能⽤⽤途；应⽤程序是⽤户利⽤计算机来解决某些问题⽽编制的程序。
10．在早期的计算机中，⼈们是直接⽤机器语⾔来编写程序的，这种程序称为⼿编程序或⽬的程序；后来，为了编写程序⽅便和提⾼使⽤效率，⼈们使⽤汇编语⾔来编写程序，称为汇编程序；为了进⼀步实现程序⾃动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的⼈也能很⽅便地使⽤计算机，⼈们⼜创造了算法语⾔，⽤算法语⾔编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产⽣编译程序，也可通过解释系统进⾏解释执⾏；随着计算机技术的⽇益发展，⼈们⼜创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应⽤的发展，要求⼤量处理某些数据，建⽴和检索⼤量的表格，于是产⽣了数据库管理系统。
计算机组成原理(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘， 奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入 信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读 出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修 改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信 息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、 再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重 复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘， 检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机组成原理(本全PPT)白中英
1、计算机五代变化 2、半导体存储器芯片的发展 3、微处理器的发展 4、计算机体系结构的变化 计算机体系结构是在冯•诺依曼结构的基础上，围 绕提高速度、提高字长、扩大存储容量、降低成本、 提高系统可靠性和方便使用等诸方面，通过新器件和 新软件提高计算机性能。 体系结构上，从指令系统、微程序设计、流水线 结构、多级存储器体系结构、输入/输出体系结构、并 行体系结构、分布式体系结构等方面的形成和发展。 体系结构发展趋势：网络化、智能化、模块化、多媒体 应用。
31
阶码和尾数各占用的位数确定了浮点数的格式 对二进制数而言： 1110.011＝0.1110011×2100 0.001110011＝0.1110011×2－10 － 0.001110011＝－0.1110011×2－10 在将上面的数以浮点数格式存放时，只需将 红色部分按照浮点数格式要求的位数，化为相应 的补码或移码，按照浮点数格式存放。
16
(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
17
2、不同数制间的转换 1＞十进制八，十六进制二进制 法则 整数部分：除8（16）取余数 小数部分：乘8（16）取整 重复循环
本课程是计算机及相关专业的核心专业基础课， 对后续课程（操作系统、接口与通信等）的学习十分 重要。考研必考课程。
通过课程的学习主要掌握以下内容
本课程主要讲授单处理机系统的组成及工作原 理。分析和说明计算机由哪些功能部件组成（结构）， 各功能部件在整机中的作用，以及它们如何完成各自 所分配的任务（工作原理）。
计算机组成原理_白中英_教案
x=1－2－n x=2－n x=－2－n x=－（1－2－n ）
最大 最接近0的正数 最接近0的负数 最小
定点纯整数
• x0 x1 x2 x3 … xn-1 xn
符号 量值 小数点固定于最后一位之后， 不需专门存放位置
• 表示数的范围是
？：最小数、最大数、最接近0的正数、最接近0的负数呢
n 0≤|ｘ|≤2 －1
阶符 阶码 数符 尾数
IEEE754标准
– IEEE754标准(规定了浮点数的表 示格式,运算规则)
• 规则规定了单精度(32)和双精度(64) 的基本格式. • 规则中,尾数用原码,指数用移码(便于 对阶和比较)
IEEE754标准
• 按照移码的定义应为E=e+128,为什么书上?? • 原因:规格化的32位浮点数尾数第一位应为1 • 如数+0.111*220(规格化数)
（证明）
-n [-y] [-y] = 乛 [y] +2 为了求得同时 补，需要证明 补 补 （意义是[-y]补等于[y]补取反，末位加1）
2.2.1补码加减法
– 如： y=0.0111 [y]补=0.0111 [-y]补=1.1001
从右边到左边，除了第一个1和右边的0保 持不变以外，其它按位取反,很重要哟！
• • • • 操作系统 各种服务程序 语言程序 数据库管理系统
– 应用软件
返回
发展演变（以系统软件为例）
• • • • 手编程序 汇编程序 算法语言 操作系统
– – – – BPOS TSOS RTOS NWOS
返回
§1.4计算机系统的层次结构
高级语言机器 虚拟机M4
• 多 级 组 成 的 计 算 机 系 统
白中英《计算机组成原理》第5版考研教材及真题视频讲解
白中英《计算机组成原理》第5版考研教材及真题视频讲解白中英《计算机组成原理》（第5版）网授精讲班【教材精讲＋考研真题串讲】目录白中英《计算机组成原理》（第5版）网授精讲班【共41课时】电子书（题库）•白中英《计算机组成原理》（第5版）【教材精讲＋考研真题解析】讲义与视频课程【30小时高清视频】•白中英《计算机组成原理》（第5版）笔记和课后习题详解•白中英《计算机组成原理》（第5版）配套题库【考研真题精选＋章节题库】•试看部分内容教材精讲[视频讲解]第1章计算机系统概论[视频讲解]学习与考查目标1．理解单处理器计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，具有完整的计算机系统的整机概念。
2．理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3．能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
考纲要求1．计算机发展历程2．计算机系统层次结构（1）计算机硬件的基本组成；（2）计算机软件的分类；（3）计算机的工作过程。
3．计算机的性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、C PU执行时间；MIPS、MFLOPS1.1 计算机系统的分类一、计算机系统的分类如图1-1所示。
图1-1 计算机系统分类图二、计算机系统的基本组成如图1-2所示。
图1-2 计算机系统组成图三、概述计算机的分类：机械计算机电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。
电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。
专用机：经济，有效，快速，适应性差通用机：适应性强巨型机大型机中型机小型机微型机单片机低简易性高高体积，功耗，性能，价格低如图1-3所示。
图1-3数字计算机与模拟计算机的主要区别如表1-1所示。
表1-1 数字计算机与模拟计算机的主要区别考研真题精选一、选择题1下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（）。
计算机组成原理白中英版第五版课后答案
4. 冯诺依曼型计算机的主要设计思想是什 么？它包括哪些主要组成部分？
冯诺依曼计算机的主要设计思想 存储程序并按地址顺序执行 冯诺依曼计算机主要包括 存储器、运算器、控制器、输入和输出五部分组成
2015年3月25日星期三
2
5. 什么是存储容量？什么是单元地址？ 什么是数据字？什么是指令字？
2015年3月25日星期三
8
2. 设[X]补＝a7.a6 a5··· a0 ，其中ai 取0或1， 若要X>-0.5，求a0 a1 a2 ··· a7 的取值。
若a7 ＝0，则X为正数，显然a0··· a6取任何值均可。 若a7 ＝1，则X为负数，[X]移＝0. a6 a5 ··· a0
∵ －0.5D = －0.100000B，则[－0.5D ]移＝0.100000 ∴ 若要X>－0.5，即等价于[X]移> [－0.5D ]移 即0. a6 a5··· a0>0.100000，因此必须是a5··· a0不全为0。
2015年3月25日星期三
负数范围－2127 ～－ (2-1+2-23) * 2-128
11
4、将下列十进制数表示成IEEE754标准的 32位浮点规格化数。
27/64
27/64 = 0.011011B = 1.1011 * 2-2 e=－2，则E＝e＋127＝125 ∴ 规格化数
－27/64
符号位 0 阶码(8) 尾数(23)
② x＝－11111 y＝－11011
机器内部补码数据： [x]补＝ 1 00001 算前求补器输出： |x|= 11111 乘法阵列： |x| ×|y| ＝ 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求补输出： [x×y]补＝ 0 1101000101
计算机组成原理课后习题解答(第五版 白中英)
计算机组成原理 第五版 习题答案第一章 (1)第二章 (3)第三章 (14)第四章 (19)第五章 (21)第六章 (27)第七章 (31)第八章 (34)第九章 (36)第一章1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。
数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0和1表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。
数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。
2．数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
3．科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。
4．主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。
主要组成部分有：:运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。
5．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为一条指令，称为指令字。
6．计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。
7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流。
8．半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用来保存二进制数据。
运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU，它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。
适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。
9．计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理白中英复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类P1通用计算机超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机和专用计算机;计算机的性能指标P5数字计算机的五大部件及各自主要功能P6五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备;存储器主要功能：保存原始数据和解题步骤;运算器主要功能：进行算术、逻辑运算;控制器主要功能：从内存中取出解题步骤程序分析,执行操作;输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式;输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式;计算机软件P11系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类P65按存储介质分类：易失性：半导体存储器非易失性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类：存取时间与物理地址无关随机访问：随机存储器RAM——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关串行访问：顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类：主存储器：随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROMFlash Memory高速缓冲存储器Cache辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级P66存储器三个主要特性的关系：速度、容量、价格/位多级存储器体系结构：高速缓冲存储器cache、主存储器、外存储器;主存储器的技术指标P67存储容量：存储单元个数M×每单元位数N存取时间：从启动读写操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 ,时间单位为ns;存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量,位/秒、字节/每秒,是衡量数据传输速率的重要技术指标;SRAM存储器P67基本存储元：用一个锁存器触发器作为存储元;基本的静态存储元阵列P68双译码方式P68读周期、写周期、存取周期P70DRAM存储器P70基本存储元：由一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路;存储原理：所存储的信息1或0由电容器上的电荷量来体现充满电荷：1；没有电荷：0;一个DRAM存储元的写、读、刷新操作P71DRAM的刷新：集中式刷新和分散式刷新P73存储器容量的扩充P73位扩展——增加存储字长P73字扩展——增加存储字的数量P73字、位扩展P74例题P73只读存储器ROM P80掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash 存储器P80-86并行存储器P86双端口存储器：指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路;多模块交叉存储器：连续地址分布在相邻的不同模块内,同一个模块内的地址都是不连续的;对连续字的成块传送可实现多模块流水式并行存取,大大提高存储器的带宽; cache基本原理P92避免 CPU“空等”现象CPU 和主存DRAM的速度差异程序访问的局部性原理cache由高速的SRAM组成cache的基本原理P93命中、未命中、命中率P93例题P94cache与主存的地址映射P94全相联映像：主存中的任一块可以映象到缓存中的任一块;直接映像：每个缓存块可以和若干个主存块对应；每个主存块只能和一个缓存块对应;组相联映像：某一主存块 j 按模 u 映射到缓存的第i 组中的任一块;替换算法P98先进先出算法FIFO：把一组中最先调入cache的块替换出去,不需要随时记录各个块的使用情况,所以实现容易,开销小;近期最少使用算法LRU：将近期内长久未被访问过的行块换出;每行设置一个计数器,cache每命中一次,命中行计数器清零,其它各行计数器增1;当需要替换时,比较各特定行的计数值,将计数值最大的行换出;最不经常使用LFU：被访问的行计数器增加1,换值小的行,不能反映近期cache的访问情况;随机替换：从特定的行位置中随机地选取一行换出; cache的写操作策略P99写回法、全写法、写一次法P99-100第四章指令系统指令系统P103程序、高级语言、机器语言、指令、指令系统、复杂指令系统计算机CISC、精简指令系统计算机RISCP103指令格式P105操作码：指令操作性质的二进制数代码地址码：指令中的地址码用来指出该指令的源操作数地址一个或两个、结果地址及下一条指令的地址;三地址指令、二地址指令、一地址指令、零地址指令；三种二地址指令SS、RR、RSP106指令字长度、机器字长P107例题P110操作数类型P110地址数据、数值数据、字符数据、逻辑数据寻址方式P112确定本条指令的操作数地址,下一条欲执行指令的指令地址指令寻址顺序寻址——PC+1跳跃寻址——转移类指令数据寻址P112-116立即寻址——形式地址就是操作数直接寻址——有效地址由形式地址直接给出隐含寻址——操作数地址隐含在操作码中间接寻址——有效地址由形式地址间接提供寄存器寻址——有效地址即为寄存器编号寄存器间接寻址——有效地址在寄存器中基址寻址——有效地址=形式地址+基地址变址寻址——有效地址=形式地址+变址寄存器的内容相对寻址——有效地址=PC的内容+形式地址堆栈寻址——栈顶指针段寻址例题P118指令的分类119数据处理、数据存储、数据传送、程序控制RISC技术P121RISC——精简指令系统计算机CISC——复杂指令系统计算机RISC指令系统的特点P121第五章中央处理器CPU的功能P127指令控制、操作控制、时间控制、数据加工CPU的基本组成P127控制器、运算器、cacheCPU中的主要寄存器P128数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、程序计数器PC、数据地址寄存器AR、通用寄存器、状态字寄存器PSW操作控制器的分类P130时序逻辑型：硬布线控制器存储逻辑型：微程序控制器指令周期P131取出并执行一条指令所需的全部时间;指令周期、机器周期、时钟周期P131一个指令周期含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期取指周期数据流P132执行周期数据流P133—138时序信号的作用和体制P141时序信号的基本体制是电位—脉冲制;数据加在触发器的电位输入端D ,打入数据的控制信号加在触发器的时钟脉冲输入端 CP;电位高低表示数据是1还是0,要求打入数据的控制信号来之前电位信号必须已稳定;节拍电位、节拍脉冲P142控制器的控制方式P144同步控制方式：即固定时序控制方式,各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲;异步控制方式：不受统一的时钟周期节拍的约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式;联合控制方式：同步控制和异步控制相结合的方式,大部分指令在固定的周期内完成,少数难以确定的操作采用异步方式;微程序控制原理P145微程序控制是指运行一个微程序来实现一条机器指令的功能;微程序控制的基本思想：仿照计算机的解题程序,把微操作控制信号编制成通常所说的“微指令”,再把这些微指令按时序先后排列成微程序,将其存放在一个只读存储器里,当计算机执行指令时,一条条地读出这些微指令,从而产生相应的操作控制信号,控制相应的部件执行规定的操作;微程序、微指令、微命令、微操作P145机器指令与微指令的关系P150微命令的编码方法P151直接表示法：微指令的每一位代表一个微命令,不需要译码;编码表示法：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组即一个字段,然后通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码,译码输出作为操作控制信号;混合表示法：把直接表示法与字段编码表示法混合使用,以便能综合考虑微指令字长、灵活性、速度等方面的要求;微指令格式P153水平型微指令：是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令;垂直型微指令：微指令中设置微操作码字段,采用微操作码编译法,由微操作码规定微指令的功能,称为垂直型微指令;垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构;硬连线控制器P155基本思想：通过逻辑电路直接连线而产生的,又称为组合逻辑控制方式;这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络;三个输入：来自指令操作码译码器的输出；来自执行部件的反馈信息；来自时序产生器的时序信号,包括节拍电位信号M和节拍脉冲信号T;一个输出：微操作控制信号硬布线控制器的基本原理：某一微操作控制信号C用一个逻辑函数来表达;并行处理技术P161并行性的概念：问题中具有可以同时进行运算或操作的特性;时间并行：让多个处理过程在时间上相互错开,轮流使用同一套硬件设备的各个部件,以加快硬件周转而赢得速度,实现方式就是采用流水处理部件;空间并行：以数量取胜;它能真正的体现同时性时间+空间并行：综合应用;Pentium中采用了超标量流水线技术;流水线的分类P163指令流水线：指指令步骤的并行;将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段;算术流水线：指运算操作步骤的并行;如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等;处理机流水线：是指程序步骤的并行;由一串级联的处理机构成流水线的各个过程段,每台处理机负责某一特定的任务;流水线中的主要问题P164资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用一个功能部件所发生的冲突;数据相关：在一个程序中,如果必须等前一条指令执行完毕后,才能执行后一条指令;解决数据相关冲突的办法：为了解决数据相关冲突,流水CPU的运算器中特意设置若干运算结果缓冲寄存器,暂时保留运算结果,以便于后继指令直接使用,称为“向前”或定向传送技术;控制相关：由转移指令引起的;解决控制相关冲突的办法：延迟转移法、转移预测法;例题P165第六章总线系统总线的概念P184总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路;总线的分类P184内部总线——CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线;系统总线——CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线;按系统传输信息的不同,又可分为三类：数据总线,地址总线和控制总线;I/O总线——中、低速I/O设备之间互相连接的总线;总线性能指标P185总线宽度：指数据总线的根数;寻址能力：取决于地址总线的根数;PCI总线的地址总线为32位,寻址能力达4GB;传输率：也称为总线带宽,是衡量总线性能的重要指标;例题P193总线上信息传送方式P190串行传送：使用一条传输线,采用脉冲传送有脉冲为1,无脉冲为0;连续几个无脉冲的处理方法：位时间;并行传送：每一数据位需要一条传输线,一般采用电位传送电位高为1,电位低为0;分时传送：总线复用、共享总线的部件分时使用总线;总线接口P192I/O接口,也叫适配器,和CPU数据的交换一定是并行的方式,和外设数据的交换可以是并行的,也可以是串行的;总线的仲裁P193集中式仲裁：有统一的总线仲裁器;链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式P193—195分布式仲裁：不需要中央仲裁器,每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁器和仲裁号;P195总线的定时P196同步定时：事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;异步定时：后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制基础上;PCI总线P200PCI：外围设备互连,PCI总线：连接各种高速的PCI设备;PCI是一个与处理器无关的高速外围总线,又是至关重要的层间总线;它采用同步时序协议和集中式仲裁策略,并具有自动配置能力;PCI总线支持无限的猝发式传送;即插即用;第七章外围设备外围设备的定义和分类P209除了CPU和主存外,计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待;外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类;磁记录原理P210计算机的外存储器又称磁表面存储设备;所谓磁表面存储,是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息;磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器;磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元,是记录一个二进制信息位的最小单位;磁表面存储器的读写原理P211在磁表面存储器中,利用一种称为磁头的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态;通过电-磁变换,利用磁头写线圈中的脉冲电流,可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；通过磁-电变换,利用磁头读出线圈,可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出;磁盘的组成和分类P213硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储设备; 它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成;温彻斯特磁盘简称温盘,是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机;它是一种密封组合式的硬磁盘,即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体;磁盘上信息的分布P215记录面、磁道、扇区P215磁道编号P215磁盘地址由记录面号也称磁头号、磁道号和扇区号三部分组成;磁盘存储器的技术指标P216存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度;道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位道/英寸;位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数,单位为位/英寸;面密度：位密度和道密度的乘积,单位为位/平方英寸;平均存储时间=寻道时间+等待时间+数据传送时间P216数据传输率P217例题P217磁盘cacheP218磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间速度上的差异;磁盘阵列RAIDP218RAID：独立磁盘冗余阵列廉价冗余磁盘阵列,或简称磁盘阵列;简单的说, RAID 是一种把多块独立的硬盘物理硬盘按不同方式组合起来形成一个硬盘组逻辑硬盘,从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术;组成磁盘阵列的不同方式成为 RAID 级别;RAID 0 提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取, 这样,系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求;这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽,显着提高磁盘整体存取性能;第八章输入输出系统外围设备的速度分级P236在CPU和外设之间数据传送时加以定时：速度极慢或简单的外设：CPU只需要接受或者发送数据即可;慢速或者中速的设备：可以采用异步定时的方式;高速外设：采用同步定时方式;I/O和主机信息交换方式P237程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问DMA方式、通道方式程序查询方式P239数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制;当需要输入/输出时,CPU暂停执行主程序,转去执行设备输入/输出的服务程序,根据服务程序中的I/O指令进行数据传送;这是一种最简单、最经济的输入/输出方式,只需要很少的硬件;但由于外围设备动作很慢,程序进入查询循环时将浪费CPU时间;中断的概念P242中断是指CPU暂时中止现行程序,转去处理随机发生的紧急事件,处理完后自动返回原程序的功能和技术;程序中断方式的原理P242在程序中断方式中,某一外设的数据准备就绪后,它“主动”向CPU发出请求中断的信号,请求CPU暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换;当CPU响应这个中断时,便暂停运行主程序,并自动转移到该设备的中断服务程序;当中断服务程序结束以后,CPU又回到原来的主程序;中断处理过程中的几个问题P243CPU只有在当前一条指令执行完毕后,即转入公操作时才受理设备的中断请求;保存现场P243中断屏蔽P243中断处理过程P243单级中断和多级中断P245单级中断系统中,所有的中断源都属于同一级,所有中断源触发器排成一行,其优先次序是离CPU近的优先权高; 当响应某一中断请求时,执行该中断源的中断服务程序;在此过程中,不允许其他中断源再打断中断服务程序,既使优先权比它高的中断源也不能再打断;多级中断系统是指计算机系统中有相当多的中断源,根据各中断事件的轻重缓急程度不同而分成若干级别,每一中断级分配给一个优先权;优先权高的中断级可以打断优先权低的中断服务程序,以程序嵌套方式工作;一维多级中断是指每一级中断里只有一个中断源,二维多级中断是指每一级中断里又有多个中断源;DMA的基本概念P253直接内存访问DMA是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式;在这种方式中,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;DMA方式一般用于高速传送成组数据;DMA方式的优点P253DMA能执行的一些操作P254从外围设备发出DMA请求；CPU响应请求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器从CPU接管总线的控制；由DMA 控制器对内存寻址,即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作；发中断,向CPU报告DMA操作的结束;DMA传送方式P254停止CPU访问内存、周期挪用、DMA与CPU交替访内P254 DMA数据传送过程P257传送前预处理；正式传送；传送后处理;P257通道的基本概念P261通道是一个特殊功能的处理器,它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制,而CPU将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能;这样,通道与CPU 分时使用内存,实现了CPU内部运算与I/O设备的平行工作;通道的功能P253通道具有两种类型的总线：存储总线：承担通道与内存、CPU与内存之间的数据传输任务;通道总线即I/O总线,承担外围设备与通道间的数据传送任务;从逻辑结构上讲,I/O系统一般具有四级连接：CPU与内存通道设备控制器外围设备优先级别：由于大多数I/O设备的读写信号具有实时性,不及时处理会丢失数据；所以通道与CPU同时要求访内时,通道优先权高于CPU;CPU对通道的管理P262CPU是通过执行I/O指令以及处理来自通道的中断,实现对通道的管理;来自通道的中断有两种,一种是数据传送结束中断,另一种是故障中断;通道对I/O模块的管理P262通道通过使用通道指令控制I/O模块进行数据传送操作,并以通道状态字接收I/O模块反映的外围设备的状态;通道的类型P262选择通道、数组多路通道、字节多路通道P263第九章操作系统支持虚拟存储器的概念P282虚拟存储器是借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量,使之为更大或更多的程序所使用;是一个容量非常大的存储器的逻辑模型,不是任何实际的物理存储器;它指的是主存-外存层次;以透明的方式给用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间;实地址：或物理地址,计算机物理内存的访问地址,由CPU引脚送出,是用于访问主存的地址,对应的存储空间——物理存储空间或主存空间;虚地址：或逻辑地址,在编制程序时独立编址,使用的地址,对应的存储空间——虚存空间或逻辑地址空间;虚地址到实地址的转换过程——程序的再定位;虚存的访问过程P283虚拟存储器的用户程序以虚拟地址编址并存放在辅存中；程序运行时CPU以虚地址访问主存,由辅助硬件找出虚地址和物理地址的对应关系,判断这个虚地址指示的存储单元是否已装入主存：如果在主存,CPU就直接执行已在主存的程序；如果不在,要进行辅存向主存的调度;虚存与cache的异同P283几种虚拟存储器P284段式、页式、段页式页式虚拟存储器P284页、页表：页式虚拟存储系统中,虚地址空间被分成等长大小的页,称为逻辑页；主存空间也被分成同样大小的页,称为物理页;相应地,虚地址分为两个字段：高字段为逻辑页号,低字段为页内地址偏移量；实存地址也分两个字段：高字段为物理页号,低字段为页内地址;通过页表可以把虚地址逻辑地址转换成物理地址;页式虚存地址映射：地址变换时,用逻辑页号作为页表内的偏移地址索引页表,并找到相应物理页号,用物理页号作为实存地址的高字段,再与虚地址的页内偏移量拼接,就构成完整的物理地址;虚页内容若没有调入主存,则计算机启动输入输出系统,把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存,再提供CPU访问;转换后援缓冲器P285段式虚拟存储器P286段式虚拟存储器,是以程序的逻辑结构所形成的段如主程序、子程序、过程、表格等作为主存分配单位的虚拟存储器管理方式的存储器;每个段的大小可以不相等;每个程序都有一个段表映象表,用于存放该道程序各程序段从辅存装入主存的状况信息;段表一般驻留在主存中;段式虚存地址映射P287段页式虚拟存储器P287把程序按逻辑单位分段以后,再把每段分成固定大小的页;程序对主存的调入调出是按页面进行的,但它又可以按段实现共享和保护,兼备页式和段式的优点;虚存的替换算法P289虚拟存储器中的替换策略一般采用LRU Least Recent1y Used算法、LFU算法、FIFO算法,或将两种算法结合起来使用;例题P289。
《计算机组成原理-白中英版》习题答案
第二章运算方法和运算器1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用8位二进制数）。
其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。
如果是小数，小数点在MSB之后；如果是整数，小数点在LSB之后。
(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1解：(1)先把十进制数-35/64写成二进制小数：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011×2-6)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B∴ [x]原=1.1000110 (注意位数为8位) [x]反=1.0111001[x]补=1.0111010 [x]移=0.0111010(2) 先把十进制数23/128写成二进制小数：(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111×2-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B∴ [x]原=0.0001011 [x]反=0.0001011[x]补=0.0001011 [x]移=1.0001011(3) 先把十进制数-127写成二进制小数：(-127)10=(-1111111)2令x= -1111111B∴ [x]原=1.1111111 [x]反=1.0000000[x]补=1.0000001 [x]移=1.0000001(4) 令x=-1.000000B∴ 原码、反码无法表示[x]补=1.0000000 [x]移=0.0000000(5) 令Y=-1=-0000001B∴ [Y]原=10000001 [Y]反=11111110[Y]补=11111111 [Y]移=011111115.已知X和Y, 用变形补码计算X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。
（2）X=0.11011 Y= -0.10101解：x+y = 0.00110无溢出6.已知X 和Y, 用变形补码计算X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。
白中英计算机组成原理第8章_输入输出系统
① 对I/O接口的控制触发器置1或0，控制其进行某些操作；
• CPU向IO接口发命令字；
② 测试设备的某些状态；
• CPU读取IO接口的状态字；
以数据形式传送 控制、状态信息
③ 输入或输出数据；
• CPU与IO接口之间的数据传送；
2020年5月8日星期五
14
3、程序查询方式的接口
CPU通过地址信号选中某 设备接口；
接口内部组成
数据缓冲寄存器； 就绪触发器RD、忙状态触发器BS、允许中断触发器EI； 中断向量产生逻辑；
CPU的相应部件
中断请求触发器IR、中断屏蔽触发器IM；
程序中断的数据传送过程：
CPU启动外设 外设准备就绪后，向CPU请求中断 CPU接受请求，完成数据传送
2020年5月8日星期五
27
程序中断方式数据传送示意
第7章
1. I/O接口的功能和基本结构
2. I/O端口及其编址 (四) I/O方式
1. 程序查询方式 2. 程序中断方式
中断的基本概念 中断响应过程 中断处理过程 多重中断和中断屏蔽的概念
3. DMA方式
DMA控制器的组成；DMA传送过程。
2020年5月8日星期五
3
8.1 外围设备的速度分级与信息交换方式
特点
可通过改变查询顺序修改设备的优先权； CPU工作效率低；
2020年5月8日星期五
动画演示： 8-3.swf
16
8.3 程序中断方式
8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4 8.3.5 8.3.6
中断的基本概念 程序中断方式的基本IO接口 单级中断 多级中断 中断控制器 PC系列机中断机制
• 采用异步定时方式，或称为应答式数据如交：换键；盘、显示器
计算机组成原理_白中英_第八章_输入输出系统
开关------CPU认为输入数据一直有效; 显示二极管------输出一定准备就绪。
*2020/12/7
5
基本概念——CPU和外围设备的定时
• 慢速或中速的外围设备：CPU与这类设备 之间的数据交换通常采用异步定时方式。
• 在这种情况下，CPU和外设之间用问答信 号进行定时的方式叫做应答式数据交换。
– 假若CPU在启动外设工作后，设备释放对 CPU的控制权使CPU继续工作，当外设工作 完成后向CPU发中断请求信号，若CPU响应 中断，则停止正在执行的程序，转中断服务程 序为该程序服务，这样就能实现CPU和外设 并行工作，使CPU的效率充分发挥。
*2020/12/7
16
程序中断方式——基本概念
• 中断请求的提出： – 中断申请：由中断源向处理机发出的 中断请求，称为中断请求。中断源发 中断请求要满足两个条件： • 外设工作已经完成。 • 该外设的中断没有被系统屏蔽。
*2020/12/7
30
程序中断方式——中断结构
• 中断请求的传送和中断的优先排队： – 中断源的优先权 – 几种排队判优的方法 • 单线请求软件查询判优 • 单线请求菊花链响应 • 多线请求判优响应 • 多线请求菊花链响应
*2020/12/7
25
程序中断方式——中断的基本接口
– 中断请求触发器（IR）：暂存中断请 求线上由设备发出的中断请求信号。当 IR为“1”时，表示设备发出了中断请 求。
– 中断屏蔽触发器（IM）：是CPU是否 受理中断或批准中断的标志。IM为“0” 时，CPU可以受理外界的中断请求， 反之，CPU 不受理外界的中断。
1)同步定时方式 CPU以等间隔的速率执行I/O指令。 靠时钟脉冲控制进行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机组成原理
6
1. 程序查询方式
读 发地址和“读”命令 发地址、数据和“写”命令 检测设备状态 检测源自备状态 否 就绪? 是 写否
就绪?
读数据到CPU 适用许多单片机系统
计算机组成原理
是
7
2. 程序中断方式
外设输入或输出数据就绪时，主动通知CPU。 CPU如何响应中断请求，
• 暂停现行程序，保护好“断点”； • 转“中断服务程序”，完成对外设的读或写； • 再回到原程序，继续执行。
计算机组成原理
5
[例子]假设幼儿园一个阿姨带10个孩子，要给每个孩子分4块水果糖。假设孩子 们都应把4块糖都吃完，那么她采用什么方法呢?
方法1： 她先给孩子甲一块糖，盯着甲吃完，然后再给第二块， 等吃完第二块又给第三 块，吃完第三块又给第四块。接着给孩 子乙，其过程与孩子甲完全一样。依次类推，直至到 第 10 个孩 子发完四块糖。看来这种方法效率太低，重要之点还在于孩子们 吃糖时她一直在守 候，什么事也不能干。(程序查询方式) 方法2： 每人发一块糖各自去吃，并约定谁吃完后就向老师举手 报告，再发第二块。看来这种新方法提高了工作效率，而且在未 接到孩子们吃完糖的报告以前，她还可以腾出时间给孩子们改作 业。(程序中断方式) 方法3： 进行批处理：每人拿4块糖各自去吃，吃完4块糖后再向 她报告。显然这种方法工作 效率大大提高，她可以腾出更多的 时间改作业。(直接内存访问(DMA)方式) 方法4： 权力下放，把发糖的事交给另一个人分管，只是必要时 她才过问一下。(通道方式)
15
8.3 程序中断方式
处理器在执行程序过程中，被内部或外部的事件所打断， 转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后， 又返回原来的断点，继续执行原来的程序
A请求 中断 主程序 A中断服务程序 B中服 C中服 B请求 C请求
计算机组成原理
16
＊CPU何时响应中断请求？ ＊如何保证返回到主程序的
主程序 中服1 中服2 中服3
多级中断可分为一维多级中断和二维多级中 断: 一维多级中断：每级中断里只有一个中断源 二维多级中断：每级中断里又有多个中断源
24
计算机组成原理
一维多级中断
中断屏蔽寄存器
优 先 级 比 较
高
优 先 级
主 程 序 D 中 服 A 中 服
低
计算机组成原理
25
二维多级中断
计算机组成原理
14
按上述步骤执行cpu资源浪费严重，实际应用中做如下改进： 1.cpu在执行主程序的过程中可周期性的调用各外部设备询问子程序。 2.该程序依次测试各I/O设备的状态是否就绪， 3.如果ready为1则转去执行该设备的任务，如果为0则测试下一个设备。 4.CPU主动询问 。
计算机组成原理
• 输出过程：
• CPU把一个设备地址值放在地址总线上，这一步将选择一个
输出设备 • CPU把数据放在数据总线上 • 输出设备认为数据有效，从而把数据取走。
2016年4月6日10时12分
计算机组成原理
3
如果把高速工作的主机同不同速度工作的外围设备相连 接，如何保证主机与外围设备在时间上同步?
1.速度极慢或简单的外围设备
通道是专用于I/O的处理器，也称IOP。
实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存
之间的数据传送。
进一步减少CPU参与I/O过程。
计算机组成原理
10
I/O控制方式
主要由程序实现
主要由附加硬件实现
程序 查询方式
计算机组成原理
程序 中断方式
DMA方式
通道方式
11
8.2 程序查询方式
CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然 后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现 数据输入或输出.
数字量、模拟量、开关量
传送速度差别极大 传送方式不尽相同
串行、并行
编码方式不同
二进制、BCD码、ASCII码„„
计算机组成原理
2
输入输出设备和CPU交换数据的过程：
• 输入过程：
• CPU把一个设备地址值放在地址总线上，这一步将选择一个
输入设备 • CPU等候输入设备的数据成为有效 • CPU从数据总线上读入数据，并放在一个相应的寄存器中
3级中断 服务程序
计算机组成原理
19
8.3.3 单级中断
各中断源有优先级的差别
• 离CPU近的优先权高，存在一个由硬件决定的响应优先级。 • 当多个中断源请求时，CPU选择优先级最高的予以响应。
链式查询实现的单级中断
计算机组成原理
与链式总线控制相对应
20
2. 单级中断源的识别
如何确定中断源，并转入被响应的中断服务程序 入口地址，是中断处理首先要解决的问题。 在单级中断中，采用串行排队链法来实现具有公共 请求线的中断源判优识别。其实现逻辑结构如下图示 。
8.2.5 中断控制器(集成8259)
计算机组成原理
28
8.3 DMA方式
程序控制传送方式的不足： 外设→CPU→存储器
外设←CPU←存储器
直接存储器存取DMA：
外设→存储器
外设←存储器
DMA 方式：直接内存访问，数据不经 CPU ，直 接在外设和内存之间传送，无需保护CPU现场； DMA 控制器负责地址修改和传送计数，适合高 速设备的成组传送。
CPU在当前指令执行完毕转入公 操作时才受理设备的中断请求
正确位置？ ＊当CPU响应中断后，若有 新的中断请求如何处理？
硬件
保存现场：PC的内容以及当前 指令执行结束后CPU的状态保 存到堆栈中。保证中断处理后 返回到主程序的正确位置。
中断屏蔽：CPU中可设置中断
屏蔽寄存器，“挡住”中断请 求。 “关中断”：中断屏蔽标志置 “1”，屏蔽所有中断请求； 软件 “开中断”：中断屏蔽标志置 “0”，允许所有中断请求。
BS外设接口忙（BuSy）标志
①表示由程序启动外设，将该外设接口的“忙”标志 ⑤表示允许中断标志 ②表示接口向外设发出启动信号； ⑧表示转向该设备的中断服务程序入口； EI为“1”时，接口向 CPU 发出中断请求信号； BS 置“ 1”，“准备就绪”标志RD清 ⑦表示如果“中断屏蔽”标志 IM 为“ 0” 时， CPU 在一条指令执行结束 ④表示当设备动作结束或缓冲寄存器数据填满时，设备向接口送出一 ⑥表示在一条指令执行末尾 CPU 检查中断请求线， （③表示数据由外设传送到接口的缓冲寄存器； 10）表示CPU发出控制信号 C将接口中的 BS 和RD标志复位。 ⑨表示在中断服务程序通过输入指令把接口中数据缓冲寄存器的数据读至 CPU中的寄存器； 后受理外设的中断请求，向外设发出响应中断信号并关闭中断； 控制信号，将数据“准备就绪”标志 将中断请求线的请求信号接收到“中断请求”标志 RD置“1”； IR；
内存工作时间
CPU控制并 使用内存 DMA控制并 使用内存
CPU放弃总线控制权； CPU无法取指，处于不工作状态。
CPU不执 行程序
t
DMA 不工作
DMA 不工作
DMA工作
停止CPU的访问内存 优点: 控制简单，适用于数据传输率很高的设备进行成组传送。 缺点:设备数据间隔远大于内存访问周期，许多内存访问周期浪费了。
中断处理过程是 由硬件和软件结 合完成的。 17
8.3.2程序中断方式的基本接口
程序中断由外设接口的状态和CPU两方面 来控制：
在接口方面，有决定是否向 CPU 发出中断请 求的机构，主要是接口中的“准备就绪”标志 (RD)和“允许中断”标志(EI)两个触发器； 在 CPU 方面，有决定是否受理中断请求的机 构，主要是“中断请求”标志(IR)和“中断屏 蔽”标志(IM)两个触发器。
同一级中断源的处理过程不能嵌套。为什么？
高 优先级 低
链式查询 中断源 高
优 先 级
低
计算机组成原理
某一级中断被响应后，置“1”(关闭)本级和优先权低于本级 中断嵌套：中断处理中又响应中断 的中断屏蔽触发器，置“ 0”(开放)更高级的中断屏蔽触发器。
play
26
高
优 先 级
低
→
例1(1) 中断情况下，CPU和设备的优先级如何考虑？设备的先级顺序如何？
A请求 中断 主程序 B请求 C请求
A中断服务程序
计算机组成原理
B中服
C中服
8
3. 直接内存访问(DMA)方式
外设控制器(接口卡)中有DMA控制器
• 和CPU分时使用总线； • 数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设
备之间进行。
适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合
计算机组成原理
9
4. 通道方式
答：CPU优先级最低。设备次序：A→B→C→D→E→F→G→H→I→CPU (2) 执行B中服时，IM2、IM1、IM0为多少？若执行D中服呢？ 答：执行B中服时，IM2、IM1、IM0为111。若执行D中服，为011。 (3)每一级的IM能否对个别设备单独屏蔽?若不能，什么办法可达到目的? 答：不能。可将设备接口的EI标志置“0”，禁止该设备发出中断请求。 （4)假如设备c一提出中断请求，cpu立即响应，如何调整？ 27 答：将c从第2级取出来，单独放在第3级。
第八章
输入输出系统
8.1 外围设备的速度分级和信息交换方式 ☆ 8.2 程序查询方式 ☆ 8.3 程序中断方式 ☆ 8.4 DMA方式 8.5 通道方式 8.6 通用I/O标准接口
计算机组成原理
1
8.1
外围设备的速度分级与信息交换方式
多种多样的外设