计算机组成原理教程第五版(张基温)课后习题大题答案

！ROM和RAM区别：区别ROM只读存储器非易失器件，RAM随机存储器，易失

！存储元：存储一位数据的存储空间。存储单元；存储一个字或者字节的数据存储空间。存储体;存储器中承载数据存储的部件。存储单元地址：给每个存储单元进行编号是存取数据时不混淆，2由许多1构成，1是数据存储最小单元，3由许多2构成，2是数据存储基本单元，避免混淆编号形成4

！存储系统层次解决成本速度容量问题条件是存储器访问局部性度量存储系统命中率

！联系物理空间和逻辑空间都是用来存储数据的，区别物理空间是真实存在的是主板上的内存条，虚拟是虚拟存在的电脑匀出的部分硬盘空间来充当内存，物力数据比虚拟存取速度快，物力内存一般不可变，逻辑可变，物力作用与cpu 沟通，虚拟解决物理内存不足问题。

！具有虚拟存储器对内存空间作了扩充，部分数据存入虚拟空间，操作系统自动调用简单灵活。不具有内存空间不足，现存部分数据分批调用，用户手动完成。

！Cache扩容后能不能取代主存不能，成本高，相邻两级速度不能差太多

！电子时代之前，有可能成功制造自动工作的计算机吗不能，内动力和程序是计算机自动工作的条件内动力需要电子元件完成

！汉字需要输入码英文需要输入码吗需要，英文字母对应的ASCII码为机器内码

！减少数据失真失真：提高采样频率和量化精度

！指令系统作用指令系统是对cpu功能的扩展,它表明cpu执行那些基本操作,cpu功能是取指令分析指令执行指令,所以一个cpu设计依据的功能也来自指令系统,它是cpu设计的基本依据

！运算速度与cpu主频有关，主存容量与内存有关，运算精度与总线位数有关

！评价计算机性能从运算速度，机器字长存储容量带宽均衡性环保和效能用户友好性性价比可靠性可用性。

！控制器控制方式和特点控制器:定长cpu周期法:时序电路简单但浪费时间，不定长c周期法:按需分配有效提高运行速度但增加时序部件复杂性，延长节拍法:中央局部结合兼顾集中分散两控制优点。

！机器指令和微指令关系:每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行。

！微程序控制器主要由ABC三部分组成，ABCD分别是什么A控制存储器B微指令寄存器，微地址形成电路C指令操作译码器D微程序

！DMA方式与通道方式有何异同？

相同点：把外设与主机交换数据过程控制权从CPU接管，使外设能与主机并行工作。

不同点：1）工作原理：DMA完全采用硬件控制数据交换的过程，速度较快；通道则采用软硬件结合的方法，通过执行一道通道命令字，即通道程序，来完成数据交换。2）功能：通道是在DMA的基础上发展而来的。因此，通道功能要比DMA功能更强。在DMA中，CPU必须进行设备的选择、切换、启动、终止，并进行数据校验，CPU在输入输出过程中的开销较大；通道则代替CPU管理控制外设，CPU仅仅通过I/O指令启动通道，通道本身进行各外设的初始化工作。3）所控制的外设类型：DMA只能控制速度较快、类型单一的外设，一台外设有一个DMA控制器，若一个DMA 控制器连接多台同类外设，则它们只能串行工作；而一个通道可以连接不同类型外设，使得多外设均可在通道控制下同时工作。

！中断控制方式下的中断与DMA的中断有何异同？答：DMA方式中的中断请求不是为了传送信息（信息是通过主存和I/O间的直接数据通路传送的），只是为了报告CPU一组数据传送结束，有待CPU做一些后处理工作，如测试传送过程中是否出错，决定是否继续使用DMA方式传送等。而（当用于数据传送控制时）程序中断方式的中断请求是为了传送数据，I/O和主机交换信息完全靠CPU响应中断后，转至中断服务程序完成的。

！试述接口的功能及其组成。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，提供缓冲功能，以满足接口两边的时序要求。由于外设的多样性和复杂性，对不同的外设接口功能不尽相同。但一般来讲，接口应具备如下的基本功能：（1）寻址功能。接口要能识别CPU的访问信号，并识别要求的操作。（2）输入输出功能。接口能按照CPU 要求的读写信号从总线上接收CPU送来的数据和控制信息，或把数据和状态信息送到总线上。（3）数据缓冲功能。CPU 与外设的速度往往不相匹配，为消除速度差异，接口必须提供数据缓冲功能。（4）数据转换功能。不同外设信息格式不同，与主机格式也不同，接口应提供计算机与外设的信息格式的转换，比如正负逻辑的转换、串－并转换、数/模或模/数转换等。（5）其他。如检错纠错功能、中断功能、时序控制功能等。为实现上述接口的功能，接口至少应有一组缓冲器和一个具有锁存能力的锁存器。主机访问接口主要是对接口的端口（各种寄存器）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、定时信号线路等。

！I/O接口有哪两种寻址方式？各有何优缺点？

答：I/O接口有端口地址与主存统一编址方式和端口地址单独编址方式。统一编址方式是指把I/O端口当做存储器的单元进行分配地址。这种方式CPU不需设置专门的I/O指令，用统一的访问存储器的指令可访问I/O端口。优点是不需要专门的输入输出指令，并使CPU访问I/O的操作更灵活、更方便。此外还可使端口有较大的编址空间。该方式的缺点是端口占用了存储器地址，使内存容量变小。再者，利用存储器编址的I/O设备进行数据输入输出操作执行速度较慢。单独编址方式是指I/O端口地址与存储器地址无关，是单独编址，CPU需要设置专门的输入输出指令访问端口。其主要优点是输入输出指令与存储器指令有明显区别，程序编制清晰、利于理解。缺点是输入输出指令少，一般只能对端口进行传送操作，尤其需要CPU提供存储器读写、I/O设备读写两组控制信号，增加了控制的复杂性。

！何为单极中断与多级中断？如何实现？什么是中断变量？答：1）单级中断是指中断响应后，进入中断服务程序的执行过程，不允许其他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，这样CPU中断响应后，就不会让其他中断所打断。2）多级中断是指让计算机按中断事件的轻重缓急程度分为若干个中断级别，这样cpu相应中断时，更高级别的中断可以打断中断服务程序的执行，多级中断主要是通过堆栈技术实现3）中断向量就是中断服务程序的入口地址

！一次程序中断大致可分为哪些过程？答：（1）中断申请，由中断源发出中断请求；（2）排队判优，若在某一时刻有多个中断源申请中断，需要通过判优部件选择一个中断源响应；（3）中断响应，在允许中断的情况下，CPU执行完一条指令后，开始响应中断；（4）中断处理，CPU先关中断，然后保存当前程序的断点和现场，转入相应的中断服务程序，开中断，执行中断服务程序，执行完毕，先关中断，然后恢复现场和断点，开中断，返回原程序执行

！计算机外部设备分为哪几类？答：从不同角度可以分为不同类别1）从使用角度分：人-机交互设备，机-机通讯设备和计算机信息驻在设备2）从与CPU的关系角度分：输入设备、输出设备、拾取设备和输入输出设备

！用于人机交互的计算机外部设备的发展经历了那几个阶段？今后发展趋势是什么？

答：用于人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、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发展，比如具有视觉、听觉和语言能力的外部设备。！什么是绿色计算机，它有哪些要求？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：1）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、可再生材料；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3）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4）符合人体工程学，各种外部设备外形符合人体健康标准

！计算及外部设备的发展趋势答：新一代的外部设备正向智能化、微型化的反响发展，其结构逐渐趋于模块化，同时采用各种自检、诊断、容错技术，使得外部设备的使用越来越方便和可靠。此外，人机交互设备还想更接近人的自然交互界面发展，而机机通讯设备向宽带更大、信息驻在设备则向容量更大发展。

！硬线连接并行接口与可编程并行接口各有何特点？答：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口，但芯片一旦连接到系统后，用户无法改变其功能。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功能，使接口逐步走向通用化。

！串行通讯有何特点？异步并行接口的基本任务有哪些？答：串行通讯的特点是在传输时是一位一位顺序传输，传输线数少，成本低，干扰小，适合于长距离的数据传送，但速度慢。异步并行接口的基本任务有如下几点：1）实现串行数据格式化2）实现串并转换3）对数据进行自动检错和纠错4）实现通讯双方的连接和控制

！为什么设置输入/输出缓冲区？答：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，设备与设备之间的速度差异，比如，在存储体系中为了匹配CPU与主存的速度差异设置了高速缓冲储存器（Cache），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存器。

！设备驱动程序有何作用？一般包含哪些内容？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。因为每一台外部设备在使用时，都涉及到DMA或中断过程等这样低级语言的操作，而操作系统只是设置了一些通用性的I/O操作和管理模块，而用户都是通过应用程序使用简单的命令来使用外部设备的，所以生产厂家必须针对自己的设备的特点和不同的操作系统，设计出与设备的具体操作关系紧密的程序。设备驱动程序一般包括以下五部分：设备的标题，数据存储和局部过程，策略过程，中断过程，命令处理子程序。

！如何针对不同的设备进行设备分配？

设备分配方式有两种：静态方式和动态方式。静态方式是在用户作业开始之前，系统一次性地地将该作业所需的设备，控制器和通道分配都分配给它，知道该作业退出，这种方式不会产生死锁，但设备的使用效率低。动态方式是在作业进行过程中动态地按需分配，及时收回，它有利于提高设备的利用率，但如果分配不当，会产生死锁。具体的分