计算机组成原理 第9章
计算机组成原理第7,9章作业
习题八8.1 解释下列名词系统总线三态门总线事务总线复用突发传输总线仲裁数据传输模式总线事务分离波特率8.2简要回答下列问题4)集中式总线控制方下，确定总线使用权优先级的方法有哪几种？各有什么特点？5)影响总线性能的因素有哪些?6)什么是突发传输模式?采用突发传输模式有什么优点?8.5有4个设备A、B、C、D的响应优先权为D>B>A>C，画出串行链式排队电路。
8.6 有4个设备A、B、C、D的响应优先权为A>B>C>D，试画出独立请求方式的排队电路。
8.7假定有一个具有以下性能的系统1)存储器和总线系统支持大小为4-16个32位字的数据块访问;2)总线的时钟周期频率为200MHZ，总线宽度为64位，每64位数据的传输需要一个时钟周期，向存储器发送一个地址需要一个时钟周期；每个总线操作之间需要2个总线周期(设一次存储之前总线总是处于空闲状态);3)对最初的4个字的访问时间为200ns,随后的4个字能在20ns的时内被读取,假定总线传输数据的操作可以与读下4个字的操作重叠进行。
读操作中，分别用4个字的数据块和16个字的数据块传输256个数据，计算机两种情况下总线传输的带宽和每秒中总线事务的次数。
（说明：一个总线传输操作包含一个地址和紧随其后的数据）习题九9.1解释下列名词中断中断处理优先级中断屏蔽多重中断中断向量中断响应优先级中断隐指令9.2 简要回答下列问题1)什么是接口?它有哪些功能?5)比较单级中断和多重中断处理流程的异同点.6)中断隐指令完成什么功能?7)为什么在保护现场和恢复现场的过程中,CPU必须关中断?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所示的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，按更改后的次序画出进入各级中断处理程序的过程示意图。
计算机组成原理习题答案第九章
１．外部设备有哪些主要功能？可以分为哪些大类？各类中有哪些典型设备？解：外部设备的主要功能有数据的输入、输出、成批存储以及对信息的加工处理等。
外部设备可以分为五大类：输入输出设备、辅助存储器、终端设备、过程控制设备和脱机设备。
其典型设备有键盘、打印机、磁盘、智能终端、数／模转换器和键盘－软盘数据站等。
2．键盘属于什么设备？它有哪些类型？如何消除键开关的抖动？简述非编码键盘查询键位置码的过程。
解：键盘是计算机系统不可缺少的输入设备。
键盘可分为两大类型：编码键盘和非编码键盘。
非编码键盘用较为简单的硬件和专门的键盘扫描程序来识别按键的位置。
消除键开关抖动的方法分硬件和软件两种。
硬件的方法是增设去抖电路；软件的方法是在键盘程序中加入延时子程序，以避开抖动时间。
键盘扫描程序查询键位置码的过程为：①查询是否有键按下。
②查询已按下键的位置。
③按行号和列号求键的位置码。
3 ．说明针式打印和字模式打印有何不同？各有什么优缺点？解：针式打印机利用若干根打印针组成的点阵来构成字符；字模式打印机将各种字符塑压或刻制在印字机构的表面上，印字机构如同印章一样，可将其上的字符在打印纸上印出。
针式打印机以点阵图拼出所需字形，不需要固定字模，它组字非常灵活，可打印各种字符和图形、表格和汉字等，字形轮廓一般不如字模式清晰；字模式打印机打印的字迹清晰，但字模数量有限，组字不灵活，不能打印汉字和图形。
4 ．什么是随机扫描？什么是光栅扫描？各有什么优缺点？解：扫描方式有两种：光栅扫描和随机扫描。
在光栅扫描方式中，电子束在水平和垂直同步信号的控制下有规律的扫描整个屏幕。
这种方式的控制比较简单，画面质量较好且稳定，但对行扫描频率要求较高。
在随机扫描方式中，电子束能在屏幕上进行随机运动，其轨迹随显示内容变化而变化，只在需要显示字符和图形的地方扫描，而不必扫描全屏。
这种方式显示速度快、画面清晰，尤其是线条的轮廓十分光滑，一般用于高清晰度的专用图形显示器中，但这种方式的控制比较复杂，而且只能用于字符和图形显示，不适于显示随机图像。
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，
第9章教案
计算机组成原理§第九章控制单元第九章控制单元（CU）主要内容：根据典型指令周期的四个阶段（取指、间址、执行和中断），分析控制单元为完成不同指令所发出的各种操作命令（又称控制信号），使计算机的所有部件有序地完成相应的操作。
目的：理解各周期（取指、间址、执行和中断）和控制信号的关系，掌握CU在机器运行中的核心作用。
重点：（1）取指、间址、中断的微操作命令分析；（2）为完成基本操作，CU的控制信号和控制流程；（3）机器周期、存储周期、时钟周期等概念几区别。
基本讲授内容：1、微操作命令的分析（取指周期、间址周期、中断周期、执行周期（略讲））；2、CU的外特性、基本控制信号及控制流:a. 不采用CPU内部总线的数据通路和控制；b. 采用CPU内部总线的数据通路和控制；3、多级时序系统：a. 基本概念[机器周期、存储周期、时钟周期（节拍、状态）]b. 多级时序系统的基本定义c. 基本关系4、控制方式a.同步控制①采用统一的机器周期和节拍；②采用不同的；③机器周期和节拍中央控制和局部控制相结合 b.异步控制 c.联合控制 d.人工控制 5、实例分析9.1 微操作命令的分析控制单元具有发出各种微操作命令（即控制信号）序列的功能。
• 控制单元对不同的指令发出不同的微操作命令；• 在完成不同指令的过程中，有些操作是相同或相似的，如取指令、取操作数地址以及中断隐指令等。
1 取指周期假设CPU 内有四个寄存器，如下图所示。
图1 取指周期的数据流取指令过程的操作如下：(1) 现行指令地址送至存储器地址寄存器，记作PC →MAR ；地址总线 数据总线 控制总线(2) 向主存发读命令，记作1→R ；(3) 将MAR(通过地址总线)所指的主存单元中的内容(指令)经数据总线读至MDR 内，记作M(MAR)→MDR ；(4) 将MDR 的内容送至IR ，记作MDR →IR ； (5) 形成下一条指令的地址，记作(PC)+1→PC 。
计算机组成原理习题答案9
第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案3. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D )A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。
C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。
D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。
5．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。
B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。
C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。
D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。
6. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。
已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。
解答过程：LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访问过程及相应的计数器的内容、替换结果如下：访问序列1 8 1 7 82 7 2 1 83 8 2 1 3 1 7 1 3 7调入的页号a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1b 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 7 7 7 7c 7 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3d 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2各计数器的值a 0 1 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 0 1 0 1 0 1 2b 0 1 2 0 1 2 3 4 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 0c 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1d 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7注：红色标注的页是未命中的访问——共6次7. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少?解：主存容量为4MB，物理地址22位虚存容量为1GB，虚拟地址30位页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K8. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。
计算机组成原理-系统总线
第9 章系统总线基本知识点：总线的基本概念；总线的分类；总线的组成及性能指标；总线的结构；总线的裁决（仲裁）方式，包括三种集中裁决方式；总线通信控制，包括同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。
重点：总线的组成及性能指标；总线的裁决方式；总线通信控制。
难点：总线的裁决方式；总线通信控制。
知识点1：总线概述要点归纳1. 总线的基本概念计算机系统的5 大部件之间的互连方式有两种，一种是各部件之间使用单独的连线，称为分散连接；另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接，总线是一组能为多个部件传送信息的线路，总线具有以下特点。
☆信息传输：总线实际上是由许多传输线或通路组成的，每条线可一位一位地传输二进制代码，一串二进制代码可在一段时间内逐一传输完成。
若干条传输线可以同时传输若干位二进制代码。
☆共享：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
☆分时：在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
机器总线由总线控制器管理，总线控制器的主要功能有总线系统的资源管理、总线系统的定时及总线的仲裁和连接。
2. 总线的分类总线按连接部件划分如下。
☆片内总线。
指芯片内部的总线，如在CPU 芯片内部，寄存器与寄存器之间、寄存器与逻辑部件之间互连的总线。
☆系统总线。
指CPU、主存、I/O 设备各大部件之间的信息传输线。
按系统总线传输信息的不同，又分为数据总线、地址总线和控制总线三大类。
☆数据总线：用于传输各部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数称为数据总线宽度，与机器字长、存储字长有关，一般为8 位、16 位或32 位。
☆地址总线：用于指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址，也就是说地址总线上的代码用来指明CPU 欲访问的存储单元或I/O 端口的地址，由CPU 输出，单向传输。
地址总线的位数与存储单元的个数有关，如地址线为20 根，则对应的存储单元个数为220个。
计算机组成原理9PPT课件
2021/3/12
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第9章 输入输出(I/O)接口
❖9.1 输入输出接口概述 ❖9.2 I/O接口的组成与工作原理 ❖9.3 中断系统 ❖9.4 DMA技术 ❖9.5 通道技术
2021/3/12
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9.1 输入输出接口概述
一、输入输出系统的发展概况
1. 无I/O技术
2. 程序查询I/O方式
（“忙”、“就绪”、“中断请求”）
2021/3/12
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9.2 I/O接口的组成与工作原理
❖1．I/O接口的功能与组成
接口的主要功能有：
（1）地址识别与设备选择
（2）接收、保存CPU的I/O控制命令
（3）反映外设的工作状态
（4）信号转换
（5）数据格式、码制的转换与数据检错/纠错
（6）传送数据
是主机与“外部世界”的连接电路，负责 “中转”各种信息。
2021/3/12
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9.2 I/O接口的组成与工作原理
❖为什么要设置接口？
▪ 1. 实现设备的选择 ▪ 2. 实现数据缓冲达到速度匹配 ▪ 3. 实现数据 串 ---并格式转换 ▪ 4. 实现电平转换 ▪ 5. 传送控制命令 ▪ 6. 反映设备的状态
（7）中断
2021/3/12
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9.2 I/O接口的组成与工作原理
❖接口和端口
▪ 接口由数据缓冲寄存器DBR、状态寄存器、命 令寄存器、端口地址译码、控制逻辑和中断逻 辑组成。
▪ CPU了解外设的状态、控制外设的工作、与外 设交换数据，都是通过接口中用户可见的寄存 器——端口的“读/写”来实现的。
位
(3) 2021/3/12 同步工作采用同步6时标
计算机组成原理第九章课件(白中英编科学出版社)
⊙第九章并行组织
计算机组成原理
任课教师：赵孟德 上海电机学院
计算机组成原理
☼ 第一章 计算机系统概论 ☼ 第二章 运算方法和运算器 ☼ 第三章 存储系统 ☼ 第四章 指令系统 ☼ 第五章 中央处理器 ☼ 第六章 总线系统 ☼ 第七章 外围设备 ☼ 第八章 输入输出系统 ☼ 第九章 并行组织
机群具有低费用、可扩展且故障分离的优 势；有许多大型机的应用更适合在松散连 接的机器上运行，例如网络服务公司的文 件服务器、Web服务器，还有数据库领域、 科学计算市场
计算机组成原理
多线程技术
⊙第九章并行组织
进程(process)是可以独立运行的一段代码
多个处理器可以执行同一个程序并共享程序代码 和地址空间。当多个进程用这种方式共享程序代 码和地址空间时，常被称之为线程(thread)
寄存器-寄存器向量结构
– 所有向量操作是在向量寄存器之间进行（除向 量读取和存储）
– 对应标量的寄存器-寄存器（load-store）结构 – 图9.12
计算机组成原理
向量机的特点
⊙第九章并行组织
一条指令执行大量运算（相当于标量处理的一个 循环）
– 减少了大量取指操作
每个结果都与前一个结果不相关
退出逻辑跟踪两个逻辑处理器 交替以程序顺序退出微操作
计算机组成原理
⊙第九章并行组织
第9章教学要求
了解互连网络的作用
区别标量处理和向量处理，了解向量处理机和阵 列处理机的概念
了解多处理机系统和机群系统的概念
END
计算机组成原理
第九章 小结
⊙第九章并行组织
计算机组成原理
⊙第九章并行组织
本章小结
⊙第九章并行组织
第9章 外部设备简介
3
9.2 键盘
键盘是一种常用的输入设备，可以用来录 入文字和字符等信息。本节主要介绍键的 结构、键盘的组织以及它们的工作原理。
国家级教材：张代远 计算机组成原理教程（第二版）
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9.2.1 键及其工作原理
从结构上可以分为接触式和非接触式两大 类。 从按键操作方式上又可分为机械动作式和 触摸式两类。 从逻辑上讲，凡能将击键与释放状态转换 为两种电信号的机制都可用于构成键。
这种键属于密封结构，触点寿命长，不易氧化，常用 于恶劣环境；但长期使用后薄膜将会老化而逐渐失去 弹性，击键手感也较差。
国家级教材：张代远 计算机组成原理教程（第二版）
8
9.2.1 键及其工作原理
2．非接触式键 非接触式键将击键动作引起的某些物理量的变化转化为电 信号，以避免接触式键存在的触点导通的可靠性和机械磨 损问题。 电容式键的工作原理如下。电容式键按下时触点并不接触， 由一个绝缘层隔开，但是其电容值发生了变化。未按键时， 由于极间电容值小，电信号无法通过，相当于“断开”状 态；按键时，极间电容值变大，电信号可以通过，相当于 “导通”状态，产生一个按键信号。
国家级教材：张代远 计算机组成原理教程（第二版）
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9.2.2 键盘的组织与工作原理
直接连接式键盘的工作原理如下：当无任何键被 按下式，所有输入线均为１，当按下某键时，其 对应输入线变为0，通过与非门产生中断请求IRQ。 CPU响应后，在中断处理程序中将各输入寄存器 的内容取回，判断是哪个键或那几个键被按下。 如图9.3所示。
国家级教材：张代远 计算机组成原理教程（第二版）
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9.3.3 光电式鼠标
光电式鼠标和新式的机械式鼠标类似，底 部是一个可以绕互相垂直的两个轴旋转的 小球。两个轴上连有译码器，上面有光线 可以通过的小裂缝。鼠标移动时，带动轴 旋转。当裂缝正好位于LED 和检测器之间 时，检测器可以感知到一个光脉冲。脉冲 数和鼠标的位移成正比，对脉冲计数后就 可以得到鼠标的位移。
计算机硬件-组成原理
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1.1.2
计算机的硬件
计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理装置, 计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理装置, 它们是由各种实实在在的器件组成的, 它们是由各种实实在在的器件组成的,是计算机进行工 作的物质基础.计算机的硬件由输入设备,输出设备, 作的物质基础.计算机的硬件由输入设备,输出设备, 运算器,存储器和控制器五部分组成. 运算器,存储器和控制器五部分组成.
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⑴机器语言 机器语言( language)是一种二进制语言, 机器语言 ( machine language ) 是一种二进制语言 , 它是用二进制代码表示的机器指令来描述的. 它是用二进制代码表示的机器指令来描述的 . 用机器语 言编写程序就是用机器指令来描述所求解问题的过程和 步骤, 这样的程序称为机器语言程序, 步骤 , 这样的程序称为机器语言程序 , 或称二进制语言 程序. 程序. ⑵汇编语言 汇编语言( language) 汇编语言 ( assembler language ) 和机器语言基本上 是一一对应的, 但在表示方法上作了根本性的改进, 是一一对应的 , 但在表示方法上作了根本性的改进 , 用 一种助记符来代替操作码,用符号来表示操作数地址( 一种助记符来代替操作码,用符号来表示操作数地址(地 址码) 这些助记符通常使用指令功能英文单词的缩写, 址码),这些助记符通常使用指令功能英文单词的缩写, 以便于记忆. 以便于记忆.
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1.输入设备 1.输入设备
输入设备( 输入设备(input equipment)的功能是从计算机外部 equipment) 把信息和处理这些信息的程序通过输入接口输入到计算 机的存储器中. 机的存储器中. 键盘(keyboard) 鼠标器(Mouse)是最常用的输入设备. 键盘 (keyboard) 和 鼠标器(Mouse)是最常用的输入设备 . (keyboard)和 (Mouse)是最常用的输入设备 其 它 输 入 设 备 还 有 : 扫 描 仪 (scanner) , 数 字 化 仪 (digitizer) , 光 笔 (light pen) , 条 形 码 扫 描 器 scanner), 触摸屏, 各种模- (A/D)转换器 转换器, (barcode scanner) , 触摸屏 , 各种模 - 数 (A/D) 转换器 , 数码相机等. 数码相机等.
计算机组成原理9章：输入输出系统
三、直接存储器存取方式（DMA） 1、基本概念 DMA是一种完全由硬件实现的I/O信息交换方式。是在I/O设备与主存 之间建立一条直接传送数据的通路，并在有关硬件电路（ＤＭＡＣ）的 控制下进行数据交换，而不需CPU干预。 在正常工作时，所有工作周期都用于执行CPU的程序，当外设将要 传输的数据准备好后，占用总线一个工作周期和知己交换一个单位数据， 这个周期过后，CPU继续控制总线，执行原程序。如此重复，直至整个 数据块传送完毕。 ２、DMA的工作方式（访内冲突的处理） DMA技术的出现，使得外设可以通过DMA控制器直接访问内存，此 时，CPU可以继续执行原程序，CPU继续执行程序时要要访问内存， DMA传送时也要访问内存，这样就会出现访问内存冲突。如何处理？
3、DMA接口的组成及功能 （1）功能：指挥某台I/O设备完成操作；指出被传送信息在主存的首地址；指 出要传送的字节数。 （2）组成 ①IOCR：I/O控制寄存器，来自CPU的命令码，设备码，来自I/O设备的状态字。 ②IOAR：I/O地址寄存器，要交换信息在内存的首地址，自动加1 ③WC：字计数器，存放要成批交换的数据的个数，自动减1 ④IOIR：准备与内存交换的信息 ⑤BC：字节计数器，一次只能传送一个字节时用。 ⑥控制逻辑 以上各部分组成DMAC 4、DMA工作过程 （1）I/O指令→IOCR,命令码启动DMA，设备码选中所需设备 （2）DMA启动后，赋初值：内存首址→IOCR，交换字数→WC (字节→BC)， 有关状态及控制信息→DMA （3）被启动的设备准备就绪，向CPU发DMA请求，CPU响应，便交换数据。 （4）从I/O接口输入一数据（从内存输出一数据）到IOIR，IOARMAR， IOIR→MIR ,完成一个数据的传送，同时修改IOAR和WC（BC） （5）又一数据从I/O接口（从内存）→IOIR，重复（4），直到所有数据传送 完毕。
计算机组成原理课后习题答案(一到九章)
作业解答第一章作业解答1.1基本的软件系统包括哪些内容？答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。
系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。
包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。
1.2计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？1.31)2)3)1.41.5以保证总①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本；②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。
1.6按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。
1.7计算机的主要特点是什么？答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；②运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力和逻辑判断能力；⑤通用性强。
1.8衡量计算机性能有哪些基本的技术指标？以你所熟悉的计算机系统为例，说明它的型号、主频、字长、主存容量、所接的I/O设备的名称及主要规格。
答：衡量计算机性能的基本的技术指标有：①基本字长；②主存容量；③运算速度；④所配置的外部设备及其性能指标；⑤系统软件的配置。
1.9单选题（1）1946年，美国推出了世界上第一台电子数字计算机，名为__A__。
A.ENIACB.UNIVAC-IC.ILLIAC-IVD.EDVAC（2）在计算机系统中，硬件在功能实现上比软件强的是__C__。
A.灵活性强B.实现容易C.速度快D.成本低（3）完整的计算机系统包括两大部分，它们是__C____。
A.运算器与控制器B.主机与外设C.硬件与软件D.硬件与操作系统（4）在下列的描述中，最能准确反映计算机主要功能的是___D___。
A.计算机可以代替人的脑力劳动B.计算机可以存储大量的信息（5（6（71.10（1（2（3（4（5（6答：①应用领域（7）银河I（YH-I）巨型计算机是我国研制的①。
计算机组成原理课件 9.2 程序查询方式及其接口
北京理工大学计算机学院
9.2 程序查询方式及其接口
计算机组成原理
许多外设的工作状态是很难事先预知
的，为了保证数据传送的正确进行，就要 求CPU在程序中查询外设的工作状态，如 果外设尚未准备就绪，CPU就等待，只有 外设已作好准备，CPU才能执行I/O指令， 这就是程序查询方式。
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9.2 程序查询方式及其接口
计算机组成原理
(3) 从I/O接口取回状态字
CPU执行输入指令，从I/O接口中取回 状态字并进行测试，判断数据传送是否可以 进行。
(4) 查询外设标志
CPU 不 断 查 询 状 态 标 志 ， 如 果 外 设 没 有准备就绪，CPU就踏步进行等待，一直到 这个外设准备就绪，并发出“准备就绪”信 号为止。
北京理工大学计算机学院
9.2 程序查询方式及其接口
计算机组成原理
(5) 传送数据
只有外设准备好，才能实现主机与外 设间的一次数据传送。输入时，CPU执行 输入指令，从I/O接口的数据缓冲寄存器中 接收数据；输出时，CPU执行输出指令， 将数据写入I/O接口的数据缓冲寄存器。
(6) 修改传送参数
每进行一次数据传送，需要修改传送
第9章
9.1 主机与外设的连接 9.2 程序查询方式及其接口 9.3 中断系统和程序中断方式 9.4 DMA方式及其接口 9.5 通道控制方式
计算机组成原理
北京理工大学计算机学院
9.2 程序查询方式及其接口
计算机组成原理
9.2.1 程序查询方式
知识点 计算机组成原理
知识点计算机组成原理知识点-计算机组成原理计算机组成原理重要知识点第一章绪论一、冯．诺依曼思想体系――计算机（硬件）由运算器、控制器、存储器、输入输出设备五部分组成，存储程序，按地址出访、顺序继续执行二、总线的概念。
按传送信息的不同如何划分；按逻辑结构如何划分三、冯．诺依曼结构（普林斯顿结构）与哈弗结构的存储器设计思想四、计算机系统的概念，软件与硬件的关系、计算机系统的层次结构（实际机器与交互式机器）五、计算机的主要性能指标的含义（机器字长，数据通路宽度，主存容量，运算速度）六、cpu和主机两个术语的含义，完备的计算机系统的概念，硬件、软件的功能分割七、总线概念和总线分时共享资源的特点、三态门与总线电路第二章数据的机器层次表示一、真值和机器数的概念数的真值变为机器码时存有四种则表示方法：原码表示法，反码表示法，补码表示法，移码则表示码。
其中移码主要用作则表示浮点数的阶码e，以利比较两个指数的大小和对阶操作方式二、一个定点数由符号位和数值域两部分组成。
按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
几种定点机器数的数值则表示范围。
三、浮点数浮点数的标准表示法：符号位s、阶码e、尾数m三个域组成。
其中阶码e通常用移码表示（其值等于指数的真值e加上一个固定偏移值）。
规格化浮点数（原码，补码则表示的规格化浮点数的区别）五、处理字符信息（符号数据即非数值信息），七、常用的bcd码：8421码、2421码、余3码、格雷码（有权码，无权码，特点）八、检错纠错码：奇偶校验（掌握奇偶校验原理及校验位的形成及检测方法）,海明码的纠错原理（理解）第三章指令系统一、指令格式:指令的基本格式,指令的地址码结构（3、2、1、0地址指令的区别），非规整型指令的操作码（扩展览会操作码）二、编址方式（位，字节，字…）三、操作数串行方式――立即串行、轻易串行、间接串行、寄存器串行、寄存器间接串行、相对串行、基址寻址、变址寻址、页面寻址四、指令串行方式――顺序对串行方式、弹跳串行方式五、指令类型及功能六、不同的计算机的i/o指令差别很大，通常有两种方式：独立编址方式,统一编址方式第四章数值的机器运算一、为运算器构造的简单性，运算方法中算术运算通常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法。
《计算机组成原理》名词解释
摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。
控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长：运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。
基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。
固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。
可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR：系统的平均修复时间。
MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。
计算机组成原理第九、十章答案
ZB
Bo，Yi Co，ALUi，+ Zo，Bi
（2） SUB A，H指令流程及微命令序列如下：
PCMAR
PCo，MARi
MM读
1 R
PC+1 PC
MDR IR
+1（图中未标出，
可与前一步并行）
MDRo，IRi
OP=？
SUB
SUB HY
（AC）–（H）Z
ZAC
Ho，Yi
由于题意中没有给出确切的数据通路结构，
故上述节拍分配方案的并行性较低。
2. 写出完成下列指令的微操作及节拍安 排（包括取指操作）。
（1）指令ADD R1，X完成将R1寄存 器的内容和主存X单元的内容相加，结果存 于R1的操作。
（2）指令ISZ X完成将主存X单元的内 容增1，并根据其结果若为0，则跳过下一条 指令执行。
4. 能不能说机器的主频越快，机器 的速度就越快，为什么？
解：不能说机器的主频越快，机器
的速度就越快。因为机器的速度不仅与主 频有关，还与数据通路结构、时序分配方 案、ALU运算能力、指令功能强弱等多 种因素有关，要看综合效果。
5. 设机器A的主频为8MHz，机器周 期含4个时钟周期，且该机的平均指令执 行速度是0.4MIPS，试求该机的平均指令
K K+1
JMP I K 间址特征
解：假设同上题，仍按组合逻辑、单总
线、同步控制安排，带返转指令的全部微操 作及节拍如下：
取指周期： T0 PCMAR，1R T1 PC+1，M(MAR)MDR T2 MDRIR，OP(IR)ID 执行周期：
T0 K(IR)MAR T1 M+1MDR，0 -w
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9.1 I/O接口的类型及其功能
• I/O接口（Interface）是计算机主机（CPU）与外围设备 的连接部件，它是CPU与外围设备进行信息交换时所必需 的电路，主要用于解决不同设备与CPU之间的速度差异、 数据变换与缓冲等问题。 • 9.1.1 I/O接口的类型 按照数据传送的方式分：并行接口和串行接口 按数据传送的控制方式分：程序控制方式接口（包括无条 件传送方式、程序查询方式、程序中断方式）、直接存 储器存取(DMA)接口、通道方式接口和I/O处理机等 按通用性分类：通用接口和专用接口。 按输入/输出的信号分类：I/O接口可分为数字接口和模拟 接口两种。
9.3 程序中断方式
9.3.1 中断的基本概念 中断指CPU在正常运行程序时，由于内部／外部事件 或由程序的预先安排使CPU中断正在运行的程序，而 转到为内部／外部事件或为预先安排的事件服务的程 序中去。服务完毕，再返回去继续执行被暂时中断的 程序。内部／外部事件或为预先安排的事件往往比 CPU当前正在运行的程序更加紧迫。这种暂时停止当 前运行的程序而去执行其它紧迫任务的过程叫做中断。
9.1.2 I/O接口的功能
1．寻址 I/O 接口为每一个外围设备都分配一个地址码。以便 CPU 访问某个外围设备时能够根据给定的设备地址找到此 设备。 2．数据缓冲 3．预处理 4．控制功能
9.2 CPU与I/O接口之间的信息传送方式
外围设备的定时方式：CPU 与外围设备的定时，有三种 情况： • 速度极慢或简单的外围设备，如机械开关、显示二极 管等，CPU总是能足够快地作出响应。 • 慢速或中速的外围设备：这类设备的速度和CPU的速 度并不在一个数量级，或者由于设备（如键盘）本身 是在不规则时间间隔下操作的，因此，CPU与这类设 备之间的数据交换通常采用异步方式。 • 高速的外部设备：这类设备以相等的时间间隔操作， 而CPU也是以等间隔的速率执行输入/输出指令，因此， 这种方式叫做同步定时方式。一旦CPU和外设发生同 步，它们之间的数据交换便靠时钟脉冲控制来进行。
9.2.4 外围处理机方式
• 外围处理机(peripheral processor unit，简称PPU)方式是 通道方式的进一步发展。外围处理机的结构更接近于 一般的处理机，甚至就是微小型计算机，它基本上独 立于主机工作。在某些系统中设置了多台PPU，分别 承担I/O控制、通信、诊断等任务。从某种意义上说， 这种系统已经成为一种分布式的多机系统。
程序中断方式
• 与程序查询方式不同的是，程序中断方式并不需要CPU定期查询外 部设备是否准备好。需要传送信息时，CPU只需在主程序中发出启 动外设的命令，就可继续运行主程序的后续指令，不需要反复查 询外部设备的状态。当外设已准备好，需要和CPU交换数据时，它 就通过I/O接口给CPU一个中断请求信号。CPU于是响应接口的中断 请求，暂停正在执行的程序（通常称为主程序），插入I/O操作程 序（称为中断服务子程序），完成数据传输。由于CPU省去了对外 设状态查询和等待的时间，因此CPU与外设可以并行工作，这大大 提高了CPU的效率。中断方式一般适用于随机出现的服务，并且一 旦提出要求，应当立即执行。同查询方式，中断方式的硬件结构 要复杂一些，且服务开销时间较大。
9.3.2 中断类型
1、自愿性中断与强迫性中断 自愿性中断是用户在程序中有意识安排的中断，是由于用户在编制 程序时因为要求操作系统提供服务，有意在程序中安排有关指令， 使中断发生。因此，自愿性中断又称为程序自中断。程序中执行 I/O操作、创建进程、分配内存，以及进行信号量操作、发送/接 收消息等都属于自愿性中断。指令系统中的软中断指令INT n可以 用于在程序中设置自愿性中断。 强迫性中断则不是事先由程序安排好的中断，而是随机产生的中断。 强迫性中断是正在运行的程序所不期望的，往往由于某种硬件故 障或外部请求引起。例如，来自外部设备的I/O中断、程序性中断 （运算溢出、缺页中断、缺段中断、地址越界）、时钟中断、控 制台中断、硬件故障等都属于强迫性中断。
第 9章
输入输出系统
主要内容
计算机的输入输出系统简称为I/O系统，它包括I/O接口、 I/O管理部件及有关软件，一个计算机系统的综合处理 能力，系统的可扩展性、兼容性和性能价格比，都和 I/O系统有密切关系 。 • I/O接口 • CPU 与 I/O 接口之间的信息交换方式（程序控制方式、 中断方式、DMA方式、通道方式、外围处理机输入输出 方式） • ……
9.2.2 DMA方式
• DMA方式即直接内存访问（Direct Memory Access）， 是一种完全由硬件执行I/O信息交换的工作方式。在这 种方式下，CPU并不参与实际的I/O数据传送，而是由 专门的DMA控制器来实现内存与外设之间，以及外设 与外设之间的直接高速传送。由于它基本是以硬件的 速度传递数据，几乎没有额外开销，因此传输效率很 高，并显著地减轻了CPU的负担。
9.2.3 I/O通道方式
• I/O通道控制(I/O channel control)方式简称通道方式。它 用专门处理I/O操作的处理器（称为通道）协助CPU完 成输入输出操作。通道是一个具有特殊功能的处Байду номын сангаас器， 在某些应用中称为输入输出处理器（IOP）。通道可以 实现对外围设备的统一管理以及外围设备与主存之间 的信息传送。同DMA方式相比，通道方式进一步提高 了CPU的效率。这种信息传送方式适用于配备外设多、 数据传送频繁的大、中型计算机中。
9.2 CPU与I/O接口之间的信息传送方式
• 程序查询方式：数据在CPU和外围设备之间的传送完 全靠程序控制。 • 程序中断方式：中断是外围设备用来“主动”通知 CPU，准备送出输入数据或接受输出输出数据的一种 方法。通常，一个中断发生时，CPU暂停它的现行程 序，而转向中断处理程序，从而可以输入或输出一个 数据。 • 直接内存访问（DMA）方式 • 通道方式 • 外围处理机方式