计算机组成与结构课后答案8-9-10章习题.doc

1、1、画出单机系统中采用的三种总线结构。2、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，请画出读数据的时序图来说明。解：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（错误报告） ，如图B3.5 所示：图 B3.53、参见图，这是一个二维中断系统，请问：（1） 在中断情况下，CPU 和设备的优先级如何考虑？请按降序排列各设备的中断优先级。（2） 若 CPU 现执行设备 B 的中断服务程序，IM 0,IM1,IM2的状态是什么？如果 CPU 的执行设备 D 的中断服务程序，IM 0,IM1,IM2的状态又是什么？（3） 每一级的 IM 能否对某个优先级的个别

2、设备单独进行屏蔽？如果不能，采取什么方法可达到目的？（4）若设备 C 一提出中断请求，CPU 立即进行响应，如何调整才能满足此要求？解：（1） 在中断情况下，CPU 的优先级最低。各设备优先级次序是：A-B-C-D-E-F-G-H-I-CPU（2） 执行设备 B 的中断服务程序时 IM0IM1IM2=111；执行设备 D 的中断服务程序时 IM0IM1IM2=011。（3） 每一级的 IM 标志不能对某优先级的个别设备进行单独屏蔽。可将接口中的 BI（中断允许）标志清“0”，它禁止设备发出中断请求。（4） 要使 C 的中断请求及时得到响应，可将 C 从第二级取出，单独放在第三级上，使第三级的优

3、先级最高，即令 IM3=0 即可 。4、图 B3.2 是从实时角度观察到的中断嵌套。试问，这个中断系统可以实行几重中断？并分析图 B3.2 的中断过程。图 B3.2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 B3.2 中出现了 4 重中断。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

4、到 T6 时刻，返回优先权 3 的服务程序，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 的中断服务完毕，返回优先权 3 的服务程序，直到 T10 优先权 3 的中断服务结束，返回优先权 4 的服务程序，优先权 4 的服务程序到 T11 结束，最后返回主程序。图 B3.2 中，优先权 3 的服务程序被中断 2 次。而优先权 5 的中断未产生。5、磁盘、磁带、打印机三个设备同时工作。磁盘以 20s 的间隔发 DMA 请求，磁带以 30s 的间隔发DMA 请求，打印机以 120s 的间隔发 DMA 请求，假设 DMA 控制器每完成一次 DMA 传输所需时间为2s，画出多

5、路 DMA 控制器工作时空图。解：答案如图 B4.1图 B4.16、某机有五个中断源，按中断响应的优先顺序由高到低为 L0,L1,L2,L3,L4，现要求优先顺序改为L3,L2,L4,L1,L0，写出各中断源的屏蔽字。 （10 分)答：(每写对一个屏蔽字 2 分 )设屏蔽位为“1”时表示对应的中断源被屏蔽，屏蔽字排列如下：中断源 屏蔽字0 1 2 3 4L0 1 0 0 0 0L1 1 1 0 0 0L2 1 1 1 0 1L3 1 1 1 1 1L4 1 1 0 0 17、刷存的主要性能指标是它的带宽。实际工作时显示适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总带宽的 50%用于刷新屏幕，保留

6、 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，帧频（刷新速率）为 72HZ，计算总带宽。(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 刷新速度所以 1024 768 3B 72 / S 100/50= 324MB / S（2）为达到这样高的刷存带宽，可采用如下技术措施：1)使用高速的 DRAM 芯片组成刷存。2)刷存采用多体交错结构。3)刷存内显示控制器的内部总线宽度由 32 位提高到 64 位，甚至到 128 位。4)刷存采用双端口存储器结构，将刷新端口与更新端口分开。8

7、、PCI 总线周期类型可指定多少种总线命令？实际给出多少种？请说明存储器读 / 写总线周期的功能。解：可指定 16 种，实际给出 12 种。存储器读 / 写总线周期以猝发式传送为基本机制，一次猝发式传送总线周期通常由一个地址周期和一个或几个数据周期组成。存储器读 / 写周期的解释，取决于 PCI 总线上的存储器控制器是否支持存储器 / cache 之间的 PCI 传输协议。如果支持，则存储器读 / 写一般是通过 cache 来进行；否则，是以数据非缓存方式来传输。9、某磁盘存贮器转速为 3000 转 / 分，共有 4 个记录面，每毫米 5 道，每道记录信息为 12288 字节，最小磁道直径为

8、230mm，共有 275 道。问：（1）磁盘存贮器的容量是多少？（2）最高位密度与最低位密度是多少？（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 ：4 27512288 字节 = 13516800 字节（2）最高位密度 D1按最小磁道半径 R1计算（R 1 = 115mm）：D1 = 12288 字节 / 2R 1 = 17 字节 / mm最低位密度 D2按最大磁道半径 R2计算：R2 = R1 + （275 5） =

9、 115 + 55 = 170mmD2 = 12288 字节 / 2R 2 = 11.5 字节 / mm(3) 磁盘传输率 C = r N r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288 字节（信道信息容量）C = r N = 50 12288 = 614400 字节 / 秒（4）平均等待时间 = 1/2r = 1 / (250) = 10 毫秒 （5）磁盘存贮器假定只有一台，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。假定每个扇区记录 1024 个字节，则需要 12288 1024 字节 = 12 个扇区。由此可得如下地址格式：14 6 5 4

10、3 010、某磁盘存贮器转速为 3000 转 / 分，共有 4 个记录面，每毫米 5 道，每道记录信息为 12288 字节，最小磁道直径为 230mm，共有 275 道。问：（1）磁盘存贮器的容量是多少？（2）最高位密度与最低位密度是多少？（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。柱面（磁道）号 盘面（磁头）号 扇区号解：(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 ：4 27512288 字节 = 13516800 字节（2）最高位密度 D1按最小磁道半径 R

11、1计算（R 1 = 115mm）：D1 = 12288 字节 / 2R 1 = 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 = 170mmD2 = 12288 字节 / 2R 2 = 11.5 字节 / mm(3) 磁盘传输率 C = r N r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288 字节（信道信息容量）C = r N = 50 12288 = 614400 字节 / 秒（4）平均等待时间 = 1/2r = 1 / (250) = 10 毫秒 （5）磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址

12、。有 4 个记录面，每个记录面有 275 个磁道。假定每个扇区记录 1024 个字节，则需要 12288 1024 字节 = 12 个扇区。由此可得如下地址格式：14 6 5 4 3 0图 B 8.411、试推导磁盘存贮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 T，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：T=T sT LT m。假设磁盘以每秒 r 的转速率旋转，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，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在 Tm（n / rN）秒的时间中传输完毕。TL 是磁盘旋

13、转半周的时间，T L=（1/2r）秒，由此可得：T=Ts1/2rn/rN 秒 12、画出 PCI 总线结构框图。说明三种桥的功能。解：PCI 总线结构框图如下所示：图 B11.3柱面（磁道）号 盘面（磁头）号 扇区号PCI 总线有三种桥，即 HOST / PCI 桥（简称 HOST 桥） ，PCI / PCI 桥，PCI / LAGACY 桥。在 PCI 总线体系结构中，桥起着重要作用：（1） 它连接两条总线，使总线间相互通信。（2） 桥是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。（3） 利用桥可以实现总线间

14、的卒发式传送。13、CPU 响应中断应具备哪些条件？画出中断处理过程流程图。解：条件：（1）在 CPU 中的中断屏蔽触发器 IM 必须是开放的。(2）外设有中断请求时，中断请求触发器 IR 必须处于“1”状态，保持中断请求信号。（3）外设接口中中断允许触发器 EI 必须为“1” ，这样才能把外设中断请求送至 CPU。（4）当上述三个条件具备时，CPU 在现行指令结束的最后一个机器周期响应中断。 流程图如下：14、已知某磁盘存储器转速为 2400 转/分，每个记录面道数为 200 道，平均查找时间为 60ms，每道存储容量为 96Kbit，求磁盘的存取时间与数据传输率。解：2400 转 / 分

15、= 40 转 / 秒 平均等待时间为：1 / 40 0.5 = 12.5（ms）磁盘存取时间为：60 ms + 12.5ms = 72.5ms数据传播率： D r = r N , N = 96K bit , r = 40 转 / 秒Dr = r N = 40 96K = 3840K (bit/s)15、如图，假设有光盘、软盘、打印机三个设备同时工作。光盘以 30s 的间隔向控制器发 DMA 请求，软盘以 60s 的间隔发 DMA 请求，打印机以 180s 间隔发 DMA 请求。根据传输速率，光盘优先权最高，软盘次之，打印机最低，假设 DMA 控制器每完成一次 DMA 传送所需的时间是 5s。若

16、采用多路型 DMA 控制器，请画出 DMA 控制器服务三个设备的工作时间图。图 C14.1解:由图看出，在 180s 时间阶段中，为打印机服务只有两次（T3，T13）,为软盘服务四次（T2,T6,T9,T12）,为光盘服务七次（T1,T4,T5,T7,T8,T10,T11） ，从图上看到，在这种情况下 DMA 尚有空闲时间，说明控制器还可以容纳更多设备。图 C14.216、软盘驱动器使用双面双密度软盘，每面有 80 道，每道 15 扇区，每个扇区存储 512B。已知磁盘转速为 360 转/分，假设找道时间为 10-40ms，今写入 38040B，平均需要多少时间？最长时间是多少？解：每道存储容

17、量为：15512B = 7680B磁盘转速为：360 转 / 分 = 6 转 / 秒访存时间为：1 / 6 1000ms 1/2 = 83.3 ms写入一道数据需用（平均）：（10 + 40）/ 2 + 83.3 = 108.3ms写入一道数据需用（最多）：40 + 83.3 = 123.3ms写入数据所用道数：38040 7680 = 5（道）平均所需时间：108.3ms5 = 541.5ms最长时间 ：123.3ms5 = 616.5ms17、画出 PCI 总线结构框图，说明 HOST 总线、PCI 总线、LAGACY 总线的功能。解：PCI 总线结构框图如图 B20.3 所示： 图 B1

18、4.6PCI 总线有三种桥，即 HOST / PCI 桥（简称 HOST 桥） ，PCI / PCI 桥，PCI / LAGACY 桥。（1）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，还可以连接多个CPU（2）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，或者兼而有之。系统中允许有多余的 PCI 总线。它们可以使用 HOST 桥与 HOST 桥总线相连，也可以使用 PCI/PCI 桥与已经同 HOST 桥连接的 PCI 总线相连。（3）LAGACY 总线：可以是 ISA、EISA、MCA 等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18、某双面磁盘，每面有 220 道，已知磁盘转速 r=3000 转/分，数据传输率为 175000B/S，求磁盘总容量。解：因为 Dr=rN r=3000 转/60s=50 转/s所以 一条磁道信息量 N=Dr/r=1750000B/s (s/50)=3500B磁盘总容量=3500B220=1540000B