计算机组成原理课后题'答案清华大学出版秦磊华吴非··.doc

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1、第一章第一章 系统给概论系统给概论 习习 题题 一一 1.l 解释下列名词 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

2、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

3、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 M

4、TBF 等指标计算处系统 的可用性。 1.2 什么是计算机系统的硬件和软件？为什么说计算机系统的硬件和软件在逻辑功能上是 等价的？ 答：计算机硬件系统是指构成计算机系统的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件 是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。计算机的硬件系统包含运算器、控制器、 存储器、输入设备和输出设备等五大部件。 计算机软件是计算机中全部程序的集合。软件按其功能分成应用软件和系统软件两大 类。 计算机硬件实现的往往是最基本的算术运算和逻辑运算功能，而其它功能大多是通过 软件的扩充得以实现的。有许多功能可以由硬件实现，也可以由软件实现，即从用户的角 度来看它们在功能上是等价的，

5、这一等价性被称为软/硬件逻辑功能的等价性。1.3 冯诺依曼型计算机的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部 件组成？各起什么作用？ 答：冯诺依曼型计算机的基本思想是存储程序和程序控制，其中的“存储程序”是指将解 题的步骤编写成程序，然后把存储存放到计算机的内存中，而“程序控制”是指控制器读 出存放在存储器中的程序并根据该程序控制全机协调工作以完成程序的功能。 根据冯诺依曼型计算机的基本思想，计算机的硬件应该由运算器、控制器、存储器、 输入/输出设备和总线组成。 各部件的作用： 运算器：对数据进行运算的部件。存储器：存放程序和数据。控制器：根据指令的功能控制构成计算机的各大功能部

6、件协调工作，共同完成指令的 功能。输入设备：将外部信息输送到主机内部的设备。输出设备：能将计算机内部的信息以不同并且相应的形式反馈给人们的设备。 总线：连接两个或多个设备（部件）的公共信息通路。1.4 什么是计算机字长？它取决于什么？计算机字长统一了哪些部件的长度？ 答：计算机的字长一般指一次参与运算数据的基本长度，用二进制数位的长度来衡量。 它取决于运算器一次运算处理的二进制位数。它是计算机的重要性能指标。常用的计 算机字长有 8 位、16 位、32 位及 64 位。 一般与计算机内部寄存器、加法器、数据总线的位数以及存储器字长等长，因此，字 长直接影响硬件的代价。1.5 计算机系统从功能上

7、可划分为哪些层次？各层次在计算机系统中起什么作用？ 答：计算机系统分成五级层次结构，第 1 级为微程序设计级、第 2 级为机器语言级、第 3 级为操作系统级、第 4 级为汇编语言级、第 5 级为高级语言级。 各层次的作用： 微程序级：为机器指令级提供机器指令的解释指行功能。机器指令级：是软件系统和硬件系统的界面，一条机器指令的功能由微程序机器级的 一段微型程序的功能实现。操作系统级：调度计算机中的软件和硬件资源。汇编语言级：它将用户编写的接近人类语言的程序，翻译成能在机器上运行的目标程 序。 高级语言级：完全面向用户，是用户关心的目标，可执行各种用途的程序。1.6 计算机内部有哪两股信息在流动

8、？它们彼此有什么关系？ 答：计算机中有两股信息在流动：一股是控制信息，即操作命令，它分散流向各个部件； 一股是数据信息，它受控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，在流动的过程被相 应的部件加工处理。1.7 为什么说计算机系统的软件与硬件可以互相转化？ 答：计算机硬件实现的往往是最基本的算术运算和逻辑运算功能，而其它功能大多是通过 软件的扩充得以实现的。有许多功能可以由硬件实现，也可以由软件实现，即从用户的角 度来看它们在功能上是等价的，这一等价性被称为软/硬件逻辑功能的等价性。由于这样的等价性，所以可以说计算机系统的软件与硬件是可以互相转化的。 1.8 什么叫软件系统？它包含哪些内容？ 答

9、：一台计算机中全部程序的集合，统称为这台计算机的软件系统。软件按其功能分成应 用软件和系统软件两大类。 应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的一些程序。 系统软件用于对计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，常将系统软件分为以 下六类：操作系统,言处理程序,标准程序库，服务性程序，数据库管理系统和算机网络软 件。1.9 说明高级语言、汇编语言和机器语言三者之间的差别和联系。 答：机器语言是直接用二进制代码指令表达的计算机语言，是一种面向机器的编程语言， 属于低级语言。 汇编语言是用助记符号来表示计算机指令的语言，也是低级的语言。 高级语言是一类接近于人类自然语言和数学语言的程序设计语言的统

10、称，分为面向过 程的语言和面向对象的语言。它们都是计算机的编程语言，并且是计算机编程语言发展的三个阶段。三者各自的特点： 使用机器语言编写的程序，占用内存少、执行效率高。缺点：编程工作量大，容易出 错；依赖具体的计算机体系，因而程序的通用性、移植性都很差。使用汇编语言编写计算机程序，能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度；能够最大限度地发挥硬件的功能。但是编写的代码非常难懂，不好维护；开发效率很低，时间长且单调。 高级语言的优点是：编程相对简单、直观、易理解、不容易出错；编写的计算机程序 通用性好，具有较好的移植性。1.10 什么是系统的可靠性?衡量系统可靠性的指标有哪些?如何提高

11、系统的可靠性? 答：系统的可靠性是指系统在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。 衡量系统可靠性的指标有三个：平均无故障时间、平均故障间隔时间和可用性。 提高系统可靠性的常用方法包括避错和容错。前者即避免错误的出现，从而提高系统 的平均无故障时间；后者容许错误的出现，但采取有效的方法来防止其造成的不利影响。1.11 假定某计算机 1 和计算机 2 以不同的方式实现了相同的指令集,该指令集中共有 A、B、C、D 四类指令，它们在程序中所占比例分别为 40%、20%、20%、20%，机器 1 和机器 2 的时钟周期为 600MHZ 和 800MHZ，各类指令在两机器上的 CPI 如表 1.

12、5 所示，求两机器的 MIPS 各为多少？表 1.5 两台计算机不同指令的 CPIABCD CPI12345 CPI22234 解：CPI1= 2*0.4+ 0.2*(3+4+5)= 3.2 MIPS1= f/(CPI1106) = 600106/(3.2106)=187.5CPI2= 2*0.4+ 0.2*(2+3+4)= 2.6 MIPS2= f/(CPI1106) = 800106/(2.6106)=307.71.12 若某程序编译后生成的目标代码由 A、B、C、D 四类指令组成，它们在程序中所占比 例分别为 40%、20%、15%、25%。已知 A、B、C、D 四类指令的 CPI 分别

13、为 1、2、2、2。现 需要对程序进行编译优化，优化后的程序中 A 类指令条数减少了一半，而其它指令数量未 发生变化。假设运行该程序的计算机 CPU 主频为 500MHZ。完成下列各题： 1)优化前后程序的 CPI 各为多少? 2)优化前后程序的 MIPS 各为多少? 3）通过上面的计算结果你能得出什么结论？解：1)优化前：CPI= = 1 0.4 + 2 0.2 + 2 0.15 + 2 0.25 nii iICICCPI1)(= 1.6 优化后：A、B、C、D 四类指令在程序中所占比例分别为 1/4、1/4、3/16、5/16， CPI= = 1 1/4 + 2 1/4 + 2 3/16

14、+ 2 5/16 nii iICICCPI1)(= 1.752）根据 公式 MIPS =得6CPI 10时钟频率优化前：MIPS = (500106)/(1.6106) = 312.5 优化后：MIPS = (500106)/(1.75106) = 285.7 3）优化后，A 类指令条数减少，造成计算机的 CPI 增加，MIPS 减少。这样的优化虽然减少 了 A 类指令条数，却降低了程序的执行速度。第二章第二章 数据表示方法数据表示方法 习习 题题 二二2.1 解释下列名词 真值：正号和负号分别用“+”和“-”表示，数据位保持二进制值不变的数据表示方法。 数值数据：计算机所支持的一种数据类型，

15、用于科学计算，常见的数值数据类型包括小数、 整数、浮点数数等。 非数值数据：计算机所支持的一种数据类型，一般用来表示符号或文字等没有数值值的数 据。 机器数：数据在机器中的表示形式，是正负符号数码化后的二进制数据。 变形补码：用两个二进制位来表示数字的符号位，其余与补码相同。即“00”表示正，“11”表示负。 规格化：将非规格化的数处理成规格化数的过程。规格化数规定尾数用纯小数表示，且真 值表示时小数点后第一位不为 0（以机器数表示时对小数点后第一位的规定与具体的机器 数的形式有关） 。 机器零：计算机保存数字的位有限，所能表示最小的数也有范围， 其中有一个范围之 中的数据无法精确表示，当实际

16、的数据处在这个无法精确表示的数据范围时计算机就将 该数作为机器零来处理，因此，计算机中的机器零其实对应的不是一个固定的数，而是 一个数据表示范围。 BCD 码：用 4 位二进制数来表示 1 位十进制数中的 09 这 10 个数码，即二进制表示的十 进制数。 汉字内码：计算机内部存储、处理加工和传输汉字时所用的由 0 和 1 符号组成的代码。 码距：一组编码中对应位上数字位不同的最小个数。 奇偶校验：通过检测校验码中 1 的个数的奇/偶性是否改变来判断数据是否出错的一种数据 校验方法。 海明校验：是一种基于多重奇校验且具有检测与纠正错误的校验方法。其基本原理是将有 效信息按某种规律分成若干组，每

17、组安排一个校验位进行奇偶测试，就能提供多位检错信 息，以指出最大可能是哪位出错，从而将其纠正。 循环冗余校验：是数据通信领域中最常用的一种具有检测与纠正错误能力差错校验码，基 利用生成多项式并基于模 2 运算建立编码规则。 检错：检测被传送的信息中是否发生差错。 纠错：纠正信息在传送或存储过程中所发生的错误。2.2 回答下列问题 1)为什么计算机中采用二进制? 答：因为二进制具有运算简单和表示简单的优点，除此之外还有可靠和容易实现等特点。 具体来说，是因为： （1）技术实现简单，计算机是由逻辑电路组成，逻辑电话通常只有两个状态，开关 的接通与断开，这两种状态正好可以用 “1”和“0”表示。 （

18、2）简化运算规则：两个二进制数和、积运算组合各有三种，运算规则简单，有利 于简化计算机内部结构，提高运算速度。 （3）适合逻辑运算：逻辑代数是逻辑运算的理论依据，二进制只有两个数码，正好 与逻辑代数中的 “真”和“假”相吻合。 （4）易于进行转换，二进制与十进制数易于互相转换。2)为什么计算机中采用补码表示带符号的整数? 答：采用补码运算具有如下两个特征： （1）因为使用补码可以将符号位和其他位统一处理，同时，减法也可以按加法来处理， 即如果是补码表示的数，不管是加减法都直接用加法运算即可实现。 （2）两个用补码表示的数相加时，如果最高位（符号位）有进位，则进位被舍弃。 这样的运算有两个好处：

19、 （a）使符号位能与有效值部分一起参加运算，从而简化运算规则。从而可以简化运算器 的结构，提高运算速度；（减法运算可以用加法运算表示出来。 ） （b）加法运算比减法运算更易于实现。使减法运算转换为加法运算，进一步简化计算机 中运算器的线路设计。3)浮点数的表示范围和精确度分别由什么决定?字长一定时浮点数的表示范围与精确度之间 有和关系? 答：浮点数的表示范围由阶码的位数决定，精确度由尾数的位数决定。 当机器字长一定时，分给阶码的位数越多，尾数占用的位数就越少，则数的表示范围 越大。而尾数占用的位数减少，必然会减少数的有效数位，即影响数的精度。4)汉字输入码、机内码和字型码在汉字处理过程中各有何

20、作用？ 答：汉字输入码、机内码和字型码，分别用于汉字的输入、汉字在计算机内的处理以及汉 字的显示和打印。 具体来说，计算机要对汉字信息进行处理，首先要将汉字转换成计算机可以识别的二 进制形式并输入到计算机，这是由汉字输入码完成的；汉字输入到计算机后，还需要转换 成内码才能被计算机处理，显然，汉字内码也应该是二进制形式。如果需要显示和打印汉 字，还要将汉字的内码转换成字形码。5)在机内码中如何区分两个 ASCII 码字符和一个汉字? 答：将一个汉字看成是两个扩展 ASCII 码，使表示 GB2312 汉字的两个字节的最高位都为 1，而每个 ASCII 码字符中每个字节的最高位为 0。这样就能区别

21、一个机内码到底对应一个 汉字还是两个西文字符。6)“8421 码就是二进制数” 。这种说法对吗？为什么？ 答：这种说法是不对的。8421 码是一种最简单的有权码，它选取 4 位二进制数的前 10 个 代码 00001001 分别对应表示十进制数的 10 个数码。若按权求和，和数就等于该代码所 对应的十进制数。 8421 码是一种编码方式，用于十进位制与二进制数之间的转换。 而二进制数是用 0 和 1 两个数码来表示的数。二者是不同的概念，不能等同。7)如何识别浮点数的正负？浮点数能表示的数值范围和数值的精确度取决于什么？ 答：当采用一般浮点数格式表示浮点数时,阶码和尾数都各包含一位符号位。浮点

22、数的正负 由尾数的的符号位决定。当采用 IEEE754 格式时，通过数符就能判断出浮点数的正负。 浮点数能表示的数值范围和数值的精确度，分别取决于阶码的位数和尾数的位数。8)简述 CRC 的纠错原理。 答：发送部件将某信息的 CRC 码传送至接收部件，接收部件收到 CRC 码后，仍用约定的生成多项式 G(x)去除，若余数为 0，表示传送正确；若余数不为 0，表示出错，再由余数的 值来确定哪一位出错，从而加以纠正。具体的纠错原理如下： （1）不论错误出现在哪一位,均要通过将出错位循环左移到最左边的一位上时被纠正；（2）不为零余数的具有循环特性。即在余数后面补一个零除以生成多项目式,将得到 下一个

23、余数,继续在新余数基础上补零除以生成多项式,继续该操作，余数最后能循环到最 开始的余数。 （3）CRC 就是利用不为零余数的循环特性,在循环计算余数的同时，将收到的 CRC 编 码同步移动，当余数循环到等于最左边位出错对应的余数时，表明已将出错的位移到 CRC 码的最左边,对出错位进行纠错。 （4）继续进行余数的循环计算,并同步移动 CRC 编码,当余数又回到最开始的值时,纠 错后的 CRC 码又回到了最开始的位置。至此，完成 CRC 的纠错任务。2.3 写出下列各数的原码、反码和补码。0， 一 0， 0.10101， 一 0.10101， 0.11111， 一 0.11111， 0.1000

24、0， 0.10000 解： x=0，则0原 0.000 ， 0 反 0.000， 0补 0.000； x=-0，则0原 1.000，0反 1.11l，0补 0.000； x=0.10101，则x原 0.10101，x反 0.10101，x补 0.10101； x=一 0.10101，则x原 1.10101，x反 1.01010，x补 1.01011； x=0.11111，则x原 0.11111，x反 0.00000，x补 0.00001； x=一 0.11111，则x原 1.11111，x反 1.00000，x补 1.00001； x=0.10000，则x原 1.10000，x反 1.0111

25、1，x补 1.10000； x=0.10000，则x原 0.10000，x反 0.10000，x补 0.10000。2.4 已知数的补码表示形式，求数的真值。 x补0.10010, x补1.10010, x补1.11111, x补1.00000, x补0.10001, x补1.00001, 解： x补0.10010,则x原0.10010，x=0.10010； x补1.10010,则x原1.01101，x=0.01101； x补1.11111,则x原1.00000，x=0； x补1.00000，则x原1.11111，x=0.11111； x补0.10001，则x原0.10001，x=0.1000

26、1； x补1.00001，则x原1.11110，x=0.11110。2.5 已知 x0.10110,y0.01010,求： x/2补, x/4补, y/2补, 2y补 解： x原=0.10110=x反=x补， 所以x/2补=0.010110，x/4补=0.0010110； y原=1.01010，y反=1.10101，y补=1.10110， 所以y/2补=1.110110，2y补=1.0110。2.6 C 语言中允许无符号数和有符号整数之间的转换, 下面是一段 C 语言代码:Int x =-1;Unsigned u=2147483648; Printf (“x=%u=%dn”,x,x); Pri

27、ntf (“u=%u=%dn”,u,u);给出在 32 位计算机中上述程序段的输出结果并分析原因. 解：x=4294967295=-1；u=2147483648=-2147483648 原因：x 是 int 型，在计算机中以补码形式存在。 %u 以无符号输出， %d 输出真值,所 以 x=4294967295=-1。 u=231是一个无符号数，无溢出，由于首位为 1 %u 符号输出第一位为非符号位，所以是 2147483648 %d 第一位为符号位，所以是负数，取反加 1 还是 231所以是-2147483648。2.7 分析下列几种情况下所能表示的数据范围分别是多少1)16 位无符号数; 2

28、)16 位原码定点小数; 3)16 位补码定点小数;4) 16 位补码定点整数; 解： 1)16 位无符号数：0 1111 1111 1111 1111，即 0 216-1=65535 2)16 位原码定点小数：1.111 1111 1111 1111 0.111 1111 1111 1111，即 -（1-2-15） 1-2-15 3)16 位补码定点小数：1.000 0000 0000 0000 0.111 1111 1111 1111，即 -1 1-2-15 4) 16 位补码定点整数：1000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111，即 -215 215-1

29、2.8 用补码表示 8 位二进制整数，最高位用一位表示符号（即形如 x0x1x2x3x4x5x6x7）时,模 应为多少？ 解：因为 8 位二进制数补码的表示范围为： -128127 一共有 256 个数，所以模为 256。2.9 用 IEEE754 32 位浮点数标准表示十进制数 a) b)3.1415927 c)64000 856解： a) 首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：=-110.101 856移动小数点，使其变成 1.M 的形式：-110.101=-1.10101*22于是得到：S=0, e = 2，E= 10+01111111 = 10000001，M = 10101最后得到

30、 32 位浮点数的二进制存储格式为：1100 0000 1101 0100 0000 0000 0000 0000=（C0D40000）16b) 首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：3.1415927=11.00100100001111110110101移动小数点，使其变成 1.M 的形式11.00100100001111110110101=1.1001001000011111101101012于是得到：S=0, e = 1，E= 1+01111111 =10000000，M = 10010010000111111011010最后得到 32 位浮点数的二进制存储格式为：0100 0000

31、0100 1001 0000 1111 1101 1010=（40490FDA）16c) 首先将 6400 转换成二进制数： 64000=1100100000000 移动小数点，使其变成 1.M 的形式1100100000000=1.100100000000212 于是得到：S=0, e = 12，E= 1100+01111111 =10001011，M = 1001最后得到 32 位浮点数的二进制存储格式为：0100 0101 1100 1000 0000 0000 0000 0000=(45C80000) 162.10 求与 IEEE754 32 位浮点数 43940000H 对应的十进制

32、数。 解： 43940000H=（0100 0011 1001 0100 0000 0000 0000 0000）2 S=0，E=（10000111）2-127=8，M=1.00101 所以表示数为 100101000，对应的十进制数为 296。2.11 求 32 位 IEEE754 浮点数能表示的最大数和最小数。 解：用 IEEE754 格式(E 的取值范围：1254，留出全 0 和全 1 分别表示 0 和无穷大)31 30 23 22 0EM (1) 最大数的二进制表示：0 11111110 11111111111111111111111 即 2127(2-2-23)(2) 最小数的二进制

33、表示：1 11111110 11111111111111111111111 即 - 2127(2-2-23)2.12 设有两个正浮点数：N12mM1，N22nM2。 （1）若 mn，是否有 N1N2？ （2）若 M1和 M2是规格化的数，上述结论是否正确？ 解：（1）不一定。 例如，N1230.001，N2220.01，此时 mn，却有 N1N2。 再如，N1230.001，N2220.1，此时 mn，却有 N1N2。 （2）正确。 因为浮点数规格化，要求尾数的最高位为非 0 数码，即当尾数的值不为零时，其绝对值应大于或等于(1/2)10。 那么 M1和 M2都必须是 0.1 的形式。这时，若

34、 mn，则一定有 N1N2。2.13 设二进制浮点数的阶码为 3 位，尾数是 7 位。用模 2 补码写出它们所能表示的最大 正数、最小正数、最大负数和最小负数，并将它们转换成十进制数。 解： 补码 真值 最大正数: 011；0.111111, 23（1-2-6） 最小正数: 101；0.000001, 232-6 最大负数: 101；1.111111, -232-6 最小负数: 011；1.000000, -23（1-2-6）2.14 将下列十进制数表示成浮点规格化数，阶码 4 位，尾数 10 位，各含 1 位符号，阶码 和尾数均用补码表示。 （1）57/128 （2) 69/128 解：（1

35、）57/128=(0.0111001)2，记 x=0.0111001，则x原=x反=x补=0.0111001， 规格化：x补=0.111001*2-1 阶码的原码为： 1001，因此补码为： 1111 尾数为：0111001000 表示成浮点规格化数：1111 0111001000 （2）-69/128=(-0.1000101)2，记 x=-0.1000101，则x原=1.1000101，x反=1.0111010，x补=1.0111011， 无需规格化，阶码为 0000，尾数为 1011101100 表示成浮点规格化数：0000 10111011002.15 设有效信息为 01011011，分

36、别写出奇校验码和偶校验码。如果接收方收到的有效信 息为 01011010，说明如何发现错误。 解：奇偶校验位分别为：0 和 1， 奇校验码：010110110 0 偶校验码：010110111 1 如果采用奇校验，则发送方发出的奇校验码 x=010110110 0（前 8 位是有效信息位，最后一 位是校验位） ， 如果接收方收到的 x=010110100 0 (只有 1 位出错，最后一个 0 是校验位), 接收方按奇校验方式根据 01011010 计算得到的验位 C1 ，与从信息中读到得校验码的 取值不同，表明传送的信息发生了错误。 如果采用偶校验，利用相似的方法可以发现错误。2.16 由 6

37、 个字符的 7 位 ASCII 编码排列，再加上水平和垂直偶校验位构成如表 2.23 的 行列结构（最后一列为水平奇偶校验位，最后一行为垂直奇偶校验位） 表 2.23 ASCII 码交叉校验字符7 位 ASCII 码HP30X1X200110Y1100100X31+X41010110Y201X5X61111D100X710X80=0X9111X1011VP00111X111X12则 X1 X2 X3 X4 处的比特分别为 _1110_； X5 X6 X7 X8 处的比特分别为 _1000_； X9 X10 X11 X12 处的比特分别为 _1011_； Y1 和 Y2 处的字符分别为 _I_

38、和 _7_。 解答思路：利用交叉奇/偶校验原理来确定各个 X 值，再查询 ASCII 码表获知 Y1 和 Y2是 什么字符。2.17 设 8 位有效信息为 01101ll0，试写出它的海明校验码。给出过程，说明分组检测方 式，并给出指误字及其逻辑表达式。如果接收方收到的有效信息变成 01101111，说明如何 定位错误并纠正错误。 解：被检验位有 8 位，设检验位有 r 位 因为：8+rBAC，画出串行链式排 队电路。 解：解：图 8.10 串行链接方式示意图8.6 有 4 个设备 A、B、C、D 的响应优先权为 ABCD，试画出独立请求方式的排队电 路。 解：解：总线 控制器 数据线，地址线

39、，控制线 A B D BGD BRD BGB BRB BGA BRA C BGC BRC 其中优先权的设定可通过编程进行修改。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

40、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） 解解: 用 4 个字的数据块传输 256 个数据，需要传送 64 次数据，根据题目假设条件，传输 256 个数据需要的总时间为： t= 200ns + 20ns * (64-1) = 1460ns 3*64*T+200ns*64， 则传输的带宽为：256*4B/1460ns = 701MB/s 总线事务次数为：64*（1+2）=192 次。 用 16 个字的数据块传输 256 个数据：t=3*16

41、*T+200ns*16+48*20ns 传输带宽为：256*4B/（3*16*T+200ns*16+48*20ns）=233MB/s 总线事务次数为：16*（1+8）=144 次。BGBRBS地址线、数据线、控制线D总线控制器BCA第第九九章章 输输入入输输出出系系统统 习习 题题 九九9.1 解释下列名词 接口 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 程序中断 I/O 程序查询 I/O DMA 周期挪用 通道 选择型通道 通道指令 输入设备 输出设备 显示分辨率 点距 行反转扫描法 解：(1)接口：接口是两个不同部件或系统之间的连接部分，可以是两个硬设

42、备(可以都是 计算机，也可以都是外部设备)之间的连接，也可以是软件系统中两个独立程序块之间的连 接。 (2)中断：计算机系统运行时，若系统外部、内部或现行程序本身出现某种非预期的事件， CPU 将暂时停下现行程序，转向为该事件服务，待事件处理完毕，再恢复执行原来被终止 的程序，这个过程称为中断。 (3) 中断处理优先级:处理优先级是指 CPU 实际完成中断处理程序的先后次序。对单级中断 而言,先被 CPU 响应的中断服务程序先完成；对多重中断而言，先被 CPU 响应的中断不一定 先完成，这与中断屏蔽密切相关。 (4) 中断屏蔽: 为了便于利用程序控制中断处理的先后顺序，可通过程序有选择地封锁部

43、 分中断源发出的中断请求，而允许其余部分中断仍得到响应，这种方式称为中断屏蔽。 (5) 多重中断: 若在中断服务程序执行过程中，如果允许 CPU 响应其它中断请求，则这种 中断称为多重中断，也称中断嵌套。 (6) 中断向量: 通常将中断服务程序的入口地址和程序状态字(有的机器不包含此项)称为 中断向量。 (7) 中断响应优先级: 响应优先级是指 CPU 对各设备中断请求进行响应的先后次序，它根 据中断事件的重要性和迫切性而定。当几个设备同时有中断请求时，优先级高的先响应， 优先级低的后响应。 (8) 中断隐指令: CPU 响应中断之后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。这些操作 是由硬件直接

44、实现的，把它称为中断隐指令。中断隐指令并不是指令系统中的一条真正的 指令，它没有操作码，所以中断隐指令是一种不允许、也不可能为用户使用的特殊指令。 (9) 程序中断 I/O: 当主机启动外设后，无需等待查询，而是继续执行原来的程序，外设 在做好输入输出准备时，向主机发出中断请求，主机接到请求后就暂时中止原来执行的程 序，转去执行中断服务程序对外部请求进行处理，在中断处理完毕后返回原来的程序继续 执行。 (10)程序查询 I/O: 程序查询方式是一种程序直接控制方式,这是主机与外设间进行信息交 换的最简单的方式,输入和输出完全是通过 CPU 执行程序来完成的。一旦某一外设被选中并 启动后，主机将

45、查询这个外设的某些状态位，看其是否准备就绪？若外设未准备就绪，主 机将再次查询；若外设已准备就绪，则执行一次 I/O 操作。 (11)DMA: 直接存储器存取控制方式 DMA 方式下外设与主存之间传送数据时，CPU 仍可执行 主程序. (12)周期挪用:周期挪用是指利用 CPU 不访问存储器的那些周期来实现 DMA 操作，此时 DMAC 可以使用总线而不用通知 CPU 也不会妨碍 CPU 的工作。 (13)通道: 通道方式是 DMA 方式的发展，在通道方式下，数据的传送方向、存取数据的内 存起始地址及传送的数据块长度等都由独立于 CPU 的通道来进行控制，因此，通道方式可 进一步减少 CPU

46、的干预。 (14)选择型通道: 对于这种高速传输，通道难以同时对多个这样的设备进行操作，只能一 次对一个设备进行操作,这种通道称为选择通道。(15)通道指令: 通道程序是由一系列通道指令组成的，通道指令一般包含被交换数据在内 存中应占据的位置、传送方向、数据块长度及被控制的 I/O 设备的地址信息、特征信息 （例如是磁带设备还是磁盘设备）等. (16)输入设备:向计算机输入数据和信息的设备. (17)输出设备:是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。 (18)显示分辨率:显示分辨率是显示器在显示图像时的分辨率，分辨率是用点来衡量的，显 示器上这个“点”就是指像素(pixel)。 (19)点

47、距: 点距指屏幕上相邻两个同色像素单元之间的距离，即两个红色（或绿、蓝）像 素单元之间的距离。 (20)行反转扫描法: 先对所有行线送“1“，所有列线送“0” ，读键盘行扫描值；然后反过先 对所有行线送“0“，然后对所有列线送“1” ，并读键盘列扫描值。 9.2 简要回答下列问题 1)什么是接口?它有哪些功能? 2)主机与外部设备之间如何连接? 3)主机与外部设备信息交换的控制方式有哪些?各有什么特点? 4)什么是程序程序查询 I/O 方式,简要说明其工作原理. 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

48、断? 8)CPU 响应中断的条件有哪些? 9)什么是中断向量,简要分析中断向量方式下形成中断向量的基本方法. 10)为什么采用 DMA 方式能提高成组数据传送的速度? 11)什么是中断优先级?它具有哪两层含义?划分优先等级的原则是什么? 12)计算机中断系统中使用屏蔽技术有什么好处? 13)计算机中断响应后，如何调出中断服务程序? 14)DMA 方式传送数据前，主机应向 DMA 接口输送哪些参数? 15)比较中断 I/O 和 DMA 的一统点。 16)比较 DMA 与通道的异同点。 17)中断系统中设计中断允许和中断屏蔽的作用分别是什么?两者是否可以合二为一? 解：(1)接口是两个不同部件或系统之间的连接部分，可以是两个硬设备(可以都是计算机， 也可以都是外部设备)