• 计算机组成原理期末背作业


    3.4为什么要设置总线判优控制?常见的集中式总线控制有几种,各有何特点特点,哪种方式相应时间最快,哪种方式对电路故障最敏感?

    当多个主设备需要使用总线时,要通过总线判优控制确定哪个主设备能使用总线。
    总线控制有:链式查询,计时器定时查询,独立请求方式。

    链式查询连线简单,易扩展,对电路故障最敏感;
    计时器定时查询设置较灵活,对电路故障不敏感;
    独立请求方式布线复杂,硬件器件用量大,成本较高;

    3.6试比较同步通信和异步通信

    同步通信:
    1由统一时钟控制的通信;
    2控制方式简单,灵活性差;
    3当系统中各部件工作速度差异较大时,总线工作效率明显降低,适用于速度差异不大的场合。

    异步通信:
    1不由统一时钟控制的通信;
    2控制方式较同步通信复杂,灵活性高;
    3当系统中各部件工作速度差异较大时,有利于提升总线工作效率

    3.8为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点?

    既可以由统一的时钟控制,又允许传输速度不一致

    3.9分离式通信有何特点?主要用于什么系统?

    1各模块预占用总线使用权都必须申请
    2在得到总线使用权后,主模块在限定的时间内向对方传输信息,采用同步方式传输,不再等待对方的回答信号。
    3各模块准备数据的过程中都不占用总线,使总线可接受其他模块的请求。
    主要用于大型计算机系统

    4.3存储器的层次结构主要体现在哪些地方?为什么要分这些层次,计算机如何管理这些层次?

    1、主要体现在缓存——主存和主存——辅存这两个存储层次上。

    2、分层原因:
    a、缓存——主存这一层次主要解决cpu与主存速度不匹配的问题;
    b、主存——辅存主要解决存储容量的问题;
    c、从cpu的角度来看,分层解决了速度、容量、成本之间的矛盾。

    3、管理方式:由硬件和操作系统共同管理。

    4.5说明存取周期和存储时间的区别

    存取时间是指启动一次存储器操作(W/R)到搞成该操作所需的全部时间。
    存取周期是指存储器进行两次独立存储器操作所需的最小时间间隔。
    通常存取周期大于存取时间。

    4.9什么叫刷新?为什么要刷新?说明刷新有几种方法?

    刷新:先将原信息读出,再由刷新放大器形成原信息并重新写入的再生过程。

    原因:由于存储单元被访问是随机的,有可能某些存储单元长期得不到访问,不进行存储器操作,其存储单元内的原信息将慢慢消失。
    为此,必须在刷新周期内,用专用的刷新电路来完成对基本单元电路的逐行刷新,以保证动态RAM的信息不丢失。

    有集中刷新、分散刷新、异步刷新
    集中刷新:在一个规定的刷新周期内,对全部存储单元集中一段时间逐行刷新,此时停止读写操作;
    分散刷新:对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成;
    异步刷新:是集中刷新和分散刷新的结合,既可以缩短“死时间”,又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点。

    4.33简要说明提高访存速度可采取的措施

    1采用高速器件。即采用存储周期短的芯片,可提高访存速度。

    2采用Cache。CPU最近要使用的信息先调入Cache,而Cache的速度比主存快得多,这样CPU每次只需从Cache中读写信息,从而缩短访存时间,提高访存速度。

    3调整主存结构。如采用单体多字或采用多体结构存储器。

    5.3、IO设备与主机交换信息时,共有几种查询方式?简述它们的特点?

    总共5种:
    程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、IO通道方式、IO处理机方式。

    1、程序查询方式:是由CPU通过程序不断查询IO设备是否是否做好准备,从而控制IO设备与主机交换信息。这种方式使CPU和IO设备处于串行工作的状态,cpu工作效率不高。

    2、中断查询方式:启动不查询,当IO设备准备就绪后向CPU发出中断请求,才予以响应,与串行工作相比的程序查询方式相比,CPU的资源得到了充分的利用,CPU工作效率大大提高。

    3、DMA方式:IO设备能直接与主存交换信息而不占用cpu,在DMA窃取存取周期时,cpu尚能进行内部操作,与其他两种方式相比,进一步提升了CPU工作效率。

    5.10、什么是IO接口,它与端口有何区别?为什么要设置IO接口?IO接口如何分类?

    端口是指接口电路中的一些寄存器,若干个端口加上控制逻辑后才能组成接口。

    IO接口通常是指主机与IO设备间设置的一个硬件电路及相应的软件控制。

    原因:每一台IO设备都是通过IO接口挂到系统总线上的,并且具有:选址
    传送命令、传送数据、反映IO设备工作情况的功能。

    1、按数据传输方式,可分为串行和并行;
    2、按功能选择的的灵活性,可分为可编程和不可编程;
    3、按照通用性,可分为通用和专用接口;
    4、按照数据传送的控制方式,可分为程序型和DMA接口。

    5.11、简述IO接口的功能和基本组成

    功能:选址、传送数据、传送命令、反映IO设备工作情况。

    组成:设备选择电路、设备状态标记触发器、命令寄存器、命令译码器、数据缓存寄存器

    5.35、试从5个方面比较程序中断查询和DMA方式的区别

    1、程序中断靠程序传送,DMA靠硬件传送;
    2、从CPU响应时间来看:程序中断是在一条指令执行结束时响应,DMA方式可以在指令周期内中任一存取周期结束时相应;
    3、程序中断方式具有处理异常的能力,DMA方式没有这种能力;
    4、程序中断方式需要中断现行程序,需要保护现场;DMA方式不会中断现行程序,故无需保护现场;
    5、DMA方式优先级更高。

    7.1、什么是机器指令?什么是指令系统?为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在密切关系?

    机器指令:cpu能直接识别并执行的指令,通常由操作码和地址码两部分组成。
    指令系统:计算机中所有能执行的指令集合,描述了计算机内的控制信息和“逻辑判断”的能力。
    指令系统是硬件和软件的接口部分,是所有机器指令的合集。

    7.21、比较RISC和CISC的异同之处

    1、RISC比CISC更能提高计算机的运算速度;
    2、RISC更便于设计,可降低成本,提高可靠性;
    3、RISC能有效支持高级语言程序;
    4、CISC指令系统比较丰富,有专用指令完成特定的功能,因此处理特殊任务时效率较高。

    8.1、cpu有哪些功能?画出其结构框图并简要说明每个部件的作用

    指令控制、数据控制、时间控制、数据加工、处理中断等功能。
    指令控制:控制程序的顺序执行。
    操作控制:产生完成每条指令所需要的命令
    时间控制:对各种操作加以时间上的控制
    数据加工:对数据进行算术运算和逻辑运算

    image

    指令控制、操作控制、时间控制由CU(控制单元)完成;算术运算和逻辑运算由ALU完成,中断由中断系统完成,寄存器存放当前的指令。

    8.3、画出指令周期的流程图,分别说明图中每个子周期的作用。

    image

    取址周期:完成取指令和分析指令操作;
    间址周期:去操作数有效地址
    执行周期:完成指令操作
    中断周期:响应中断时,由中断隐指令保护程序断点

    8.15、什么是中断?设计中断系统需考虑哪些主要问题?

    中断:在cpu执行的过程中,由于内部或外部的某个突发事件,使cpu暂停执行当前任务,转去执行引起暂停事件的程序,执行完毕后返回执行之前暂停的任务

    需考虑的问题:
    1、各中断源如何向cpu提出中断请求;
    2、当对个中断源同时提出中断请求时,中断系统如何确定优先响应哪个中断源的请求;
    3、CPU在什么条件、什么时候、以什么方式来响应中断;
    4、CPU响应中断后如何保护现场;
    5、CPU响应中断后,如何停止原程序的执行而转入中断服务程序的入口地址;
    6、中断处理结束后,CPU如何恢复现场,如何返回到原程序的间断处;
    7、在中断处理过程中又出现了新的中断请求,CPU该如何处理。

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