计算机组成原理

5-18,答：根据CPU 的地址线、数据线，可确定整个主存空间为６４K × ８ 。系统程序区由ROM 芯片组成；用户程序区和系统程序工作区均由RAM 芯片组成。共需：８K × ８ 的ROM 芯片１ 片，８K × ８ 的SRAM 芯片３ 片，２K × ８ 的SRAM 芯片１ 片。主存地址分配如图５-２３ 所示，主存的连接框图如图５-２４ 所示。

5-20答：存储器逻辑图如图５-２６ 所示，为简单起见，在图中没有考虑行选信号和列选信 号，行选信号和列选信号的逻辑式可参考下题。

在６４KB 空间的最后１KB 为I／O 空间，在此区间CS无效，不访问主存。 5-23答：什么是高速缓冲存储器？ 它与主存是什么关系？ 其基本工作过程如何？

解：高速缓冲存储器位于主存和CPU 之间，用来存放当前正在执行的程序段和数据中的活跃部分，使CPU 的访存操作大多数针对Cache 进行，从而使程序的执行速度大大提高。高速缓冲存储器的存取速度接近于CPU 的速度，但是容量较小，它保存

的信息只是主存中最急需处理的若干块的副本。当CPU 发出读请求时，如果Cache 命中，就直接对Cache 进行读操作，与主存无关；如果Cache 不命中，则仍需访问主存，并把该块信息一次从主存调入Cache 内。若此时Cache 已满，则须根据某种替换算法，用这个块替换掉Cache 中原来的某块信息。

5-26答：什么叫虚拟存储器？ 采用虚拟存储技术能解决什么问题？

解：虚拟存储器由主存储器和联机工作的辅助存储器（通常为磁盘存储器）共同组成，这两个存储器在硬件和系统软件的共同管理下工作，对于应用程序员，可以把它们看作是一个单一的存储器。

采用虚拟存储技术可以解决主存容量不足的问题。虚拟存储器将主存和辅存的地址空间统一编址，形成一个庞大的存储空间。在这个大空间里，用户可以自由编程，完全不必考虑程序在主存是否装得下以及这些程序将来在主存中的实际存放位置。 第6章

6-1答：控制器的控制方式可以分为３ 种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。

同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。

6-3答：３ ．控制器有哪些基本功能？ 它可分为哪几类？ 分类的依据是什么？

解：控制器的基本功能有：

（１） 从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。

（２） 对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。

（３） 指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３ 类，分类的依据在于控制器的核心——— 微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。 6-9答:指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？

解：指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方法为：

（１） 取指令或数据时所处的机器周期不同：取指周期取出的是指令；分析取数或执行周期取出的是数据。 （２） 取指令或数据时地址的来源不同：指令地址来源于程序计数器；数据地址来源于地址形成部件。 6-15答：什么是微命令和微操作？ 什么是微指令？ 微程序和机器指令有何关系？ 微程序和程序之间有何关系？

解：微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。微操作是指计算机中最基本的、不可再分解的操作。微命令和微操作是一一对应的，微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。微令是若干个微命令的集合。微程序是机器指令的实时解释器，每一条机器指令都对应一个微程序。微程序和程序是两个不同的概念。微程序是由微指令组成的，用于描述机器指令，实际上是机器指令的实时解释器，微程序是由计算机的设计者事先编制好并存放在控制存储器中的，一般不提供给用户；程序是由机器指令组成的，由程序员事先编制好并存放在主存储器中。

6-16答：．什么是垂直型微指令？ 什么是水平型微指令？ 它们各有什么特点？ 又有什么区别？

解：垂直型微指令是指一次只能执行一个微命令的微指令；水平型微指令是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令。垂直型微指令的并行操作能力差，一般只能实现一个微操作，控制１ ～ ２ 个信息传送通路，效率低，执行一条机器指令所需的微指令数目多，执行时间长；但是微指令与机器指令很相似，所以容易掌握和利用，编程比较简单，不必过多地了解数据通路的细节，且微指令字较短。水平型微指令的并行操作能力强，效率高，灵活性强，执行一条机器指令所需微指令的数目少，执行时间短；但微指令字较长，增加了控存的横向容量，同时微指令和机器指令的差别很大，设计者只有熟悉了数据通路，才有可能编制出理想的微程序，一般用户不易掌握。

6-20答：解：因为微指令的操作控制字段只有８ 位，所以不能采用直接控制法。又因为微指令中有多个微命令是兼容性的微命令，如微指令I１ 中的微命令a ～ e ，故也不能采用最短编码法。最终选用字段编码法和直接控制法相结合的方法。将互斥的微命令安排在同一段内，兼容的微命令安排在不同的段内。b 、i 、j 这３ 个微命令是互斥的微命令，把它们安排在一个段内，e 、f 、h 这３ 个微命令也是互斥的，把它们也安排在另一个段内。此微指令的操作控制字段格式如图６-３１ 所示。 其中：字段１ 的译码器输出对应的微命令为 ００ 无

０１ b １０ i １１ j

字段２ 的译码器输出对应的微命令为 ００ 无 ０１ e １０ f １１ h

将全部８ 条微指令代码化可以得到 I１ ： １１１００１０１ I２ ： １０１１００１０ I３ ： ０００００１１１ I４ ： ０１００００００ I５ ： ０１０１１００１ I６ ： １０００１１１１ I７ ： ０１１０００１１ I８ ： １００００１１１

8-1答：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。

9-1答：什么是计算机的输入输出系统？ 输入输出设备有哪些编址方式？ 有什么特点？

解：计算机的输入输出系统包括输入输出接口和输入输出信息传送控制方式等，它们是整个计算机系统中最具有多样性和复杂性的部分。输入输出设备有两种编址方式：I／O 映射方式（独立编址）和存储器映射方式（统一编址） ，独立编址的优点是I／O 指令和访存指令容易区分，外设地址线少，译码简单，主存空间不会减少，缺点是控制线增加了I／O 读和I／O 写信号；统一编址的优点是总线结构简单，全部访存类指令都可用于控制外设，可直接对外设寄存器进行各种运算，占用主存一部分地址，缩小了可用的主存空间。

9-2答：什么是I／O 接口？ I／O 接口有哪些特点和功能？ 接口有哪些类型？

解：I／O 接口是主机和外设之间的交接界面，通过接口可以实现主机和外设之间的信息交换。接口的基本功能有：实现主机和外设的通信联络控制；进行地址译码和设备选择；实现数据缓冲；完成数据格式的变换；传递控制命令和状态信息。接口按数据传送方式分类，有串行接口和并行接口；按控制方式分类，有程序查询接口、程序中断接口、DMA接口；按灵活性分类，有可编程接口和不可编程接口；按通用性分类，有通用接口和专用接口；按I／O 信号分类，有数字接口和模拟接口；按应用分类，有运行辅助接口、用户交互接口、传感接口、控制接口。

程序查询方式、程序中断方式、DMA 方式各自适用什么范围？ 下面这些结论正确吗？ 为什么？

（１） 程序中断方式能提高CPU 利用率，所以在设置了中断方式后就没有再应用程序查询方式的必要了。

（２） DMA 方式能处理高速外部设备与主存间的数据传送，高速工作性能往往能覆盖低速工作要求，所以DMA 方式可以完全取

代程序中断方式。

解：程序查询方式、程序中断方式、DMA 方式各自适用的范围见前述。

（１）不正确。程序查询方式接口简单，可用于外设与主机速度相差不大，且外设数量很少的情况。 （２不正确。DMA 方式用于高速外部设备与主存间的数据传送，但DMA 结束时仍需程序中断方式做后处理。

9-18答：现有A 、B 、C 、D 共４ 个中断源，其优先级由高向低按A 、B 、C 、D 顺序排列。若中断服务程序的执行时间为２０μs ，请根据图８-１６ 所示时间轴给出的中断源请求中断的时刻，画出CPU 执行程序的轨迹。

解：CPU 执行程序的轨迹如图８-１７ 所示。

9-19答：解：（１） 各级中断服务程序中的各中断屏蔽码设置如表８-３ 所示

（１）

５ 级中断同时发出中断请求，各级中断处理过程示意如图８-１８ 所示。