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1、,小结,计算机系统概述,1.1 计算工具及其进步 1.2 0、1编码 1.3 电子数字计算机工作原理 1.4 现代计算机系统结构与发展,END,课外作业,P50:1.3 1.4(5)1.5 EFH 1.7(写过程)1.10 1.11 1.14P51:1.18(1)1.20(4),1.2 把114、0.6875这两个十进制数转换为7位字长的二进制数 解：114D=1110010B(除2取余)0.6875=0.1011000B(乘2取整),习题讲解,1.3 用二进制表示一个4位十进制整数最少需多少位（不考虑符号位）？解：设需要n位二进制，则因此至少需要14位,1.4（5）7.752.4解：7.75
2、D2.4D=111.11B10.011B=10010.01101B=18.406D其他正确结果：7.75D2.4D=111.11B10.01B=10001.0111B7.75D2.4D=111.11B10.01101B=10010.1010011B,1.4（4）49.552.75解：49.5D52.75D=110001.1B110100.11B=2611.125D1.5 EFH=?DEFH=14161+15160=224+15=239说明：H标识16进制数的后缀(EF)16,1.7 已知：X补=11101011,Y补=01001010,则X-Y补=A 解：-Y补=10110110(符号位取反，
3、各位数值位按位取反，末位加1)则X-Y补=X补+-Y补=11101011+10110110(符号位有进位不一定为溢出),判别溢出的方法之一：使用双符号位相加，若两符号位相同，则不溢出，否则溢出。如：111101011+110110110=1110100001不溢出，结果为10100001,X补=11101011,Y补=01001010,则X-Y补=A其他方法：x原=10010101Y原=01001010下一步怎么做？,(1)10010101-01001010=01001011(2)10010101+11001010=101011111;,X的真值：-0010101Y的真值：+1001010X-
4、Y=-0010101-1001010=-1011111(真值)补码：1 0100001,1.10 把下列各数译成8位的二进制数补码：解：真值 补码+1900010011-1911101101+7501001011-5611001000+3700100101-4811010000,真值 补码+100000001-111111111+200000010-211111110+400000100-411111100+8 00001000-8 11111000,1.14 将十进制数15/2及-0.3125表示成二进制浮点规格化数（阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数4位）解：（1）15/2=111.1B,
5、表示成规格化数，若阶码与尾数均用原码表示，则它可表示为0.11112011;在机器中可写为01101111（2）-0.3125=-0.0101B，可表示为1.1012101；在机器中可写为10111010,1.18 画出函数的真值表：,1.20 利用基本性质证明下列等式：法1：左右两边式子与ABC法2：,证明：,得证。,证明：,得证。,证明：,其他方法：摩根律,1.22 若计算机准备传送的有效信息为，生成多项式为CRC-12,请为其写出CRC码。解：，设校验码为K位，则K=12，信息位的多项式X做模2除得余数为则CRC码为,1.23 按照诺伊曼原理，现代计算机应具备哪些功能？答：按照Neuma
6、nn提出原理，计算机必须具有如下功能：（1）输入输出功能。计算机必须有能力把原始数据和解题步骤接收下来（输入），把计算结果和计算过程中出现的情况告诉（输出）给使用者。,（2）记忆功能。计算机应能够“记住”原始数据和解题步骤以及解题过程中的一些中间结果。（3）计算功能。计算机应能进行一些最基本的运算，组成人们所需要的一切计算。,（4）判断功能。计算机在进行一步操作后，应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案。（5）自我控制能力。计算机应能保证程序执行的正确性和各部件之间的协调性。,存储系统,2.1 主存储器 2.2 辅助存储器 2.3 存储体系,第2章,计算机以运算器为中心以存储器为中心(
7、目前),END,课外作业,P89P91:2.3 2.5 2.8(写思路、画图)2.14 2.17 2.20(2)P91:2.25 P92:2.34,2.3 ROM与RAM两者的差别是什么？答：(1)RAM是随机存取存储器;ROM是只读存储器；(2)RAM是易失性的，一旦掉电，则所有信息全部丢失；ROM是非易失性的，其信息可以长期保存，常用于存放一些固定用的数据和程序，如计算机的自检程序、BIOS、游戏卡中的游戏，等等。,习题讲解,2.5 术语：存储元、存储单元、存储体、存储单元地址，有何联系和区别？答：存储元：存储一位二进制信息的基本单元 电路；存储单元：由若干存储元组成，用来存放多位二进制信
8、息，具有独立地址，可以独立访问；存储体：是存储单元的集合，它由许多存储单元组成，用来存储大量的数据和程序。,存储单元地址：现代计算机存储器的访问还是基于地址的，为此要为每个存储单元设置一个线性地址，信息按地址存入或取出。计算机在存取数据时，以存储单元为单位进行存取。机器的所有存储单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。同一单元的存储元必须并行工作，同时读出、写入。由许多存储单元构成了一台机器的存储体。由于每个存储单元在存储体中的地位平等，为区别不同单元，为每个存储单元赋予地址，都有一条唯一的地址线与存储单元地址编码对应。,2.8 设计一个用64K*1位的芯片构成256K*16位的存储器，画
9、出组织结构图。（1）要用64K*1的芯片构造256K*16位的存储器，需要字/位同时扩展，共需芯片64片（2）先进行位扩展，每16个芯片为一组（共4组），扩展成一个64K*16位的存储体：片选端CS、读写信号并接；CPU的16根地址线并连到各芯片的16根地址线（64K=216）上；CPU数据线的每1根与一个片中的数据线相连。,地址线的并连可画得更清楚些,如图：,（3）对4组芯片进行字扩展。每组芯片看成1个64K*16位的存储体，地址线有16根；而主存容量为256KB=218B，即共需地址线18根。所以用2根地址线来选存储体：A0A15为体内地址，各体地址线并接；地址高位A16和A17接片选译码
10、器的输入，译码器的4个输出分别接各存储体的CS端，用以选择4个存储体中的1个；数据线并接；读写信号线并接。（4）具体实现：,2.14 某存储器容量为4KB，其中，ROM 2KB，选用EPROM 2Kx 8/片、RAM 2KB,选用芯片RAM 1K8/片、地址线A15A0。写出全部片选信号的逻辑式。解：(1)确定芯片：根据要求ROM的容量为2KB，故只需1 片EPROM；而RAM的容量为2KB，故需RAM芯片2 片。（2）片内地址：对于ROM片内地址为11位，用了地址线的A10A0。这11根地址线；RAM片内地址为10位，用了地址线的A9A0。,（3）选片：主存中有3 片芯片，至少需要2 位地址
11、信号加以区别，按其总容量需要12根地址线，可以考虑用1根地址线A11作为区别EPROM和RAM的片选信号，对于2 片RAM芯片可利用A10来区别其片选信号。由此.可得到如下的逻辑式：EPROM：RAM：,2.17,1,0,0,1,1,1,0,改进不归零制（NRZI）,记录“1”时改变方向,记录“0 时不改变方向,1,1,0,0,1,1,1,0,改进调频制(MFM),“1”在位周期中间改 变方向,“1”是“0”频率的2倍,!注意:MFM是FM的改进,只有在记录连续两个或以上0时电流方向才翻转一次,用于双密度磁盘.,1,2.20 解：（1）磁盘容量412288B/道275道13516800B（2）
12、传输率3000转/60s12288B614400B/s（3）平均等待时间1/（2转速）1（23000/60）0.01s10ms,2.25 存储系统的层次结构可以解决什么问题？实现存储器层次结构的先决条件是什么？用什么度量？答：存储器层次结构可以提高计算机存储系统的性能价格比，即在速度方面接近最高级的存储器，在容量和价格方面接近最低级的存储器。实现存储器层次结构的先决条件是程序局部性，即存储器访问的局部性是实现存储器层次结构的基础。其度量方法主要是存储系统的命中率，由高级存储器向低级存储器访问数据时，能够得到数据的概率。,2.34 cache与虚拟存储器在原理和功能方面有何不同和相似之处？答：c
13、ache与虚拟存储器在原理和功能方面存在相似之处，但有重要差别。相同之处：都利用了程序局部性原理，把程序划分成为许多信息块，运行时能自动地把信息块从慢速存储器向快速存储器调度，信息块的调度采用一定的替换策略以提高继续运行时的命中率。它们采用的地址变换、地址映像方式和替换算法是相同的。,不同之处：cache用于弥补主存与CPU之间的速度差异，而虚拟存储器则用来弥补主存容量的不足；cache每次传送的信息块是定长的，且只有几十字节。虚拟存储器的信息块可以是定长的页，也可以是不定长的段，长度也比较大。CPU可直接访问cache，但不能直接访问辅存。cache与主存信息交换的过程全部由硬件实现，主存与
14、辅存的信息交换则通过辅助软件与存储管理软件来完成。,补充题1 设某虚存有如下快表放在相联存储器中，其容量为8个存储单元。问：按如下三个虚拟地址访问主存，主存的实际地址码各是多少？（设地址均为16进制）页号 页内地址1 15 03242 7 01283 48 0516,答：（1）80000H+0324H=80324H（2）96000H+0128H=96128H（3）去主存查找，有可能需重新分配。,补充题2 设某计算机的cache采用4路组相联映像，已知cache容量为16KB，主存容量为2MB，每个字块有8个字，每个字有32位。请回答：主存地址多少位（按字节编址），各字段如何划分（各需多少位）？
15、分析：2M=221，每块32*8/8=32B4路：每组4块。组号：16K/32/4=2721-7-5=9(9=7+2),答：主存地址21位,字段划分：,或：,输入/输出及其控制,3.1 外部设备 3.2 输入/输出中的数据传送控制 3.3 接口 3.4 I/O设备管理,第3章,3.14 一次程序中断大致可分为哪些过程？答：（1）中断申请，由中断源发出中断请求；（2）排队判优，若在某一时刻有多个中断源申请中断，需要通过判优部件选择一个中断源响应；（3）中断响应，在允许中断的情况下，CPU执行完一条指令后，开始响应中断；,习题讲解,（4）中断处理，CPU先关中断，然后保存当前程序的断点和现场，转入
16、相应的中断服务程序，开中断，执行中断服务程序，执行完毕，先关中断，然后恢复现场和断点，开中断，返回原程序执行,3.24 DMA方式与通道方式有何异同？答：相同点：把外设与主机交换数据过程控制权从CPU接管，使外设能与主机并行工作。不同点：（1）工作原理：DMA完全采用硬件控制数据交换的过程，速度较快；通道则采用软硬件结合的方法，通过执行一道通道命令字，即通道程序，来完成数据交换。,（2）功能：通道是在DMA的基础上发展而来的。因此，通道功能要比DMA功能更强。在DMA中，CPU必须进行设备的选择、切换、启动、终止，并进行数据校验，CPU在输入输出过程中的开销较大；通道则代替CPU管理控制外设，
17、CPU仅仅通过I/O指令启动通道，通道本身进行各外设的初始化工作。,（3）所控制的外设类型：DMA只能控制速度较快、类型单一的外设，一台外设有一个DMA控制器，若一个DMA控制器连接多台同类外设，则它们只能串行工作；而一个通道可以连接不同类型外设，使得多外设均可在通道控制下同时工作。,3.25 中断控制方式下的中断与DMA的中断有何异同？答：DMA方式中的中断请求不是为了传送信息（信息是通过主存和I/O间的直接数据通路传送的），只是为了报告CPU一组数据传送结束，有待CPU做一些后处理工作，如测试传送过程中是否出错，决定是否继续使用DMA方式传送等。,而（当用于数据传送控制时）程序中断方式的中
18、断请求是为了传送数据，I/O和主机交换信息完全靠CPU响应中断后，转至中断服务程序完成的。,（1）对DMA请求，CPU在一个机器周期结束时就可响应。对于程序中断，则CPU必须执行完一条指令后方可响应。（2）DMA的控制只在外设和内存之间进行，不会破坏CPU的现场。在响应DMA请求时，不需保护现场，因此可快速响应。,另：中断控制方式下的中断与DMA请求有何异同,3.26 试述接口的功能及其组成。答：简单的说，接口的基本功能是在系统总线和外设之间传输信号，提供缓冲功能，以满足接口两边的时序要求。由于外设的多样性和复杂性，对不同的外设接口功能不尽相同。但一般来讲，接口应具备如下的基本功能：,（1）寻
19、址功能。接口要能识别CPU的访问信号，并识别要求的操作。（2）输入输出功能。接口能按照CPU要求的读写信号从总线上接收CPU送来的数据和控制信息，或把数据和状态信息送到总线上。（3）数据缓冲功能。CPU与外设的速度往往不相匹配，为消除速度差异，接口必须提供数据缓冲功能。,（4）数据转换功能。不同外设信息格式不同，与主机格式也不同，接口应提供计算机与外设的信息格式的转换，比如正负逻辑的转换、串并转换、数/模或模/数转换等。（5）其他。如检错纠错功能、中断功能、时序控制功能等。,为实现上述接口的功能，接口至少应有一组缓冲器和一个具有锁存能力的锁存器。主机访问接口主要是对接口的端口（各种寄存器）进行
20、访问。因此，在接口中还必须有对端口的选择机构和读写控制机构，如地址译码线路、读写控制线路和中断控制线路。除此之外，还需要有设备状态寄存器、定时信号线路等。,3.27 I/O接口有哪两种寻址方式？各有何优缺点？答：I/O接口有端口地址与主存统一编址方式和端口地址单独编址方式。统一编址方式是指把I/O端口当做存储器的单元进行分配地址。这种方式CPU不需设置专门的I/O指令，用统一的访问存储器的指令可访问I/O端口。优点是不需要专门的输入输出指令，,并使CPU访问I/O的操作更灵活、更方便。此外还可使端口有较大的编址空间。该方式的缺点是端口占用了存储器地址，使内存容量变小。再者，利用存储器编址的I/
21、O设备进行数据输入输出操作执行速度较慢。,单独编址方式是指I/O端口地址与存储器地址无关，是单独编址，CPU需要设置专门的输入输出指令访问端口。其主要优点是输入输出指令与存储器指令有明显区别，程序编制清晰、利于理解。缺点是输入输出指令少，一般只能对端口进行传送操作，尤其需要CPU提供存储器读写、I/O设备读写两组控制信号，增加了控制的复杂性。,总线系统,4.1 总线工作原理4.2 几种系统总线标准4.3 几种设备总线标准,第4章,4.1 解：选C。此题中B、D 答案很明显是错误的。在A 和C中看起来两个答案都正确，但实际上A 中的同步信号不需要应答信号的主要原因是由于在通信中采用了同一公共时钟，因此，归根到底是C使同步通信有较高的数据传输率。,习题讲解,4.3 解选D。在计算机中，只有主存和1/O设备接口的各端口需要专门的地址供CPU识别，因此地址总线就是用来指定内存单元或1/O设备接口中的端口地址。,4.5 解：在三种集中式总线控制中，C（独立请求）方式响应时间最快。每个共享总线的部件均有一对总线请求线和总线应答线，各主设备之间并行工作，仲裁时间较短。A（链式查询）方式对电路的故障最敏感。链式结构决定了如果有一个主设备发生故障，就会影响到其后的其他主设备的总线请求。,
