原理復(fù)習(xí)(1)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

中斷系統(tǒng)的任務(wù)（中斷應(yīng)解決的問(wèn)題）

1.接收并保存中斷請(qǐng)求（硬件完成）

2.進(jìn)行中斷判優(yōu)（軟、硬件均可）

3.實(shí)施中斷響應(yīng)（硬件完成）

4.實(shí)現(xiàn)中斷處理（軟件完成）

5.返回被暫停(中止)的程序（軟件完成：IRET）

中斷方式的輸入輸出

中斷系統(tǒng)1.識(shí)別中斷

處理器外部硬件非屏蔽中斷請(qǐng)求（固定）可屏蔽中斷請(qǐng)求（8259A管理）NMI引腳INTR引腳中斷系統(tǒng)定義的軟件中斷斷點(diǎn)中斷單步中斷除法錯(cuò)誤溢出中斷

中斷方式的輸入輸出系統(tǒng)對(duì)全部的中斷源有優(yōu)先級(jí)的排列順序，具體順序?yàn)椋簝?nèi)部中斷>NMI中斷>INTR中斷>單步中斷主存工作時(shí)間CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存DMA不工作CPU不執(zhí)行程序DMA工作DMA不工作方式1DMA控制并使用主存CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存方式2方式3DMA方式的輸入輸出CPU停止訪存透明DMA周期竊取需要大家記住的東西……1．簡(jiǎn)述控制器的組成。2.請(qǐng)寫(xiě)出I/O設(shè)備數(shù)據(jù)傳送的五種控制方式。

3．簡(jiǎn)述控制器的功能。4.簡(jiǎn)述加減運(yùn)算時(shí)判別溢出的幾種方法。

5．簡(jiǎn)述定點(diǎn)運(yùn)算器溢出判斷方法。6.為什么外部設(shè)備需要通過(guò)接口與CPU相連?接口的功能有哪些?7.一個(gè)較完善的指令系統(tǒng)應(yīng)包括哪幾類？8.調(diào)用子程序和從子程序返回,一般要完成哪些操作?9.簡(jiǎn)述基址尋址和變址尋址的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。10.解釋什么是中斷，及響應(yīng)中斷的條件有哪些。采用中斷技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？11.簡(jiǎn)述基址尋址、變址尋址及相對(duì)尋址的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。12.解釋中斷及子程序的不同之處。設(shè)備控制器(I/O接口)的基本功能是：(1)實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送控制。包括同步控制、設(shè)備選擇和中斷控制等。DMA設(shè)備還具有直接訪問(wèn)存儲(chǔ)器功能，并給出存儲(chǔ)器地址。(2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，以達(dá)到主機(jī)同外圍設(shè)備之間的速度匹配。在接口電路中，一般設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器。在傳送過(guò)程中，先將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖寄存器，然后再送到目的設(shè)備(輸出)或主機(jī)(輸入)。(3)接受主機(jī)的命令，提供設(shè)備接口的狀態(tài)，并按照主機(jī)的命令控制設(shè)備。

I/O接口的主要功能接收CPU送來(lái)的地址碼，進(jìn)行地址譯碼1.尋址選擇接口中的不同端口（寄存器）供CPU訪問(wèn)。2.緩存對(duì)主機(jī)與外設(shè)交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖和鎖存，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)的速度匹配。通過(guò)指令指定設(shè)備或端口的操作。4.控制：對(duì)外設(shè)或接口的就緒、忙等狀態(tài)信息實(shí)現(xiàn)保存、應(yīng)變和傳送。3.狀態(tài)提供信號(hào)格式轉(zhuǎn)換或電平轉(zhuǎn)換等支持。6.轉(zhuǎn)換：需要時(shí)可進(jìn)行中斷的功能。5.中斷：通常CPU不介入DMA傳輸過(guò)程，但為何DMA成批數(shù)據(jù)傳輸完，I/O設(shè)備卻向CPU提出中斷請(qǐng)求？

答：從CPU響應(yīng)DMA請(qǐng)求到DMA發(fā)出中斷請(qǐng)求期間，CPU和DMA控制器是并行工作的。CPU不直接參與數(shù)據(jù)的傳送，而數(shù)據(jù)傳送僅在DMA控制器的控制下進(jìn)行。DMA成批數(shù)據(jù)傳輸完，I/O設(shè)備就要向CPU提出中斷請(qǐng)求。簡(jiǎn)述控制器的組成,控制器的功能。

請(qǐng)寫(xiě)出I/O設(shè)備數(shù)據(jù)傳送的五種控制方式。什么是機(jī)器零、中斷隱指令、中斷向量？5.5指令的類型

一個(gè)指令系統(tǒng)常有幾十、幾百條指令（Intel8086具有133條指令），但按功能可以劃分為如下幾大類：包括：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、程序控制指令、輸入輸出指令、堆棧指令、字符串指令、特權(quán)指令等。1、數(shù)據(jù)傳送指令2、算術(shù)與邏輯運(yùn)算指令3、移位指令4、比較指令5、轉(zhuǎn)移指令6、調(diào)用指令和返回指令7、輸入、輸出指令8、堆棧及堆棧操作指令9、字符串處理指令10、其它特殊指令專用指令用來(lái)完成特殊的專門(mén)操作。如：暫停、等待、空操作、位操作、以及開(kāi)中斷、關(guān)中斷等等。特權(quán)指令分配和管理系統(tǒng)資源，防止非法用戶對(duì)系統(tǒng)資源及其他用戶程序的修改、打印以及刪除等。7.一個(gè)較完善的指令系統(tǒng)應(yīng)包括哪幾類？106.2控制器的組成

組成：一般由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令 譯碼器ID、控制邏輯電路和時(shí)鐘控制電路等組 成.一、控制器的組成控制器是指揮與控制整臺(tái)計(jì)算機(jī)各功能部件協(xié)同工作、自動(dòng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的部件。它把運(yùn)算器和存儲(chǔ)器以及I/O設(shè)備組成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)?？刂破鞯淖饔?是控制程序（即指令）的有序執(zhí)行?；竟δ埽喝≈噶?、分析解釋指令、執(zhí)行指令（包括 控制程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出、以及對(duì)異 常情況和殊請(qǐng)求的處理）11CPU

的功能和基本結(jié)構(gòu)中央處理器簡(jiǎn)稱CPU，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。主要功能：程序的執(zhí)行(指令控制)，數(shù)據(jù)處理，操作控制，時(shí)間控制，異常處理。組成：運(yùn)算器，控制器，寄存器，時(shí)鐘電路，(某些CPU中還包括一定容量的ROM、RAM存儲(chǔ)器等)。8.調(diào)用子程序和從子程序返回,一般要完成哪些操作?9.簡(jiǎn)述基址尋址和變址尋址的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。答：8.調(diào)用子程序時(shí),要將PC的內(nèi)容壓入堆棧,將子程序的首地址送入PC;從子程序返回時(shí),將堆棧的棧頂元素(保留的PC內(nèi)容)彈出送入PC.9.在一般多用戶分時(shí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中,基址尋址是為系統(tǒng)程序給用戶分配存儲(chǔ)器空間時(shí)用的,而變址尋址是用戶使用的,是對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)(如數(shù)組)讀寫(xiě)的技術(shù)支持,但基址尋址的使用需要有特權(quán).什么是中斷？采用中斷技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：當(dāng)某種事件發(fā)生時(shí)，為了對(duì)該事件進(jìn)行處理，CPU中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行此事件對(duì)應(yīng)的程序（稱作中斷處理程序或中斷服務(wù)程序），待中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，再返回原來(lái)的程序接著執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程稱為中斷。采用中斷技術(shù)具有實(shí)現(xiàn)故障處理、實(shí)時(shí)處理、分時(shí)操作等功能。2.CPU響應(yīng)中斷應(yīng)具備哪些條件？1、外設(shè)有中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷請(qǐng)求觸發(fā)器必須處于“1”狀態(tài)，保持中斷請(qǐng)求信號(hào)。2、外設(shè)（接口）中斷屏蔽觸發(fā)器必須為“0”，這樣才能把外設(shè)中斷請(qǐng)求送至CPU。3、在CPU內(nèi)部設(shè)置的中斷允許觸發(fā)器必須是開(kāi)放的。4、當(dāng)上述三個(gè)條件具備時(shí)，CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束的最后一個(gè)狀態(tài)周期響應(yīng)中斷。3：程序中斷與調(diào)用子程序有何異同點(diǎn)?答：

程序中斷一般來(lái)說(shuō)是隨機(jī)的,而調(diào)用子程序是事先在程序中安排好了的,到時(shí)必然發(fā)生的,但是自愿中斷與調(diào)用子程序相似。

4、CPU從執(zhí)行原程序過(guò)渡到執(zhí)行中斷處理程序,然后又返回原程序,在這過(guò)程中按時(shí)間順序?qū)懗霭l(fā)生了哪些操作?指出哪些操作是由硬件完成的?哪些操作是由軟件完成的?解：硬件執(zhí)行

:(1)關(guān)中斷

(2)PC,PSW壓棧

(3)轉(zhuǎn)至中斷處理程序首地址軟件執(zhí)行:(4)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

(5)保護(hù)原屏蔽碼

(6)取出新屏蔽碼

(7)開(kāi)中斷

(8)中斷處理

(9)關(guān)中斷

(10)恢復(fù)原屏蔽碼

(11)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

(12)開(kāi)中斷

(13)中斷返回5、引入DMA的原因是什么?在DMA的工作過(guò)程中,為什么還要使用程序中方式?對(duì)這兩種傳送方式你有什么評(píng)價(jià)?5、答：對(duì)于高速外部設(shè)備,程序中斷傳送方式時(shí)間上來(lái)不及,故引入DMA方式.在DMA方式中使用程序中斷是為DMA做后處理工作.兩種方式相比,程序中斷更靈活,適應(yīng)面更廣,而DMA適于高速外設(shè),如磁盤(pán),但應(yīng)用有一定的局限性.6.敘述ＣＰＵ響應(yīng)中斷的條件，響應(yīng)中斷的過(guò)程，及中斷處理的一般過(guò)程.響應(yīng)中斷條件:

⑴有中斷請(qǐng)求⑵中斷允許⑶一條指令執(zhí)行完畢響應(yīng)中斷過(guò)程:

⑴關(guān)中斷⑵將PC和PSW壓入堆棧⑶將中斷服務(wù)程序首地址送入PC中斷處理過(guò)程:⑴保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)⑵保護(hù)原屏蔽碼⑶開(kāi)中斷⑷處理內(nèi)容⑸關(guān)中斷⑹恢復(fù)原屏蔽碼⑺恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)⑻返回原程序7.CPU在執(zhí)行哪些指令或操作時(shí)改變SP的值,至少舉出5種操作類型的例子.8.一般情況下,指令是順序執(zhí)行的,即由PC+1完成.CPU在哪些操作中,PC的值不是由PC+1產(chǎn)生,至少舉出4種操作類型的例子.9.零操作數(shù)地址的算術(shù)運(yùn)算類指令,其操作數(shù)及運(yùn)算結(jié)果存于何處?答：7.指令有:壓棧,彈出,調(diào)用子程序,子程序返回,中斷返回,操作有:中斷8.轉(zhuǎn)移,調(diào)用子程序,子程序返回,中斷返回,中斷9.堆棧10.有關(guān)顯示器的問(wèn)題如下:(1)分辨率指什么?(2)灰度級(jí)指什么?(3)CRT的分辨率為640X480,顏色16種,則顯示存儲(chǔ)器(VRAM)至少應(yīng)有多少KB?(4)可顯示字符有96種,字符點(diǎn)陣為8X10,那么字符發(fā)生器至少應(yīng)有多大容量?(5)顯示存儲(chǔ)器(VRAM)中放的是ASCII碼還是字符點(diǎn)陣?1、分辨率指什么?答：⑴固定大小的CRT,指象素點(diǎn)的多少,如640×480。⑵指CRT上的兩個(gè)象素點(diǎn)之間的距離。如0.28mm,0.26mm。

2、灰度級(jí)指什么?

答：灰度級(jí)是指從最暗到最亮可劃分的等級(jí)，彩顯則指顏色數(shù)。

習(xí)題六.已知

X=0.1101，

Y=-0.1001，按步驟用補(bǔ)碼一位乘法的布斯公式方法計(jì)算X*Y的補(bǔ)碼，并根據(jù)補(bǔ)碼求出X*Y真值.（布斯法）（第二種方法：較正法）習(xí)題一．磁盤(pán)存儲(chǔ)器共有3個(gè)盤(pán)片，每盤(pán)片有2個(gè)記錄面。不設(shè)保護(hù)面或定位面。每個(gè)盤(pán)面存儲(chǔ)區(qū)域外直徑5。10英寸,內(nèi)直徑為2。30英寸,轉(zhuǎn)速為4800rpm(轉(zhuǎn)/分),平均尋道時(shí)間為10--50毫秒,已知磁道密度1800TPI,位密度64000bpi,求：1．磁盤(pán)存儲(chǔ)器共有多少個(gè)柱面？2．每磁道存儲(chǔ)多少個(gè)字節(jié)？3．磁盤(pán)組總存儲(chǔ)容量為多少4．磁盤(pán)平均數(shù)據(jù)傳送率為多少？5．平均定位時(shí)間是多少？解：1．柱面數(shù)=1800x(5.10-2.30)/2=25202．字節(jié)數(shù)/磁道=64000x3.14x2.30/8=57776字節(jié)=56.4KB3．總?cè)萘?56.4x2520x6=852768KB=832.78MB=833MB4．傳送率=56.4KB/(1/80)=4512KB/S5．定位時(shí)間=（10+50）/2+60/（4800x2）=36.25ms習(xí)題一．磁盤(pán)組共有5個(gè)盤(pán)片，磁盤(pán)片共有10個(gè)可供記錄數(shù)據(jù)的記錄面，存儲(chǔ)區(qū)域外直徑5.0英寸，內(nèi)直徑2.0英寸，磁道密度10000TPI，內(nèi)層位密度80000bpi，轉(zhuǎn)速為7200rpm，尋道時(shí)間為每道10-6S，求:(1)該磁盤(pán)組共有多少個(gè)柱面?(2)每磁道存儲(chǔ)多少K個(gè)字節(jié)?(3)磁盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少GB?(4)平均數(shù)據(jù)傳送率是多少M(fèi)B/S?(5)某個(gè)文件長(zhǎng)度為200KB，寫(xiě)在同一個(gè)柱面上，平均需要多少秒時(shí)間?習(xí)題一.設(shè)磁盤(pán)組有11個(gè)盤(pán)片，有22個(gè)記錄面；存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)直徑2.0英寸，外直徑5.0英寸；道密度為1250TPI，內(nèi)層位密度52400bpi，轉(zhuǎn)速為2400rpm。尋道時(shí)間為10ms--50ms,問(wèn)：(TPI表示每英寸磁道數(shù)，bpi表示每英寸位數(shù))(1)共有多少個(gè)柱面?(2)每道存儲(chǔ)多少K字節(jié)?(3)盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少GB?(4)平均數(shù)據(jù)傳輸率是多少M(fèi)B/S?(5)如果某文件長(zhǎng)度100KB，記錄在同一個(gè)柱面上,平均需要多少秒時(shí)間?習(xí)題一.解：(1)共有:1250*(5-2)/2=1875個(gè)柱面（磁道）(2)每道存儲(chǔ):3.14*2.0英寸*內(nèi)層位密度52400bpi=329072位/8/1024=40.17KB(3)盤(pán)組總存儲(chǔ)容量:40.17*1875*22=1.58GB?(4)平均數(shù)據(jù)傳輸率:40.17*2400/60=1606.8KB/S=1.57MB/S?(5)如果某文件長(zhǎng)度100KB，記錄在同一個(gè)柱面上需時(shí)間:100KB*1S/1606.8KB+0.06/2+1/40*2=0.062+0.03+0.0125=0.1045秒習(xí)題二、某機(jī)器中，已知配有一個(gè)地址空間為0000H—3FFFH的ROM區(qū)域。現(xiàn)在再用RAM芯片（16K*8位）形成32K*8位的RAM區(qū)域，使其地址空間為8000H-FFFFH。假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號(hào)控制端。CPU的地址總線為A15---A0，數(shù)據(jù)總線為D7---D0，控制信號(hào)為R/W（讀/寫(xiě)），MREQ（訪存），要求：（1）畫(huà)出地址譯碼方案。（2）將ROM與RAM同CPU連接。如果是芯片：8K×8位CPUA15A14A13

接譯碼器MA12A11A10…A1A0

芯片：8K×8位如果是芯片：16K×8位CPUA15A14

接譯碼器MA13A12A11A10…A1A0

芯片：16K×8位如果是芯片：4K×8位CPUA15A14A13A12

接譯碼器MA11A10…A1A0

芯片：4K×8位習(xí)題（二）．某計(jì)算機(jī)的主存空間中，從地址0000H到3FFFH為RAM存儲(chǔ)區(qū)域，從4000H到5FFFH為保留區(qū)域，暫時(shí)不用，從6000H到FFFFH為RAM存儲(chǔ)區(qū)域。我們采用8K*8的芯片構(gòu)成所需要的主存空間。請(qǐng)畫(huà)出CPU讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的連接電路圖。（CPU有16根地址線、8根數(shù)據(jù)線，CS和WE為低電平有效）(1)需要8K*8芯片的數(shù)量是多少？(2)請(qǐng)畫(huà)出CPU與芯片的連接示意圖。習(xí)題（二）．某機(jī)器中，已知配有一個(gè)地址空間為0000H—3FFFH的ROM區(qū)域。現(xiàn)在再用RAM芯片（8K*8位）形成40K*16位的RAM區(qū)域，起始地址為6000H。假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號(hào)控制端。CPU的地址總線為A15---A0，數(shù)據(jù)總線為D15---D0，控制信號(hào)為R/W（讀/寫(xiě)），MREQ（訪存），要求：（1）題中需要8K*4芯片的數(shù)量是多少？分幾組，每組幾個(gè)？（2）畫(huà)出地址譯碼方案，將ROM與RAM同CPU連接。習(xí)題（二）.

某八位機(jī)采用單總線結(jié)構(gòu),地址總線16根(最高位A15--A0最低位),數(shù)據(jù)總線8根(D7--D0),控制總線中與主存有關(guān)的信號(hào)是MREQ(低電平有效),R/W(高電平為讀命令,低電平為寫(xiě)命令)。

主存地址空間分配如下:從0000--8191系統(tǒng)程序區(qū),由ROM芯片組成.從16383--32767用戶程序區(qū),由RAM芯片組成.最后(最高)8K地址空間

系統(tǒng)程序工作區(qū),由RAM芯片組成.(上述地址均為十進(jìn)制,按字節(jié)編址)現(xiàn)有存儲(chǔ)器芯片如下:

靜態(tài)RAM:8KX8位,有地址和數(shù)據(jù)引腳,片選信號(hào)CS和讀寫(xiě)信號(hào)R/W引腳;3-8譯碼器74LS138要求:用上述芯片設(shè)計(jì)該機(jī)的主存儲(chǔ)器，畫(huà)出與CPU連接的邏輯電路圖。

習(xí)題（二）.用4K×4位的存儲(chǔ)芯片,構(gòu)成8K×8位的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)芯片讀寫(xiě)信號(hào)為WE，片選信號(hào)為CS，CPU有16位地址引腳，8位數(shù)據(jù)引腳，讀寫(xiě)信號(hào)為WE,訪存控制信號(hào)MREQ，8KB存儲(chǔ)器的地址空間分為兩部分:一部分地址從4000H開(kāi)始,另一部分地址從6000H開(kāi)始.(1)存儲(chǔ)芯片的地址引腳數(shù),數(shù)據(jù)引腳數(shù).(2)共需要多少個(gè)存儲(chǔ)芯片?這些存儲(chǔ)芯片分為幾組?(3)畫(huà)出CPU讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的連接電路圖(標(biāo)明每個(gè)芯片的地址范圍).習(xí)題三、一個(gè)組相聯(lián)映象Cache由64個(gè)存儲(chǔ)塊構(gòu)成，每組包含4個(gè)存儲(chǔ)塊。主存包含4096個(gè)存儲(chǔ)塊，每塊由128字組成，訪存地址為字地址。（1）求一個(gè)主存地址有多少位？一個(gè)Cache地址有多少位？（2）計(jì)算主存地址格式中，區(qū)號(hào)、組號(hào)、塊號(hào)和塊內(nèi)地址字段的位數(shù)。解：(1)主存4096塊------12位,每塊128字------7位,共19位Cache64塊------6位,每塊128字------7位,共13位(2)區(qū)號(hào)=主存塊數(shù)/Cache塊數(shù)=4096/64=64(6位)組號(hào)=Cache塊數(shù)/組內(nèi)塊數(shù)=64/4=16(4位)組內(nèi)塊號(hào)為4(2位)塊內(nèi)地址為7位(字地址，每塊128字)主存地址格式如下6位

4位

2位

7位

區(qū)號(hào)

組號(hào)

組內(nèi)塊號(hào)

塊內(nèi)地址習(xí)題三.一個(gè)組相聯(lián)cache由64個(gè)存儲(chǔ)塊組成，每組包含4個(gè)存儲(chǔ)塊，主存由8192個(gè)存儲(chǔ)塊組成，每塊由32字組成，訪存地址為字地址。問(wèn)：（1）主存和cache地址各多少位？地址映像是幾路組相聯(lián)？（2）在主存地址格式中，區(qū)號(hào)、組號(hào)、塊號(hào)和塊內(nèi)地址各多少位？例題（三）：設(shè)某計(jì)算機(jī)的Cache采用4路組相聯(lián)映像，已知Cache容量為64KB，主存容量為1MB，每個(gè)字塊有8個(gè)字，每個(gè)字有32位，請(qǐng)回答：（1）求主存地址有多少位？Cache地址有多少位？（均按字節(jié)編址）（2）計(jì)算主存地址格式中，區(qū)號(hào)、組號(hào)、塊號(hào)和塊內(nèi)地址字段的位數(shù)。

習(xí)題四．某機(jī)主頻為40MHz,兩個(gè)時(shí)鐘周期組成一個(gè)機(jī)器周期,平均4個(gè)機(jī)器周期可完成一條指令,問(wèn):（1）時(shí)鐘周期為多少ns(10-9秒)?（2）指令周期是多少？

(3)平均運(yùn)算速度為多少M(fèi)IPS?解：要求計(jì)算步驟，答案：(1)時(shí)鐘周期T=25ns(2