原理復(fù)習(1)計算機操作系統(tǒng)

中斷系統(tǒng)的任務(wù)（中斷應(yīng)解決的問題）

1.接收并保存中斷請求（硬件完成）

2.進行中斷判優(yōu)（軟、硬件均可）

3.實施中斷響應(yīng)（硬件完成）

4.實現(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.識別中斷

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

中斷方式的輸入輸出系統(tǒng)對全部的中斷源有優(yōu)先級的排列順序，具體順序為：內(nèi)部中斷>NMI中斷>INTR中斷>單步中斷主存工作時間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．簡述控制器的組成。2.請寫出I/O設(shè)備數(shù)據(jù)傳送的五種控制方式。

3．簡述控制器的功能。4.簡述加減運算時判別溢出的幾種方法。

5．簡述定點運算器溢出判斷方法。6.為什么外部設(shè)備需要通過接口與CPU相連?接口的功能有哪些?7.一個較完善的指令系統(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.簡述基址尋址和變址尋址的相同點和不同點。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？11.簡述基址尋址、變址尋址及相對尋址的相同點和不同點。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)實現(xiàn)主機和外圍設(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)備還具有直接訪問存儲器功能，并給出存儲器地址。(2)實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，以達到主機同外圍設(shè)備之間的速度匹配。在接口電路中，一般設(shè)置一個或幾個數(shù)據(jù)緩沖寄存器。在傳送過程中，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(輸入)。(3)接受主機的命令，提供設(shè)備接口的狀態(tài)，并按照主機的命令控制設(shè)備。

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

答：從CPU響應(yīng)DMA請求到DMA發(fā)出中斷請求期間，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提出中斷請求。簡述控制器的組成,控制器的功能。

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

一個指令系統(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)運算指令、邏輯運算指令、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完成特殊的專門操作。如：暫停、等待、空操作、位操作、以及開中斷、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：一般由程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令 譯碼器ID、控制邏輯電路和時鐘控制電路等組 成.一、控制器的組成控制器是指揮與控制整臺計算機各功能部件協(xié)同工作、自動執(zhí)行計算機程序的部件。它把運算器和存儲器以及I/O設(shè)備組成一個有機的系統(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、以及對異 常情況和殊請求的處理）11CPU

的功能和基本結(jié)構(gòu)中央處理器簡稱CPU，是計算機系統(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，時間控制，異常處理。組成：運算器，控制器，寄存器，時鐘電路，(某些CPU中還包括一定容量的ROM、RAM存儲器等)。8.調(diào)用子程序和從子程序返回,一般要完成哪些操作?9.簡述基址尋址和變址尋址的相同點和不同點。答：8.調(diào)用子程序時,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,將堆棧的棧頂元素(保留的PC內(nèi)容)彈出送入PC.9.在一般多用戶分時系統(tǒng)的計算機中,基址尋址是為系統(tǒng)程序給用戶分配存儲器空間時用的,而變址尋址是用戶使用的,是對連續(xù)數(shù)據(jù)(如數(shù)組)讀寫的技術(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？答：當某種事件發(fā)生時，為了對該事件進行處理，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，再返回原來的程序接著執(zhí)行，這個過程稱為中斷。采用中斷技術(shù)具有實現(xiàn)故障處理、實時處理、分時操作等功能。2.CPU響應(yīng)中斷應(yīng)具備哪些條件？1、外設(shè)有中斷請求時，中斷請求觸發(fā)器必須處于“1”狀態(tài)，保持中斷請求信號。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)器必須是開放的。4、當上述三個條件具備時，CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束的最后一個狀態(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?答：

程序中斷一般來說是隨機的,而調(diào)用子程序是事先在程序中安排好了的,到時必然發(fā)生的,但是自愿中斷與調(diào)用子程序相似。

4、CPU從執(zhí)行原程序過渡到執(zhí)行中斷處理程序,然后又返回原程序,在這過程中按時間順序?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)保護現(xiàn)場

(5)保護原屏蔽碼

(6)取出新屏蔽碼

(7)開中斷

(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

(12)開中斷

(13)中斷返回5、引入DMA的原因是什么?在DMA的工作過程中,為什么還要使用程序中方式?對這兩種傳送方式你有什么評價?5、答：對于高速外部設(shè)備,程序中斷傳送方式時間上來不及,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,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)中斷的過程，及中斷處理的一般過程.響應(yīng)中斷條件:

⑴有中斷請求⑵中斷允許⑶一條指令執(zhí)行完畢響應(yīng)中斷過程:

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中斷處理過程:⑴保護現(xiàn)場⑵保護原屏蔽碼⑶開中斷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⑻返回原程序7.CPU在執(zhí)行哪些指令或操作時改變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)運算類指令,其操作數(shù)及運算結(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)顯示器的問題如下:(1)分辨率指什么?(2)灰度級指什么?(3)CRT的分辨率為640X480,顏色16種,則顯示存儲器(VRAM)至少應(yīng)有多少KB?(4)可顯示字符有96種,字符點陣為8X10,那么字符發(fā)生器至少應(yīng)有多大容量?(5)顯示存儲器(VRAM)中放的是ASCII碼還是字符點陣?1、分辨率指什么?答：⑴固定大小的CRT,指象素點的多少,如640×480。⑵指CRT上的兩個象素點之間的距離。如0.28mm,0.26mm。

2、灰度級指什么?

答：灰度級是指從最暗到最亮可劃分的等級，彩顯則指顏色數(shù)。

習題六.已知

X=0.1101，

Y=-0.1001，按步驟用補碼一位乘法的布斯公式方法計算X*Y的補碼，并根據(jù)補碼求出X*Y真值.（布斯法）（第二種方法：較正法）習題一．磁盤存儲器共有3個盤片，每盤片有2個記錄面。不設(shè)保護面或定位面。每個盤面存儲區(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),平均尋道時間為10--50毫秒,已知磁道密度1800TPI,位密度64000bpi,求：1．磁盤存儲器共有多少個柱面？2．每磁道存儲多少個字節(jié)？3．磁盤組總存儲容量為多少4．磁盤平均數(shù)據(jù)傳送率為多少？5．平均定位時間是多少？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．定位時間=（10+50）/2+60/（4800x2）=36.25ms習題一．磁盤組共有5個盤片，磁盤片共有10個可供記錄數(shù)據(jù)的記錄面，存儲區(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，尋道時間為每道10-6S，求:(1)該磁盤組共有多少個柱面?(2)每磁道存儲多少K個字節(jié)?(3)磁盤組總存儲容量是多少GB?(4)平均數(shù)據(jù)傳送率是多少MB/S?(5)某個文件長度為200KB，寫在同一個柱面上，平均需要多少秒時間?習題一.設(shè)磁盤組有11個盤片，有22個記錄面；存儲區(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。尋道時間為10ms--50ms,問：(TPI表示每英寸磁道數(shù)，bpi表示每英寸位數(shù))(1)共有多少個柱面?(2)每道存儲多少K字節(jié)?(3)盤組總存儲容量是多少GB?(4)平均數(shù)據(jù)傳輸率是多少MB/S?(5)如果某文件長度100KB，記錄在同一個柱面上,平均需要多少秒時間?習題一.解：(1)共有:1250*(5-2)/2=1875個柱面（磁道）(2)每道存儲:3.14*2.0英寸*內(nèi)層位密度52400bpi=329072位/8/1024=40.17KB(3)盤組總存儲容量: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)如果某文件長度100KB，記錄在同一個柱面上需時間:100KB*1S/1606.8KB+0.06/2+1/40*2=0.062+0.03+0.0125=0.1045秒習題二、某機器中，已知配有一個地址空間為0000H—3FFFH的ROM區(qū)域?，F(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，控制信號為R/W（讀/寫），MREQ（訪存），要求：（1）畫出地址譯碼方案。（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位習題（二）．某計算機的主存空間中，從地址0000H到3FFFH為RAM存儲區(qū)域，從4000H到5FFFH為保留區(qū)域，暫時不用，從6000H到FFFFH為RAM存儲區(qū)域。我們采用8K*8的芯片構(gòu)成所需要的主存空間。請畫出CPU讀寫存儲器的連接電路圖。（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)請畫出CPU與芯片的連接示意圖。習題（二）．某機器中，已知配有一個地址空間為0000H—3FFFH的ROM區(qū)域?，F(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，控制信號為R/W（讀/寫），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？（2）畫出地址譯碼方案，將ROM與RAM同CPU連接。習題（二）.

某八位機采用單總線結(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)的信號是MREQ(低電平有效),R/W(高電平為讀命令,低電平為寫命令)。

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.(上述地址均為十進制,按字節(jié)編址)現(xiàn)有存儲器芯片如下:

靜態(tài)RAM:8KX8位,有地址和數(shù)據(jù)引腳,片選信號CS和讀寫信號R/W引腳;3-8譯碼器74LS138要求:用上述芯片設(shè)計該機的主存儲器，畫出與CPU連接的邏輯電路圖。

習題（二）.用4K×4位的存儲芯片,構(gòu)成8K×8位的存儲器，存儲芯片讀寫信號為WE，片選信號為CS，CPU有16位地址引腳，8位數(shù)據(jù)引腳，讀寫信號為WE,訪存控制信號MREQ，8KB存儲器的地址空間分為兩部分:一部分地址從4000H開始,另一部分地址從6000H開始.(1)存儲芯片的地址引腳數(shù),數(shù)據(jù)引腳數(shù).(2)共需要多少個存儲芯片?這些存儲芯片分為幾組?(3)畫出CPU讀寫存儲器的連接電路圖(標明每個芯片的地址范圍).習題三、一個組相聯(lián)映象Cache由64個存儲塊構(gòu)成，每組包含4個存儲塊。主存包含4096個存儲塊，每塊由128字組成，訪存地址為字地址。（1）求一個主存地址有多少位？一個Cache地址有多少位？（2）計算主存地址格式中，區(qū)號、組號、塊號和塊內(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=主存塊數(shù)/Cache塊數(shù)=4096/64=64(6位)組號=Cache塊數(shù)/組內(nèi)塊數(shù)=64/4=16(4位)組內(nèi)塊號為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

組號

組內(nèi)塊號

塊內(nèi)地址習題三.一個組相聯(lián)cache由64個存儲塊組成，每組包含4個存儲塊，主存由8192個存儲塊組成，每塊由32字組成，訪存地址為字地址。問：（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、組號、塊號和塊內(nèi)地址各多少位？例題（三）：設(shè)某計算機的Cache采用4路組相聯(lián)映像，已知Cache容量為64KB，主存容量為1MB，每個字塊有8個字，每個字有32位，請回答：（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）計算主存地址格式中，區(qū)號、組號、塊號和塊內(nèi)地址字段的位數(shù)。

習題四．某機主頻為40MHz,兩個時鐘周期組成一個機器周期,平均4個機器周期可完成一條指令,問:（1）時鐘周期為多少ns(10-9秒)?（2）指令周期是多少？

(3)平均運算速度為多少MIPS?解：要求計算步驟，答案：(1)時鐘周期T=25ns(2