計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)期末復(fù)習(xí)(編輯修改稿)
2025-07-04 22:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)性表明了標(biāo)準(zhǔn)接口＋非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備＋驅(qū)動(dòng)軟件的實(shí)現(xiàn)途徑，采用分類處理的方法來解決。 異步性反映了設(shè)備相對于CPU的獨(dú)立性，采用自治控制的方法來解決。輸入輸出系統(tǒng)的組織方式1. 自治控制（針對實(shí)時(shí)性）輸入輸出系統(tǒng)是獨(dú)立于CPU之外的自治系統(tǒng)，處理機(jī)與外圍設(shè)備之間要有恰當(dāng)?shù)姆止?. 層次結(jié)構(gòu)（針對與設(shè)備無關(guān)性）最內(nèi)層是輸入輸出處理機(jī)、輸入輸出通道等中間層是標(biāo)準(zhǔn)接口。標(biāo)準(zhǔn)接口通過設(shè)備控制器與輸入輸出設(shè)備 連接。3. 分類組織（針對異步性）面向字符的設(shè)備，如字符終端、打字機(jī)等面向數(shù)據(jù)塊的設(shè)備，如磁盤、磁帶、光盤等?；臼杖胼敵龇绞剑?；；（DMA）方式中斷：中斷系統(tǒng)需要硬件和軟件共同來實(shí)現(xiàn)。引起中斷的各種事件稱為中斷源。中斷系統(tǒng)的復(fù)雜性實(shí)際上主要是由中斷源的多樣性引起的。中斷源可以來自系統(tǒng)外部，也可以來自機(jī)器內(nèi)部，甚至處理機(jī)本身。中斷可以是硬件引起的，也可以是軟件引起的。把各種各樣的中斷源分類、分級組織好，是中斷系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。中斷源分類組織的目的：在響應(yīng)中斷后能盡快找到中斷入口。為每一類中斷源分配一個(gè)硬件的中斷入口，在進(jìn)入這個(gè)入口之后，再通過軟件找到具體的中斷源。中斷優(yōu)先級與中斷服務(wù)順序：要求：響應(yīng)速度快，靈活性好。做法：由硬件排隊(duì)器決定中斷優(yōu)先級，通過軟件設(shè)置中斷屏蔽碼改變中斷服務(wù)順序。安排中斷優(yōu)先順序由下列因素決定：中斷源的急迫性。設(shè)備的工作速度。數(shù)據(jù)恢復(fù)的難易程度。要求處理機(jī)提供的服務(wù)量中斷處理的流程⑴表示通常用硬件實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)行指令結(jié)束，且沒有更緊急的服務(wù)請求 ；關(guān)CPU中斷 ；保存斷點(diǎn)，主要保存PC中的內(nèi)容⑶表示可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn) 撤消中斷源的中斷請求 ；保存硬件現(xiàn)場，主要是PSW及SP等 ；識別中斷源 ；改變設(shè)備的屏蔽狀態(tài)⑴表示通常用硬件實(shí)現(xiàn) 進(jìn)入中斷服務(wù)程序入口⑶表示可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn) 保存軟件現(xiàn)場，在中斷程序中使用的通用寄存器等⑵表示通常用軟件實(shí)現(xiàn) 開CPU中斷，可以響應(yīng)更高級別的中斷請求 ；中斷服務(wù)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序 ；關(guān)CPU中斷⑶表示可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn) 恢復(fù)軟件現(xiàn)場 ；恢復(fù)屏蔽狀態(tài) ；恢復(fù)硬件現(xiàn)場 ；開CPU中斷 ⑵表示通常用軟件實(shí)現(xiàn) 返回到中斷點(diǎn)必須用硬件實(shí)現(xiàn)的有：保存中斷點(diǎn)和進(jìn)入中斷服務(wù)程序入口。必須用軟件實(shí)現(xiàn)的有：中斷服務(wù)和返回到中斷點(diǎn)。中斷響應(yīng)時(shí)間：從中斷源向處理機(jī)發(fā)出中斷服務(wù)請求開始，到處理機(jī)開始執(zhí)行這個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)為止中斷屏蔽（****課后題****）方法一：每級中斷源設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽位。 P231方法二：改變處理機(jī)優(yōu)先級 P232例：某處理機(jī)有4個(gè)中斷源，分別為DDDD4。要求處理機(jī)響應(yīng)中斷源的中斷請求次序從高到低依次 為DDDD4，而處理機(jī)實(shí)際為各個(gè)中斷源服務(wù)的先后次序?yàn)镈DDD4。每個(gè)中斷源有四位中斷屏蔽碼，其中“0”表示開放中斷，“1”表示該中斷被屏蔽。（1）試設(shè)計(jì)各中斷源的中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽碼；（2）如果處理機(jī)在運(yùn)行主程序時(shí)，同時(shí)有DD2兩個(gè)中斷源請求中斷服務(wù)，而在運(yùn)行中斷源D2的中斷服務(wù)程序的過程中，中斷源DD4又同時(shí)請求中斷服務(wù)，試畫出處理機(jī)響應(yīng)各個(gè)中斷源的中斷服務(wù)請求 和實(shí)際運(yùn)行中斷服務(wù)程序過程的示意圖。通道處理機(jī)例題2：某處理機(jī)共有4個(gè)中斷源DDD3和D4，它們的硬件中斷優(yōu)先級從低到高分別為1級、2級、3級和4級。處理機(jī)本身的優(yōu)先級最低，為0級。在中斷源DDDD4的中斷向量中，程序員為它們設(shè)置的優(yōu)先級分別為4級、3級、2級、1級。解：在處理機(jī)狀態(tài)字中設(shè)置3個(gè)中斷屏蔽位。000為處理機(jī)本身的優(yōu)先級，001～100分別表示4個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級。當(dāng)4個(gè)中斷源同時(shí)請求中斷服務(wù)時(shí)，通道的使用：把外圍設(shè)備的管理工作從CPU中分離出來，進(jìn)一步提高CPU的利用率通道種類：1. 字節(jié)多路通道：為多臺低中速的外圍設(shè)備服務(wù)。有多個(gè)子通道，每個(gè)子通道連接一個(gè)控制器2. 選擇通道：為高速外圍設(shè)備服務(wù)。只有一個(gè)以成組方式工作的子通道3. 數(shù)組多路通道：字節(jié)多路通道和選擇通道的結(jié)合。每次為一臺高速設(shè)備傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，并輪流為多臺外圍設(shè)備服務(wù)。數(shù)組多路通道的實(shí)際工作方式是：在為一臺高速設(shè)備傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，有多臺高速設(shè)備可以在定位或者在找扇區(qū)。與選擇通道相比，數(shù)組多路通道的數(shù)據(jù)傳輸率和通道的硬件利用都很高，控制硬件的復(fù)雜度也高（****課后題****）①字節(jié)多路通道的數(shù)據(jù)傳送過程:一個(gè)字節(jié)多路通道連接 P臺設(shè)備，每臺設(shè)備都傳送n個(gè)字節(jié)②選擇通道的數(shù)據(jù)傳送過程：選擇通道連接 P 臺設(shè)備，每臺設(shè)備都傳送n個(gè)字節(jié)③數(shù)組多路通道的數(shù)據(jù)傳送過程:數(shù)組多路通道連接P 臺設(shè)備，每臺設(shè)備都傳送n個(gè)字節(jié)10. 通道流量分析：書P243 1. 一個(gè)字節(jié)多路通道連接DDDDD5共5臺 設(shè)備，這些設(shè)備分別每10us、30us、30us、50us和 75us發(fā)出一次數(shù)據(jù)傳送請求。(1)計(jì)算這個(gè)通道的實(shí)際流量和工作周期。(2)如果這個(gè)字節(jié)多路通道的最大流量正好等于通道實(shí)際流量，并假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸率高的設(shè)備，其優(yōu)先級也高。5臺設(shè)備在0時(shí)刻同時(shí)向通道發(fā)出第一次傳送數(shù)據(jù)的請求，并在以后的時(shí)間里按照各自的數(shù)據(jù)傳輸率連 續(xù)工作。畫出通道分時(shí)為各臺設(shè)備服務(wù)的時(shí)間圖，并 計(jì)算處理完各設(shè)備的第一次請求的時(shí)刻。(3)從時(shí)間圖中發(fā)現(xiàn)什么問題？如何解決？(1) 通道的實(shí)際流量為：fBYTE＝(1/10+1/30+1/30+1/50+1/75)MB/S＝通道的工作周期為：t＝1/fBYTE＝5us(2)處理完各設(shè)備這個(gè)第一次請求的時(shí)間：D1：5us；D2：10us；D3：20us；D4：30us。D5的第一次請求沒有響應(yīng)，數(shù)據(jù)丟失。(3) D5的第一次請求沒有得到響應(yīng)的原因分析如果字節(jié)多路通道的最大流量與連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)流量之和非常接近時(shí)，如果高速 設(shè)備頻繁發(fā)出服務(wù)請求并優(yōu)先得到響應(yīng)，則低速設(shè) 備可能在很長一段時(shí)間內(nèi)得不到響應(yīng)。2 、如果某通道在數(shù)據(jù)傳送過程中，，某個(gè)低速設(shè)備每隔500us發(fā)出一個(gè)字節(jié)傳送請求，問該通道至多可接幾臺這種低速設(shè)備？對于如下AF六種高速設(shè)備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024 個(gè)字節(jié)，問哪些設(shè)備可以掛接在此通道上，那些不能？ 3 、書p251 第五章：(取指、分析、執(zhí)行 3階段)（二次重疊執(zhí)行方式必須要用的）（簡答）：處于主存儲器與指令分析器之間，用它來平滑主存儲器取指令和指令分析器使用指令之間的速度差異： 處于指令分析器和運(yùn)算控制器之間，使指令分析器和運(yùn)算器能夠各自獨(dú)立工作。采用先進(jìn)先出方式工作，由指令寄存器堆和控制邏輯組成。 處于主存儲器與運(yùn)算器之間，平滑運(yùn)算器與主存儲器的工作。每個(gè)緩沖寄存器由地址寄存器、操作數(shù)寄存器和標(biāo)志三部分組成。也可以把地址寄存器和操作數(shù)寄存器合為一個(gè)。 當(dāng)收到從指令分析器中送來的有效地址時(shí)，就向主存申請讀操作數(shù)。讀出的操作數(shù)存放在操作數(shù)寄存器中或覆蓋掉地址寄存器中的地址。 每個(gè)后行緩沖寄存器由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和標(biāo)志三部分組成。指令分析器遇到向主存寫結(jié)果的指令時(shí)，把形成的有效地址送入后行寫數(shù)棧的地址寄存器中，并用該地址 寄存器的編號替換指令的目的地址部分，形成RR*指令送入先行操作棧。當(dāng)運(yùn)算器執(zhí)行這條RR*型寫數(shù)指令時(shí)，只要把寫到主存的數(shù)據(jù)送到后行寫數(shù)棧的數(shù)據(jù)寄存器中即可。3. 先行控制技術(shù)的關(guān)鍵是緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)4. 線性流
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