1、计算机学科专业基础综合组成原理-10 及答案解析(总分：108.00，做题时间：90 分钟)一、综合应用题(总题数：24，分数：108.00)1.请以文字方式描述读磁盘的 DMA 过程。 （分数：4.00）_2.对于使用一个硬件上已经接通的串行接口(例如 Inter 8251)，你准备做哪些工作? （分数：4.00）_3.通用可编程接口应由哪些部件构成?各自的功能是什么? （分数：4.00）_4.可屏蔽中断与不可屏蔽中断的含义及其作用是什么? （分数：4.00）_5.简述一次中断处理的完整过程。 （分数：4.00）_6.DMA 接口中通常应包括哪些逻辑部件?各自的功能是什么? （分数：4.00
2、）_7.说明只写一次型光盘的原理性组成。 （分数：4.00）_8.比较针式、喷墨式、激光这 3 类打印机各自的优缺点和主要应用场所。 （分数：4.00）_9.下图所示为磁记录原理的两种方式的波形图，请按小圆圈序号的位置写出相应的记录方式或二进制数值。若为波形的方式，则写出它的特点。 （分数：4.00）_10.设磁盘存储器的平均寻道时间为 10.5ms，磁盘的转速为 3000r/min，每个扇区的容量为 512B，每条磁道的容量为 3072B，请计算磁盘存储器读/写一个扇区的平均访问时间。 （分数：4.00）_硬磁盘共有 4 个记录面，存储区域内半径为 10cm，外半径为 15.5cm，道密度为
3、 60 道/cm，外层位密度为600bit/cm，转速为 3000r/min。问：（分数：16.00）(1).硬磁盘磁道总数是多少?（分数：4.00）_(2).硬磁盘存储容量是多少?（分数：4.00）_(3).将长度超过一个磁道容量的文件记录在同一个柱面上是否合理?（分数：4.00）_(4).采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么?寻址命令中磁盘地址如何表示?（分数：4.00）_11.简述程序中断方式和 DMA 方式，并指出它们的优缺点。 （分数：4.00）_12.某多重中断按优先级处理如下图所示，系统不设中断屏蔽，请解释图中各中断源的优先级。其中，、分别为各中断源的序号，其在请求中
4、断时使用。 （分数：4.00）_13.简述中断的作用与其支持的工作，至少叙述 5 个并举简例。 （分数：4.00）_14.请画出中断判优的链式查询、独立请求和分组链式三种方式的示意图。 （分数：4.00）_15.简述中断与 DMA 数据传送流程的 3 个阶段，设它们都只有单个外设。 （分数：4.00）_16.简述中断隐指令及其操作。 （分数：4.00）_17.简述外设申请中断后，CPU 响应中断应具备的条件(设系统中没有 DMA 和通道等)。 （分数：4.00）_18.一次中断过程大致可以分为哪几个过程? （分数：4.00）_19.简述中断服务程序与调用子程序的区别。 （分数：4.00）_20
5、.简述 DMA 与中断的区别。 （分数：4.00）_21.简述通道工作流程的 3 个阶段。 （分数：4.00）_22.简述通道的功能。 （分数：4.00）_23.设某硬盘有 4 个磁头，10240 个柱面，每磁道 92 个扇区，每扇区可记录 512B，试计算该硬盘的容量。 （分数：4.00）_计算机学科专业基础综合组成原理-10 答案解析(总分：108.00，做题时间：90 分钟)一、综合应用题(总题数：24，分数：108.00)1.请以文字方式描述读磁盘的 DMA 过程。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：当磁盘准备好数据时便向 DMAC 发请求信号，DMAC 向 CPU 发出请求总线
6、使用权的信号，若总线空闲，总线控制器将发送应答信号到 DMAC，DMAC 即取得了总线使用权，并将。DMA 请求触发器清“0”以撤销请求总线的信号；启动数据传送过程，把内存地址计数器的内容送到地址总线，发送一个应答信号给设备，设备便可以把准备好的一个数据送到数据总线，DMAC 向内存发送写命令，从而完成一次数据传送。在这个过程中，DMAC 还要完成对内存地址计数器和数据计数器的技术操作，并通过检查数据计数器是否为 0来决定是否启动下一次传送还是结束本组数据的传送过程。2.对于使用一个硬件上已经接通的串行接口(例如 Inter 8251)，你准备做哪些工作? （分数：4.00）_正确答案：()解
7、析：使用串行接口传送数据之前，首先要对串行接口进行初始化操作，通过方式指令指定该接口电路的运行方式和控制参数，例如是同步还是异步方式，每个数据的位数是多少，是否使用奇偶校验，停止位的位数是多少，等等。然后通过命令指令指定接收与发送的运行要求，例如是否运行接收或发送。给出方式指令完成初始化操作的先决条件是必须在该芯片已经接收到硬件的或软件的 RESET 信号之后，并且仅可执行一次；给出命令指令应该在执行方式指令之后，但它可以随时通过不同的命令变更芯片的运行功能。3.通用可编程接口应由哪些部件构成?各自的功能是什么? （分数：4.00）_正确答案：()解析：为了尽量减少接口芯片或电路的种类，人们总
8、是希望用同一芯片或电路能提供更多的(而不是单一的)功能，并且能灵活选择其运行功能和运行的控制参数，这样的接口芯片或电路称为通用可编程接口，这里说的可编程是指可以在程序中通过指令指定接口的功能、指定接口的运行控制参数等。 接口芯片或电路通常有接口命令寄存器，存放 CPU 发来的控制命令；有状态寄存器，由设备运行设置的值供 CPU 通过读操作来了解设备(接口)的运行状态。 接口芯片或电路通常还有一到几个用于输入/输出数据缓冲的寄存器，以便适当降低 CPU 和设备直接耦合的程度，解决它们运行速度不匹配的矛盾。 接口芯片或电路通常还有处理中断请求、屏蔽和判优等逻辑线路，这是总线从设备类型的设备主动向
9、CPU提出自己操作要求的重要机制，当然总线主设备也可以发出中断请求。4.可屏蔽中断与不可屏蔽中断的含义及其作用是什么? （分数：4.00）_正确答案：()解析：从 CPU 要不要接收中断请求和能不能限制某些中断发生的角度，可以把中断分成可屏蔽中断和不可屏蔽中断。那些可以被 CPU 通过指令关闭的中断属于可屏蔽中断。例如对某些外围设备就可以在一段时间内屏蔽其中断；对另外一些中断是不允许屏蔽的，例如电源掉电中断，这类中断称为不可屏蔽中断。5.简述一次中断处理的完整过程。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：一次中断处理的完整过程包括如下步骤： (1)关中断，保证在此之后的一小段时间之内 CPU
10、 不能响应新的中断请求。 (2)保存断点(PC 的内容，也可能还包括程序状态字的内容)，这一定是用中断隐指令(纯硬件机制)实现的。(3)判别中断源，找到中断服务程序的入口地址。 (4)执行一条开中断指令，以便尽快地进入可以响应更高级别中断请求的运行状态。 (5)若有更高级别的中断请求来到，则可以进入新的中断响应过程，否则执行中断服务程序。 (6)执行完中断服务程序就要准备返回主程序，为此，执行关中断。 (7)恢复现场信息。 (8)执行开中断。这里的关中断和开中断是为了保证能完整地恢复现场的操作。 (9)开中断之后，若有更高级别的中断请求到来，则可以进入新的中断响应过程，否则，返回断点，进入主程
11、序的执行过程。6.DMA 接口中通常应包括哪些逻辑部件?各自的功能是什么? （分数：4.00）_正确答案：()解析：DMA 卡是插接在总线插槽上的一块逻辑线路板，它的一端通过总线与计算机主存储器连接，另一端通过电缆与高速设备连接。一块功能完备的 DMA 卡的组成通常应包括一般通用可编程接口卡的全部组成部分，例如设备识别逻辑(片选信号)、控制/状态逻辑、数据缓冲电路、中断处理逻辑等，同时又要多出其他几个组成部分，例如主存储器的地址计数器、数据数量计数器、DMA 请求线路等。 (1)主存地址计数器：存放读/写主存用到的主存地址，一批数据传送开始前，由 CPU 写入其初值，以后每传送一个字，该地址计
12、数器便加 1，使其指向下一个主存单元。 (2)数据数量计数器：存放传送数据的数量，通常用补码给出，由 CPU 写入其初值，以后每传送一个字，该计数器便加 1，当计数到 0 时，表示这批数据传送完毕，此时 DMA 应向 CPU 发中断请求信号。 (3)DMA 的控制/状态逻辑：由控制和状态等逻辑电路组成，用于修改主存地址计数器和数据数量计数器，指定传送功能(输入还是输出)，协调 CPU 和 DMA 信号的配合与同步。 (4)DMA 请求(与屏蔽)触发器：接收并记忆设备送来的请求数据传送信号，该触发器的“1”输出端接到DMA 的控制/状态逻辑，使其向 CPU 发出 DMA 请求信号，CPU 接到这
13、一请求信号并响应后，送回应答信号，DMA 的控制/状态逻辑接到这一应答信号后便取得了总线的使用权，启动数据传送，将 DMA 请求触发器清“0”，为下一次的请求做好准备。 (5)数据缓冲寄存器：用于存放高速设备与主存之间交换的数据，也有的 DMA 卡上不设置数据缓冲寄存器，而由送出数据的一方在指定的时刻直接把数据放到数据总线上。 (6)中断机构：与通用接口中的中断逻辑电路的组成完全相同，中断请求发生在数据数量计数器计数到 0值的时刻，用于向 CPU 报告本组数据传送完成，并等待新的传送命令。7.说明只写一次型光盘的原理性组成。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：只写一次型光盘设备由光盘机和
14、盘片组成。光盘机由主轴驱动机构、读/写光头、寻道定位机构、激光器、光束分离器和光聚焦镜等组成。 光盘是圆形的用于记录信息的盘片，由基板、铝质反射层和薄金属膜三层结构组成，基板提供合适的机械性能，反射层用于反射接收到的激光信号，而金属膜则是记录信息(区分“0”“1”信号)的介质。8.比较针式、喷墨式、激光这 3 类打印机各自的优缺点和主要应用场所。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：打印机是最常用的输出设备，可把计算机输出的字形等信息打印在纸上。三种打印机都以点阵方式完成打印操作，都可以用于打印多种语言的文字、图形和图像，通用性强。 针式打印机擅长“多层复写打印”，实现各种票据打印或蜡纸打
15、印等。功能原理简单，造价低廉，使用的耗材(色带)很便宜。但打印分辨率和打印速度不够高，多用于要求打印质量不高或票据打印等场合。 喷墨式打印机具有打印噪声小、可实现高质量彩色打印、通常打印速度比针式打印机快等优点；有防水性差、高质量打印需用专用打印纸等缺点。 激光印字机打印质量高，速度快，噪声小。但耗材多，价格较贵，不能复写打印多份，对纸张要求相对较高。在打印质量要求较高的各种场合得到广泛应用，高档的激光印字机在电子照排印刷系统中得到普遍应用。9.下图所示为磁记录原理的两种方式的波形图，请按小圆圈序号的位置写出相应的记录方式或二进制数值。若为波形的方式，则写出它的特点。 （分数：4.00）_正确
16、答案：()解析：提示：第 1 条波形在数值周期波形的正负有规律，即波形幅值正负随数值而变，所以为不归零制。第 2 条波形在数值中间变化有或无，且在相异数值交界处波形没有变化，即波形的频率随数值而变，所以为改进调频制。 不归零制：特点为不是正向电流(代表 1)就是反向电流(代表 0)，抗干扰性能较好； 改进调频制：特点是不是在每个位周期的起始处都翻转，因而进一步提高了记录密度； 0； 0； 1。10.设磁盘存储器的平均寻道时间为 10.5ms，磁盘的转速为 3000r/min，每个扇区的容量为 512B，每条磁道的容量为 3072B，请计算磁盘存储器读/写一个扇区的平均访问时间。 （分数：4.0
17、0）_正确答案：()解析：可以计算出平均访问时间 硬磁盘共有 4 个记录面，存储区域内半径为 10cm，外半径为 15.5cm，道密度为 60 道/cm，外层位密度为600bit/cm，转速为 3000r/min。问：（分数：16.00）(1).硬磁盘磁道总数是多少?（分数：4.00）_正确答案：()解析：有效存储区域=15.5cm-10cm=5.5cm 道密度为 60 道/cm，因此每个面为 605.5=330 道，即有 330 个柱面。 磁道总数为 4330=1320 个磁道。(2).硬磁盘存储容量是多少?（分数：4.00）_正确答案：()解析：外层磁道的长度为 2R=23.1415.5c
18、m=97.34cm 每道信息量=600bit/cm97.34cm=58404bit=7300B 磁盘总容量=7300B1320=9636000B(3).将长度超过一个磁道容量的文件记录在同一个柱面上是否合理?（分数：4.00）_正确答案：()解析：如果文件长度超过一个磁道的容量，将它记录在同一个柱面上比较合理，因为不需要重新找道，这样数据读/写速度快。(4).采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么?寻址命令中磁盘地址如何表示?（分数：4.00）_正确答案：()解析：采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个扇区，每个扇区记录固定数目字节的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编
19、址方式可用如下图所示格式表示。 11.简述程序中断方式和 DMA 方式，并指出它们的优缺点。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：程序中断方式：外围设备“主动”请求 CPU，对做好准备的外设进行数据传输的方式。即 CPU 正常运行程序时，由于外设(或内部事件)的请求(随机)，使 CPU 暂时终止正在运行的程序，转去执行请求外设(或内部事件)的服务程序，待该服务程序执行完毕，重新返回被终止的程序。 直接内存访问(DMA)方式：一种完全由硬件执行 I/O 交换的工作方式。在这种方式中，DMA 控制器从 CPU完全接管对总线的控制，内存/外设的地址和读/写控制信号均由 DMAC 提供，为高速外设
20、服务实现批量传送，因此传输速率可以达到最高。它不仅可以实现存储器与高速 I/O 直接交换信息，还可为存储器与存储器和高速的 I/O 与 I/O 之间实现数据直接交换。DMA 方式主要用于快速设备和主存储器成批交换数据的场合。 中断方式的优点是 CPU 效率高(相对程序查询方式)，实时性好，速度快；缺点是程序编制较为复杂，且需要支持中断的硬件。 DMA 的优点是除了准备和结束阶段外，传输过程中不需要 CPU 介入，传输速率高；缺点是硬件比较复杂，成本较高。12.某多重中断按优先级处理如下图所示，系统不设中断屏蔽，请解释图中各中断源的优先级。其中，、分别为各中断源的序号，其在请求中断时使用。 （分
21、数：4.00）_正确答案：()解析：由分析可知，中断源优先级顺序依次为。 因为： 在 t1 时刻，和同时请求，而响应，说明高于； 在 t2 时刻，正在为服务的时候请求，未得到响应，说明也高于，即高于和； 在 t3 时刻，为服务结束，响应，未响应，说明高于； 在 t4 时刻，正在为服务的时候请求； 在 t5 时刻，转到服务，说明高于，即高于，至此即得各中断源的优先级高低依次为。13.简述中断的作用与其支持的工作，至少叙述 5 个并举简例。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：“中断”是由 I/O 设备或其他非预期的急需处理的事件引起的，它使 CPU 暂时中断现在正在执行的程序，而转至另一服务
22、程序去处理这些事件，处理完后再返回原程序。 中断有如下作用： (1)CPU 与 I/O 设备并行工作。例如在中断方式下，CPU 与针式打印机并行工作。 (2)硬件故障处理。例如硬件出现某些故障，机器中断系统发出中断请求，CPU 响应中断后进行处理。 (3)实现人机交互。在计算机工作过程中，例如用户的键盘有键按下，可以采用中断方式与主机交互。 (4)实现多道程序和分时操作。计算机在运行多道程序时，需借助中断系统切换多道程序的运行。 (5)实现实时处理。例如，在某个计算机过程控制系统中，当出现压力过大、温度过高等情况时，可采用中断方式输入临界的危险数据，及时让计算机进行处理。 (6)实现应用程序与
23、操作系统的管态程序联系。例如在用户程序中安排一条“Trap”指令进入操作系统。 (7)多处理机系统中各处理机间的联系。在这种系统中，处理机与处理机之间的信息交流和任务切换可以通过中断来实现。 可以在以上选择 5 个回答。14.请画出中断判优的链式查询、独立请求和分组链式三种方式的示意图。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：画出示意图如下图所示。其中 IR 为中断请求输入线，IG 为中断许可输出线。 15.简述中断与 DMA 数据传送流程的 3 个阶段，设它们都只有单个外设。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：中断工作流程如下图 1 所示，通常一次完整的中断过程由中断请求、中断响应和
24、中断处理 3 个阶段组成。 图 1 中断判优查询(1)中断请求(INTR) 由中断源向 CPU 发送中断请求信号，并将中断字对应的该位(称中断允许触发器)置位，以保持请求状态。这项工作由外设及其接口完成。 (2)中断响应(INTA) 当满足中断响应的多个条件后 CPU 就响应中断。处理异常中断通常要经过如下几个步骤完成： 关中断； 保存断点和现场(CPU 必须保护的内容)； 判别中断源。 这 3 项工作由中断隐指令完成(即 CPU 硬件完成)，最后将中断服务程序的入口地址装入 PC。 (3)中断服务 保存用户现场(可能有更多的内容)； 为外设服务； 恢复现场； 开中断； 中断返回。 DMA 一
25、次数据传送流程的 3 个阶段如图 2 所示。 16.简述中断隐指令及其操作。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：CPU 响应中断之后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。这些操作是由硬件直接实现的，人们把它称为中断隐指令。中断隐指令并不是指令系统中的一条真正的指令，它没有操作码，所以中断隐指令是一种不允许、也不可能为用户使用的特殊指令。中断隐指令完成的操作主要有： (1)保存断点。为了保证在中断服务程序执行完毕后能正确返回原来的程序，必须将原来程序的断点(即程序计数器 PC 的内容)保存起来。断点可以压入堆栈，也可以存入主存的特定单元中。 (2)暂不允许中断。暂不允许中断即关中断。在中断
26、服务程序中，为了在保护中断现场(即 CPU 的主要寄存器状态)期间不被新的中断所打断，必须要关中断，从而保证被中断的程序在中断服务程序执行完毕之后能接着正确地执行下去。 (3)引出中断服务程序。将取出的中断服务程序入口地址送程序计数器 PC。对于向量中断和非向量中断，引出中断服务程序的方法是不相同的。17.简述外设申请中断后，CPU 响应中断应具备的条件(设系统中没有 DMA 和通道等)。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：当具备下面条件，CPU 才会响应中断： (1)中断处于允许(或称开放)状态，即 CPU 置其内的中断允许触发器为“1”。 (2)外设硬件或接口中的中断允许触发器处于“
27、1”状态，即为保持中断请求状态。 (3)外设硬件或接口中的中断屏蔽触发器处于“0”状态，即处于未被屏蔽状态。 (4)本条指令执行完毕。 (5)相对于正在处理的中断服务，中断的优先级更高。18.一次中断过程大致可以分为哪几个过程? （分数：4.00）_正确答案：()解析：主要有： 中断申请。 中断源查询与排队判先。 中断响应，包括关中断、保护断点。 中断处理，包括保护现场、中断服务。 中断返回。 若允许多级中断，还需在中断处理的保护现场后加开中断。19.简述中断服务程序与调用子程序的区别。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：计算机的中断处理过程类似于调用子程序的过程，比如，现行程序相当于主
28、程序，中断服务程序相当于子程序，但它们有本质上的区别： (1)子程序调用由程序员事先安排，而中断服务程序的执行则由随机的硬件中断事件引起。 (2)子程序的执行受到调用程序的控制，而中断服务程序可能与被中断的现行程序毫无关系。 (3)同时调用多个子程序的情况不会发生，但多个外设同时请求 CPU 为自己服务的情况很可能出现。 (4)获得被调用程序的起始地址方法不同，子程序由调用指令的地址码提供，中断服务程序一般由中断源硬件产生或由中断向量表提供。 (5)不同的子程序没有优先级和被屏蔽的问题，而不同的中断服务程序通常有优先级差关系，并有可能被主程序或高优先级的服务程序屏蔽。20.简述 DMA 与中断
29、的区别。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：DMA 与中断的区别如下表所示。 DMA 方式与程序中断方式的区别 比 IN DM较内容 T A 数据传送 由程序实现 由硬件实现 响应时间 指令周期结束 存取周期结束 处理异常情况 能 不能 中断请求 传送数据 释放总线 优先级 低 高 (1)中断传送过程需要 CPU 的干预，而 DMA 传送过程不需要 CPU 的干预，完全由硬件(DMAC)独立完成。 (2)CPU 对中断响应的时间只能发生在每条指令执行完毕，而对 DMA 响应的时间可以发生在每个机器周期的结束，如下图所示。 21.简述通道工作流程的 3 个阶段。 （分数：4.00）_正确答
30、案：()解析：通道工作流程的 3 个阶段如下： (1)预处理：用户程序中使用访管指令进入管理程序，由 CPU 通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。 (2)组织传送：通道处理机执行 CPU 为它组织的通道程序，完成指定的数据输入/输出工作。 (3)结束处理：通道程序结束后向 CPU 发中断请求。CPU 响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对中断请求进行处理。 这样，每完成一次输入/输出工作，CPU 只需要两次调用管理程序，大大减少了对用户程序的干扰。22.简述通道的功能。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：在具有通道的系统中，CPU 只负责“数据处理”，将“传输控制”
31、功能下放给通道，所以通道就具有如下功能： (1)接收 CPU 的 I/O 指令，并按指令的要求与指定的外设进行联系； (2)读取并执行通道程序，同时向设备控制器和设备发送各种命令； (3)控制数据传送，如为主存或外设装配和拆卸信息，提供数据中间缓存的空间以及指示数据存放的主存地址和传送的数据量； (4)读取外设的状态信息给 CPU，形成并保存通道本身的状态信息，根据要求将这些状态信息送到主存的指定单元，供 CPU 使用； (5)发出中断请求，能将外设和通道本身的中断请求按次序及时报告给 CPU。23.设某硬盘有 4 个磁头，10240 个柱面，每磁道 92 个扇区，每扇区可记录 512B，试计算该硬盘的容量。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：硬盘容量=柱面数每磁道扇区数磁头数每扇区字节数 =49210240512B=1.797GB
