解：（1）根据每字块有8个字，每字32位（4字节），得出主存地址字段中字块内地址为3+2=5位。
根据Cache容量为16KB=214B，字块大小为8*32/8=32=25B，得Cache地址共14位，
14-59
Cache共有2=2块。
根据四路组相联映射，Cache共分为29/22=27组。
根据主存容量为4MB=2B，得主存地址共22位，主存字块标记为22-7-5=10位，故
主存地址格式为：
主存字块标记（10位） 组地址（7位） 字块内地址（5位） （2）由于每个字块中有8个字，而且初态为空，因此CPU读第0号单元时，未命中，必须访问主存，同时将该字所在的主存块调入Cache第0组中的任一块内，接着CPU读第
1~7号单元时均命中。同理，CPU读第8，16，…，88号时均未命中。可见，CPU在连续读90个字中共有12次未命中，而后8次循环读90个字全部命中，命中率为：
90?8?1290?8?0.98422
（3）设Cache的周期为t，则主存周期为6t，没有Cache的访问时间为6t*90*8，有Cache的访问时间为t（90*8-12）+6t*12，则有Cache和无Cache相比，速度提高的倍数为：
6t?90?8(90?8?12)t?6t?12?1?5.54
33．简要说明提高访存速度可采取的措施。
答：提高访存速度可采取三种措施：
（1）采用高速器件。即采用存储周期短的芯片，可提高访存速度。
（2）采用Cache。CPU最近要使用的信息先调入Cache，而Cache的速度比主存快得多，这样CPU每次只需从Cache中读写信息，从而缩短访存时间，提高访存速度。
（3）调整主存结构。如采用单体多字或采用多体结构存储器。
38. 磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分，问：
（1）共有多少存储面可用？ （2）共有多少柱面？
（3）盘组总存储容量是多少？ （4）数据传输率是多少？ 解：（1）共有：6×2=12个存储面可用。 （2）有效存储区域=（33-22）/ 2 = 5.5cm 柱面数 = 40道/cm × 5.5= 220道 （3）内层道周长=?×22=69.08cm
道容量=400位/cm×69.08cm= 3454B 面容量=3454B×220道=759，880B
盘组总容量=759，880B ×12面= 9，118，560B （4）转速 = 3600转 / 60秒 = 60转/秒
数据传输率 = 3454B × 60转/秒 = 207，240 B/S
39. 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每道记录信息12 288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求：
（1）磁盘存储器的存储容量。
（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。
（3）磁盘数据传输率。 （4）平均等待时间。 解：（1）存储容量 = 275道×12 288B/道×4面 = 13 516 800B （2）最高位密度 = 12 288B/（?×230）= 17B/mm = 136位/mm（向下取整）
最大磁道直径=230mm+2×275道/(5道/mm) = 230mm + 110mm = 340mm
最低位密度 = 12 288B /(?×340)= 11B/mm = 92位 / mm （向下取整） （3）磁盘数据传输率= 12 288B × 3000转/分=12 288B × 50转/秒=614 400B/s （4）平均等待时间 = 1s/50 / 2 = 10ms
第5章 输入输出系统
1. I/O有哪些编址方式？各有何特点？
解：常用的I/O编址方式有两种： I/O与内存统一编址和I/O独立编址。 特点：I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O设备和主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。
I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。
2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？ 答： CPU与I/O之间传递信息常采用三种联络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为：
直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。
同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。
异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
6. 字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器，各有何作用？
解：显示缓冲存储器的作用是支持屏幕扫描时的反复刷新；只读存储器作为字符发生器使用，他起着将字符的ASCII码转换为字形点阵信息的作用。
8. 某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。字符信息的格式为1位起始位、7位数据位、1位校验位和1位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？
解：480×10=4800位/秒=4800波特
波特——是数据传送速率波特率的单位。
10. 什么是I/O接口，与端口有何区别?为什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？
解：I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件，而端口是指I/O接口内CPU能够访问的寄存器，端口加上相应的控制逻辑即构成I/O接口。
I/O接口分类方法很多，主要有：
（1）按数据传送方式分有并行接口和串行接口两种；
（2）按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。
12. 结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。
解：程序查询接口工作过程如下（以输入为例）：
1）CPU发I/O地址设备开始工作；地址总线?接口?设备选择器译码?选中?发SEL信号； 2）CPU发启动命令 DBR?开命令接收门； ? D置0，B置1 ? 接口向设备发启动命令；3）CPU等待，输入设备读出数据；4）外设工作完成，B置0，D置1；5）准备就绪信号?接口?完成信号?控制总线? CPU；6）输入：CPU通过输入指令（IN）将DBR中的数据取走。
若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作与输入类似。工作过程如下：
开命令接收门；?选中，发SEL信号?设备选择器译码?接口?地址总线?1）CPU发I/O地址 2）输出： CPU通过输出指令（OUT）将数据放入接口DBR中；设备开始工作；?接口向设备发启动命令? D置0，B置1 ? 3）CPU发启动命令 4）CPU等待，输出设备将数据从 DBR取走； B置0，D置1；?接口? 5）外设工作完成，完成信号 CPU，CPU可通过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。?控制总线?6）准备就绪信号。
13. 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。 解：中断向量地址和入口地址的区别：
向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存地址编号，中断入口地址是中断服务程序首址。
中断向量地址和入口地址的联系：
中断向量地址可理解为中断服务程序入口地址指示器（入口地址的地址），通过它访存可获得中断服务程序入口地址。 (两种方法：在向量地址所指单元内放一条JMP指令；主存中设向量地址表。参考8.4.3）
14. 在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？
解：I/O设备向CPU提出中断请求的条件是：I/O接口中的设备工作完成状态为1（D=1），中断屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU查询中断时，中断请求触发器状态为1（INTR=1）。
15. 什么是中断允许触发器？它有何作用？
解：中断允许触发器是CPU中断系统中的一个部件，他起着开关中断的作用（即中断总开关，则中断屏蔽触发器可视为中断的分开关）。
16. 在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？
解：CPU响应I/O中断请求的条件和时间是：当中断允许状态为1（EINT=1），且至少有一个中断请求被查到，则在一条指令执行完时，响应中断。
17. 某系统对输入数据进行取样处理，每抽取一个输入数据，CPU就要中断处理一次，将取样的数据存至存储器的缓冲区中，该中断处理需P秒。此外，缓冲区内每存储N个数据，主程序就要将其取出进行处理，这个处理需Q秒。试问该系统可以跟踪到每秒多少次中断请求？
解：这是一道求中断饱和度的题，要注意主程序对数据的处理不是中断处理，因此Q秒不能算在中断次数内。
N个数据所需的处理时间=P×N+Q秒 平均每个数据所需处理时间= （P×N+Q）/N秒
求倒数得：该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/（P×N+Q）次。
19. 在程序中断方式中，磁盘申请中断的优先权高于打印机。当打印机正在进行打印时，磁盘申请中断请求。试问是否要将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行？为什么？
解：这是一道多重中断的题，由于磁盘中断的优先权高于打印机，因此应将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行。因为打印机的速度比磁盘输入输出的速度慢，并且暂停打印不会造成数据丢失。
26. 什么是多重中断？实现多重中断的必要条件是什么？
解：多重中断是指：当CPU执行某个中断服务程序的过程中，发生了更高级、更紧迫的事件，CPU暂停现行中断服务程序的执行，转去处理该事件的中断，处理完返回现行中断服务程序继续执行的过程。
实现多重中断的必要条件是：在现行中断服务期间，中断允许触发器为1，即开中断。
28. CPU对DMA请求和中断请求的响应时间是否一样？为什么？ 解： CPU对DMA请求和中断请求的响应时间不一样，因为两种方式的交换速度相差很大，因此CPU必须以更短的时间间隔查询并响应DMA请求。响应中断请求是在每条指令执行周期结束的时刻，而响应DMA请求是在存取周期结束的时刻。
中断方式是程序切换，而程序又是由指令组成，所以必须在一条指令执行完毕才能响应中断请求，而且CPU只有在每条指令执行周期结束的时刻才发出查询信号，以获取中断请求信号，若此时条件满足，便能响应中断请求。
DMA请求是由DMA接口根据设备的工作状态向CPU申请占用总线，此时只要总线未被CPU占用，即可立即响应DMA请求；若总线正被CPU占用，则必须等待该存取周期结束时，CPU才交出总线的使用权。
30. DMA的工作方式中，CPU暂停方式和周期挪用方式的数据传送流程有何不同？画图说明。
解：两种DMA方式的工作流程见如下，其主要区别在于传送阶段，现行程序是否完全停止访存。
停止CPU访存方式的DMA工作流程如下：
现行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O
B C D 周期窃取方式的DMA工作流程如下：
现行程序 CPU DMAC I/O CPU DMAC I/O
B C D
31. 假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40 000次/秒，而相应的中断处理程序其执行时间为40?s，试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么？ 解：该设备向CPU传送信息的时间间隔 =1/40000=0.025×10-3=25 ? s < 40?s
则：该外设不能用程序中断方式与主机交换信息，因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。
32. 设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1K字节，主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位（即每次传送16位）。假设一条指令最长执行时间是25?s，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？ 解：先算出磁盘传送速度，然后和指令执行速度进行比较得出结论。
道容量= 1K ×8 ×8 位= 8KB = 4K字 数传率=4K字×3000转/分=4K字×50转/秒 =200K字/秒
一个字的传送时间=1/200K秒? 5?s （注：在此1K=1024，来自数据块单位缩写。）