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与程序员及试题相比,高级程序员级硬件基础知识试题份是量还有小一些,试题难度也不大。存储器系统知识是考查的重点内容,I/O系统、虚拟内存、Cache检错校验码、系统可靠性等知识点值得关注
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硬件基础知识
第三章 硬件基础知识试题精解
与程序员及试题相比,高级程序员级硬件基础知识试题份是量还有小一些,试题难度也不大。
存储器系统知识是考查的重点内容,I/O 系统、虚拟内存、Cache 检错校验码、系统可靠性
等知识点值得关注。
1990-2000 年硬件基础知识试题,按涉及知识点统计,考查体系结构和主要部件的有 12 道题,
考查存储器系统的有 9 道题,考查安全性与可靠性的有 6 道题,考查体系结构其他基础知识的
有 5 道题,还有 3 道综合性试题涉及及并行处理、系统性能评价以及操作系统、网络。
3.1 计算机体系结构的主要部件
3.1.1 主要知识点
掌握机内代码、算术运算和逻辑运算等计算机基础知识,重点掌握海明校验码、循环冗余校
验码,系统结构,CPU,I/O 系统和总线结构等方面的知识。由于涉及的知识点较多,这里
主要介绍 I/O 系统,其他内容就不一一介绍了。
3.1.1.1 输入输出控制器
输入输出控制器,也称 I/O 模块,负责控制外部设备与主存储器、CPU 的寄存器之间的数据
交换。它通过系统接口(内部接口)与主机(CPU、主存储器)交互,通过设备接口(外部
接口)与各种外设打交道。
其主要功能有:①控制与定时。I/O 系统必须对通信进行控制和定时,以协调外设和内部资
源之间的通信流量,因为内部资源如主存、系统总线等被一系列的操作包括数据的输入输出
所共享。②与 CPU 通信。③与设备通信。I/O 系统与外设之间交换控制命令、状态住处以及
数据。④数据通信缓冲。I/0 系统需要数据缓冲寄存器来暂存数据,以此来适应通信双方速
率的不匹配,从而提高主机利用率。⑤错误检测机制。外设和主机进行数据交换的过程中可
能会产生错误,通常使用奇偶校验码、CRC 循环冗余校验码进行检测和纠正。
3.1.1.2 输入输出的工作方式。
输入输出系统主要有 3 种方式与主机交换数据。
(1) 程序控制方式
输入输出完全由 CPU 控制,在整个 I/O 过程中 CPU 必须等待而不能进行其他工作,无法充
分发挥 CPU 高速的处理能力。CPU 发出 I/O 命令,命令中包含了外设的地址信息和所要执
行的操作,相应的 I/O 系统将执行命令并设置状态寄存器。CPU 不停地定期地查询 I/O 系统
以确定该操作是否已经守成。当有多个外设需要和主机交换数据时,CPU 必须定期轮询外
设,以确定每个外设的状态。其查询方式可以分为两类:串行点名和并行查询。
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硬件基础知识
(2) 程序中断方式
CPU 利用中断方式完成数据的输入/输出。当 I/O 系统与外设交换数据时,CPU 无需等待也
不必查询 I/O 的状态,而可以处理其他任务。当 I/O 系统完成了数据传输后,则以中断信号
通知 CPU。CPU 保存正在扭亏为盈行程序的现场后,转入 I/O 中断服务程序完成与 I/O 系统
的数据交换,再返回原主程序继续执行。与程序控制方式相比,中断方式因为 CPU 无需等
待而提高的效率。
在系统中具有多个中断源的情况下,常用处理方法有多中断信号线法、中断软件查询法、雏
菊链法、总线仲裁法和中断向量表法。
(3) DMA 方式
CPU 只是在数据传输前和完成后才介入,而数据的传输过程由 DMA 控制器来管理,无需
CPU 参与。数据直接写入或读出主存储器,不再经 CPU 中转。
中断法虽然比程序控制法更加有效,但两者都是由软件来完在数据的传输,难以胜任高速的
数据传输需求。在主存和 I/O 模块之间进行数据交换仍需由 CPU 控制,并且每一数据都需
经过 CPU 中转。因此不仅影响了 CPU 的工作,也降低了 I/O 数据传输率。
DMA 方法使用 DMA 控制器(DMAC)来控制和管理数据传输。DMAC 和 CPU 共享受系统
总线,并且具有独立访问存储器的能力。在进行 DMA 传输时,CPU 放弃对系统总线的控制
而由 DMAC 来控制总线,由 DMAC 提供存储器地址及必需的读写控制信号,实现外设与存
储器之间的数据交换。
DMAC 获取总线的 3 种方式:
① 暂停方式。DMAC 请求 CPU 让出系统总线,由 DMAC 使用,直到一组数据全部传送完
毕后,再把总线控制权还给 CPU。
② 周期窃取方式。请求 CPU 进入空闲态,暂时放弃总线,插入一个 DMAC 周期,传送完一
个字后,把总线还给 CPU。
③ 共享方式。在 CPU 不使用总线时,DMAC 进行 DMA 传输。
DMA 的 3 种组织方式:
① 单总线分离 DMA 方式;
② 单总线集成 DMA 方式;
③ I/O 总线方式
3.1.2 试题解析
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硬件基础知识
根据考试大纲,存储器系统知识已作为独立的一个大项,所以有关计算机体系结构和主要部
件的内容相对少了,归到此类的试题也就不多了。从历年试题统计(见表 3-1)来看,数据
校验方法(特别是海明码和循环冗余校验码)、I/O 系统控制方式(特别是 DMA)是反复考
查的重点,而考查具体外部设备知识的试题很少,这也反映了对高级程序员的要求较高。值
得一提的是,2000 年度试题 9 与 1991 年试题 9 考查的内容基本相同。
试题 1 (2000 年试题 9)
从供选择的答案中,选出应填入叙述中{ }内的最确切的解答,把相应编号写在答卷的对应
栏内。
直接存储器访问(DMA)是一种快速传送大量数据常用的技术。工作过程大致如下:
1. 向 CPU 申请 DMA 传送。
2. 获 CPU 申请 DMA 控制器接管 A 的控制权。
3. 在 DMA 控制器的控制下,在存储器和 B 之间直接进行数据传送,在传送过中不需要 C
的参与。开始时需提供要供送的数据的 D 和 E 。
4. 传送结束后,向 CPU 返回 DMA 操作完成信号。
供选择的答案
A:①系统控制台 ②系统总线 ③ I/O 控制器 ④中央处理器
B:①外部设备 ②运算器 ③缓存 ④中央处理器
C:①外部设备 ②系统时钟 ③系统总线 ④中央处理器
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硬件基础知识
D:①结束地址 ②起始地址 ③设备类型 ④数据速率
E:①结束地址 ②设备类型 ③数据长度 ④数据速率
[解析]
这是一道考查 DMA 方式的概念题,内容单一,解答起来容易,具体知识请参见
3。1。1。2 节有关 DMA 的内容,以及本节试题 10(1991 年试题 9)。
[答案]A:② B:① C:④ D:② E:③
试题 2 (1999 试题 11)
从供选择的答案中,选出应填入下面叙述中{ }内的最确切的解答,把相应编号定在答卷的
对应栏内。
计算机中常用一种检错码是 CRC,即 A 码。在进行编码过程中要使用 B 运算。假设使用的
生成多项式是 G(x)=x
4
+x
3
+x+1。原始报文为 11001010101,则编码后的报文为 C
。CRC 码 D 的说法是正确的。
在无线电通信中采用 7 中取 3 定比码,它规定码字长为 7 位,并且其中总有且仅有 3
个"1"。
这种码的编码效率为 E 。
供选择的答案
A:①水平垂直奇偶校检 ②循环求和 ③循环冗余 ④正比率
B:①模 2 除法 ②定点二进制除法 ③二-十进制除法 ④循环移位法
C:① 1100101010111 ②110010101010011 ③11001010101011100
④110010101010101
D:①可纠正一位差错 ②可检测所有偶数位错 ③可检测所有小于校验位长度的突发错④可
检测所有等于、小于校验位长度的突发错
E:① 3/7 ②4/7 ③log
2
3/log
2
7 ④(log
2
35)/7
[解析]
计算机在存储和传送数据的过程中,为了保证数据的准确性,一般要进行数据校验和纠错。
CRC(循环冗余)码是一种常见的校错码。
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