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  • 天津大学信号与系统作业答案,包括第一章、第二章和第四章。
  • 第一章作业题目一题目二题目三题目四题目五 题目一 资源利用问题在不同的操作系统中以不同的形式出现。请指出下面哪些资源必须被仔细地管理:(请说明为什么) 主机系统或微型计算机 通过服务器连接的工作站 手持...

    题目一

    资源利用问题在不同的操作系统中以不同的形式出现。请指出下面哪些资源必须被仔细地管理:(请说明为什么)

    1. 主机系统或微型计算机
    2. 通过服务器连接的工作站
    3. 手持计算机
      答:
      1. 主机系统是一类单台可支持八颗以上处理器的高端服务器系统,是包括大型硬件平台和操作系统的一体化方案。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。以微处理器为基础,配以内存储器及输入输出接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。从定义上分析我们可以发现二者在以下资源方面被仔细地管理:内存、外存、CPU、I/O设备、网络
      2. 工作站是一种高端的通用微型计算机,也可以指终端机,所以以下资源方面需要被仔细地管理:内存和CPU
      3. 手持计算机就是指我们的笔记本电脑,由于笔记本电脑的体积有限,所以散热有限,这就使得我们在以下资源方面需要被仔细地管理:内存、网络、CPU和功率

    题目二

    请结合存储层次体系说明为何软盘这种存储介质会消亡
    答:
    存储层次结构中,从高层往底层走,存储设备变得更慢、更便宜和存储容量更大;软盘的存储容量极低,存储容量量级为KB/MB,且存取速度慢,与其他的存储介质来比,缺乏竞争力;软盘由于软盘读取方式的局限,磁头在读写软盘数据时必须接触碟片,而不是像硬盘那样悬空读写,因此软盘已经难以满足大量和高速的数据存储,而且软盘的存储稳定性也较差,一张正常的软盘,容易受到外界环境影响,如受热、受潮、多次读写,均使之寿命减少。软盘制作难以同时解决兼容性和速度容量两者直接的矛盾。随着光盘、U盘、移动硬盘等移动存储接口的应用,5.25英寸及8英寸的软盘已极为罕见,3.5英寸的软盘使用也渐被淘汰。

    题目三

    中断(Interrupt)有何作用? 陷阱(Trap)和中断有何区别? 用户程序能否有意地生成陷阱? 如果是,有什么目的?
    答:
    中断的主要作用是完成进程间切换,从而支持CPU和设备之间的并行;
    中断: 中断是异步发生的,是来自处理器外部的I/O设备的信号的结果,当从处理程序返回时,总是返回到下一条指令。中断通过中断向量表将控制传输给中断服务例程,中断向量表包括了所有设备服务例程的入口地址;中断体系结构必须保存被中断指令的地址;当一个中断正在被处理的时候,其他中断是被禁止的;操作系统是中断驱动的。
    陷阱: 陷阱是有意的异常,它是同步发生的,并且当从处理程序返回时,总是返回到下一条指令中。陷阱是因为错误或用户程序的特定请求所引起的软件产生中断。它是一种软件中断指令,通过这种指令,可以进行一个软件中断,导致CPU保存当前进程状态,然后可以使执行流程从用户态陷入内核态并把控制权转移给操作系统,调用操作系统执行,使得用户程序可以调用内核函数和使用硬件从而获得操作系统所提供的服务,比如用视频软件放一部电影,视频软件就发出陷阱使用显示器和声卡从而访问硬件。所以说用户程序可以有意地生成陷阱。
    区别: 中断是异步的,陷阱是同步的;陷阱是由软件引起的,中断是由硬件引起的;中断和陷阱的另一个重要差别是,CPU处理中断的过程中会屏蔽中断,不接受新的中断直到此次中断处理结束。而陷阱的发生并不屏蔽中断,可以接受新的中断。
    计算机有两种运行模式: 用户态,内核态。其中操作系统运行在内核态,在内核态中,操作系统具有对所有硬件的完全访问权限,可以使机器运行任何指令;相反,用户程序运行在用户态,在用户态下,软件只能使用少数指令,它们并不具备直接访问硬件的权限。

    题目四

    直接内存访问(DMA)主要用于高速 I/O 设备以避免增加 CPU 的执行负荷。

    1. CPU 如何与设备协作完成数据传输?

    2. CPU 如何知道内存操作已经结束?
      答:
      DMA的工作流程如下:

      1. 外设向DMAC发出请求
      2. DMAC通过HOLD向CPU发出总线请求
      3. CPU响应释放三根总线,并且发应答HLDA
      4. DMAC向外设发DMA应答
      5. DMAC发出地址、控制信号,为外设传送数据

      最后,传送完规定的数据之后,通过中断,DMAC向CPU发送HOLD信号要求CPU撤销HLDA信号,恢复对三总线的控制。
      CPU在数据传输开始和结束时都需要进行中断处理。

    题目五

    请说明 CPU 中提供双模式(User, Monitor)有什么用途?并分别举例说明哪些指令属于特权指令,哪些属于非特权指令(不少于 10 种指令)。
    答:
    通常将操作系统程序的运行状态称为内核态(或核心态、管态)。将用户程序的运行状态称为用户态(或目态)。这样做的目的时为了确保操作系统的正常运行,程序的执行空间分为内核空间和用户空间,各自按不同的权限运行。
    CPU处于内核态时,程序可以执行全部指令包括特权指令,使用所有资源,具有改变CPU状态的能力。
    CPU处于用户态时,程序只能执行非特权指令,如果用户程序执行特权指令,会导致非法执行而产生保护中断,继而转向操作系统的“用户非法执行特权指令”的异常处理程序进行处理。
    特权指令: 启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清理内存、加载程序状态字(PSW)、在进程间切换处理、建立存储键、停止一个中央处理器的工作、存取用于主存保护的寄存器、I/O控制、定时器管理、中断管理
    非特权指令: 访管指令、寄存器清零、取数指令、读时钟指令、算术运算指令、逻辑运算指令、存数指令

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  • 第一章作业

    千次阅读 2017-08-15 16:18:36
    判断信号是否是周期信号,如果是,周期是多少不要忘了我们有如下公式ejwt=coswt+jsinwte^{jwt} = coswt + jsinwt由此题哦我们积累一下关于小数的最小公倍数的计算方法,这种纯小数的最小公倍数通常为1由函数图像...

    判断一个信号是否是周期信号,如果是,周期是多少

    这里写图片描述

    不要忘了我们有如下公式

    ejwt=coswt+jsinwt

    这里写图片描述

    由此题哦我们积累一下关于小数的最小公倍数的计算方法,这种纯小数的最小公倍数通常为1

    这里写图片描述

    由函数图像写出函数表达式

    这个题关于阶跃函数的绘制提供了一个全新的思路

    这里写图片描述

    通过这个题熟悉一下窗口型周期信号的表示方式。特别是第二种比较常见。

    这里写图片描述

    根据抽样特性求积分

    我们在典型信号这一节已经介绍过了抽样特性了,下面我们对抽样特性进行一个整理

    这里写图片描述

    这一题考察的是组合抽样特性的叠加,拆开分别求积分。然后再相加,这是对 δ(t) δ(tt0) 分别求抽样特性之后叠加。

    这里写图片描述

    下面这个题增加了对单位冲击偶函数的抽样特性的考察,根据前面的总结我们也不难得出结论

    这里写图片描述

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  • Matlab画冲激信号,...信号与系统第matlab作业 2.1 离散卷积 MATLAB提供了conv函数可用来计算下面的卷积和 这里假设 和 都是有限长序列。如果 仅在 区间内为非零, 仅在 区间内为非零,那么 就仅在区间内为零...

    Matlab画冲激信号,stem方法,同一个窗口画多个坐标系, 0. 8 n ∗ [ u ( n ) − u ( n − 10 ) ] 0.8^n*[u(n)-u(n-10)] 0.8n[u(n)u(n10)]式子的正确画法

    信号与系统第二章matlab作业

    2.1 离散卷积

    MATLAB提供了conv函数可用来计算下面的卷积和
    这里假设 和 都是有限长序列。如果 仅在 区间内为非零, 仅在 区间内为非零,那么 就仅在区间内为零值。conv函数具体用法如下:
     C = conv(A, B) 计算序列A、B的卷积,C为卷积向量,其长度为length(A)+length(B)-1。

    1. x ( n ) = u ( n ) − u ( n )     ,    h ( n ) = 0. 8 n ∗ [ u ( n ) − u ( n − 10 ) ] x(n)=u(n)-u(n)\space \space \space , \space \space h(n)=0.8^n*[u(n)-u(n-10)] x(n)=u(n)u(n)   ,  h(n)=0.8n[u(n)u(n10)]
    matlab 命令行窗口
    
    
    		nx=0:3;
    		x=ones(1,length(nx));
    		nh=0:9;
    		h=exp(nh*log(0.8));
    		y=conv(x,h);
    		ny_min=min(nx)+min(nh);
    		ny_max=max(nx)+max(nh);
    		ny=ny_min:ny_max;
    		subplot(3,1,1);stem(nx,x);
    		xlabel('n');ylabel('x(n)');axis([ny_min,ny_max,0,max(x)]);
    		subplot(3,1,2);stem(nh,h); xlabel('n');ylabel('h(n)');axis([ny_min,ny_max,0,max(h)]); subplot(3,1,3);stem(ny,y);
    		xlabel('n');ylabel('x(n)*h(n)');axis([ny_min,ny_max,0,max(y)]);
    
    
    
    

    在这里插入图片描述
    这 里 画   h ( n ) = 0. 8 n ∗ [ u ( n ) − u ( n − 10 ) ]   所 用 的 原 理 是 : 这里画\space h(n)=0.8^n*[u(n)-u(n-10)] \space 所用的原理是:  h(n)=0.8n[u(n)u(n10)] 
    x n = e ? x^n=e^? xn=e?
    ? = l o g e x n ?=log_ex^n ?=logexn
    l o g e x n = n ∗ l o g e x log_ex^n=n*log_ex logexn=nlogex
    x n = e n ∗ l o g e x x^n=e^{n*log_ex} xn=enlogex
    M a t l a b : e n = = e x p ( n )   ,   其 中 n 可 以 为 向 量 , 数 组 , 矩 阵 l o g e N = = l o g ( N )   ,   其 中 N 可 以 为 向 量 , 数 组 , 矩 阵 所 以 :   x n = = e x p ( n ∗ l o g ( x ) ) Matlab:e^n==exp(n)\space ,\space 其中n可以为向量,数组,矩阵\\ log_eN==log(N) \space , \space 其中N可以为向量,数组,矩阵\\ 所以:\space x^n==exp(n*log(x)) Matlaben==exp(n) , nlogeN==log(N) , N xn==exp(nlog(x))
    2.     s u b p l o t ( l i n e , c o l u m n , c u r r e n t ) 2. \space \space \space subplot(line,column,current) 2.   subplot(line,column,current)
    其中line和col指定行和列,把窗口分成几个部分。
    分出来的每一块儿都有自己对应的 key(1<key<line*col) ,是从左到右,从上往下,current就是用这个key指定目前激活的画布区域
    比如:

    subplot( 2,2,2)
    

    把窗口分成了四个区域,并激活了第二个区域:
    在这里插入图片描述
    3.    a x i s ( [ x m i n , x m a x , y m i n , y m a x ] ) 3. \space \space axis([x_{min},x_{max},y_{min},y_{max}]) 3.  axis([xmin,xmax,ymin,ymax])
    就是指定 当前坐标区范围
    在三维空间还可以这样:    a x i s ( [ x m i n , x m a x , y m i n , y m a x , z m i n , z m a x ] ) \space \space axis([x_{min},x_{max},y_{min},y_{max},z_{min},z_{max}])   axis([xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax])
    4.    s t e m ( x , y ) : 画 冲 激 函 数 4. \space \space stem(x,y):画冲激函数 4.  stem(x,y):
    x,y可以是数组,向量,矩阵

    stem([0,1,2,3,4],[1,0.5,-0.25,-1,0])
    

    在这里插入图片描述

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  • 章作业参考答案 P162. b. c. e. d. 类似c)的做法 略 f. g. h. i. -6 -4 -2 0 2 4 6 t 2 x 1(t) -6 -5 -1 0 1 5 6 t 1 x 2(t) 同理 j. k. 同理 从而 l ) 另解 m. 令周期方脉冲 x 0(t) 则 -6 -3 -1/2 0 1/2 3 6 t...
  • 操作系统第章作业

    2020-04-06 21:14:05
    临界资源:次仅允许个进程使用的共享资源。 临界区:每个进程中访问临界资源的那段程序。 访问原则: 空闲让进,如果有若干进程要求进入空闲的临界区,次仅允许个进程进入。 忙则等待,任何时候,处于临界区内...

    什么是临界资源?什么是临界区?对临界资源的访问有哪些原则?
    临界资源:一次仅允许一个进程使用的共享资源。

    临界区:每个进程中访问临界资源的那段程序。

    访问原则:

    空闲让进,如果有若干进程要求进入空闲的临界区,一次仅允许一个进程进入。

    忙则等待,任何时候,处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区,则其他所有试图进入临界区的进程必须等待。

    有限等待,进入临界区的进程要在有限时间内退出,以便其他进程能及时进入自己的临界区。

    让权等待,如果进程不能进入自己的临界区,则应让出CPU,避免进程出现“忙等”现象。

    请给出P、V操作的定义。如何用P、V操作实现进程间的互斥?
    P的原语操作的动作是:

    sem减1

    若sem减1后仍大于或等于零,则进程继续执行

    若sem减1后小于零,则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中,然后转进程调度

    V原语操作的动作是:

    sem加1

    若相加结果大于零,则进程继续执行

    若想加结果小于或等于零,则该信号的等待队列中唤醒一等待进程,然后再返回原进程继续执行或转进程调度

    由于用于互斥的信号量sem与所有的并发进程有关,所以称之为公有信号量。公有信号量的值反映了公有资源的数量。只要把临区置于P(sem)和V(sem)之间,即可实现进程间的互斥,sem的初始值通常设置成1。

    使用P,V操作实现进程互斥时应该注意的是:

    每个进程中,用户实现互斥的P,V操作必须成对出现。先做P操作,进入临界区,后做V操作,出临界区。若有多个分支,要认真检查其成对性。

    P,V操作应分别紧靠临界区的头尾部,临界区的代码应尽可能短,不能出现有死循环。

    互斥信号量的初值一般为1。

    请用P、V操作写出一个不会出现死锁的哲学家进餐问题的解?
    至多只允许四个哲学家共同进餐,以保证至少有一个哲学家能进餐,最终会释放出它所使用过的两支筷子,从而可使更多的哲学家进餐。以下将以room作为信号量,只允许四个则学家同时进入餐厅就餐。这样就能保证至少有一个哲学家可以就餐而申请进入餐厅的哲学家进入room的等待队列。根据FIFO原则总会进入到餐厅就餐,因此不会出现饿死和死锁的现象。

    semaphore chopstick [5]={1,1,1,1,1};
    
    semaphore room=4;
    
    void philosopher(int i)
    
    {
    
    while(true)
    
    {
    
    think();
    
    wait(room);
    
    wait(chopstick[i]);
    
    wait(chopstick[(i+1)%5]);
    
    eat();
    
    signal(chopstick[i+1]%5);
    
    signal(chopstick[i]);
    
    signal(room);
    
    }
    }
    

    高级进程通信方式有哪几类?各自如何实现进程间通信?
    高级进程通信方式可以分为三大类,共享存储器系统,消息传递系统以及管道通信系统。

    在共享存储器系统中,进程通过共享内存中的存储区来实现通信。在通信系统中,进程间的数据交换以消息为单位,程序员直接利用系统提供的一组通信命令(原语)来实现通信。管道是用于连续读进程和写进程,以实现它们之间的通信的共享文件。向管道提供输入的发送进程(即写进程),以字符流形式将大量的数据送入管道,而接收管道输出的接收进程(即读进程)可以从管道中接收数据。

    有一个单向行驶的公路桥,每次只允许一辆汽车通过。当汽车到达桥头时,若桥上无车,便可上桥;否则需等待,直到桥上的汽车下桥为止。若每一辆汽车为一个进程,请用P、V操作保证汽车按要求过桥。
    本题中使用一个信号量m用于互斥过河。因为每次允许一辆汽车通过,所以m的初始值为1。

    semaphore m =1;
    
    main ()
    
    {
    
    cobegin
    
    passi ();
    
    ciend
    
    }
    
    passi ()
    
    {
    
    P(m);
    
    Pass the rive;
    
    V(m);
    
    }
    
    passi 表示第i辆车。
    

    有3个并发进程R、M、P,它们共享了一个可循环使用的缓冲区B,缓冲区B共有n个单元。进程R负责从输入设备读信息,每读一个字符后,把它存入到缓冲区B的一个单元中;进程M负责处理读入的字符;进程P负责把处理后的字符取出并打印输出。只有当缓冲区单元中的字符被进程P取出后,才又可用来存放下一次读入的字符。请用P、V操作为同步机制写出它们能正确并发执行的程序。

    semaphore buffer_number=n;
    
    semaphore char_number=0;
    
    semaphore man_number=0;
    
    main() 
    
    {
    
    cobegin
    
    R;M;P;
    
    coend
    
    }
    
    R() 
    
    {
    
    while(true)
    
    {
    
    P(buffer_number);
    
    read a char to buffer;
    
    V(char_number);      
    
    }
    
    }
    
    
    
    M() 
    
    {
    
    while(true)
    
    {
    
    P( char_number);
    
    manipulate to char;
    
    V( main_number);      
    
    }
    
    }
    
    
    
    P() 
    
    {
    
    while(true)
    
    {
    
    P( man_number);
    
    print to char;
    
    V( buffer_number);      
    
    }
    
    
    
    }
    
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