计算机组成原理答案(高教版)

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1、2019/1/18,1,什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？ 解： 总线:是多个部件共享的传输部件。 总线传输的特点：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，即分时使用。 为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通，由三态门的控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出。当控制端无效时，寄存器和总线之间呈高阻状态。 讲评： 围绕“为减轻总线负载”的几种说法： 应对设备按速率进行分类，各类设备挂在与自身速率相匹配的总线上; 应采用多总线结构； 总线上只连接计算机的五大部件； 总线上的部件应为低功耗部件。 上述措施都无法从根上（工程上）解决问题，且增加

2、了许多不必要（或不可能）的限制。 总线上的部件应具备机械特性、电器特性、功能特性、时间特性这是不言而喻的。,2019/1/18,2,2. 总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用，是单向的，还是双向的，它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？,分类：按数据传输方式，可分为并行传输总线和串行传输总线。 按使用范围，可分为计算机总线，控制总线，网络通信总线。 按连接部件，可分为片内总线，系统总线，通信总线。 系统总线指CPU，主存，I/O各大部件之间的信息传输线，按系统总线传输信息的不同，分为数据总线，地址总线，控制总线。 数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，是

3、双向传输总线，其位数与机器字长，存储字长有关，一般为8位，16位或32位。 地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据在贮存单元的地址，是单向传输的，其位数与存储单元的个数有关（几次幂的关系） 控制总线：用来发出各种控制信号的，对任意控制线，是单向的；对与机器字长，存储字长，存储单元无关系。,2019/1/18,3,3. 常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。,常用的总线结构有单总线结构，双总线结构，三总线结构，四总线结构。 单总线结构：将CPU，主存，I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O之间或I/O与主存之间直接交换信息。因为所有的传送都通过这组共享总

4、线，极易形成计算机系统的瓶颈，不允许两个以上部件在同一时刻向总线传输信息，必然会影响系统工作效率的提高. 双总线结构：双总线结构的特点是将速度较低的设备从总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构，见课本图3.5。其中通道是一个具有特殊功能的处理器，CPU将一部分功能下放给通道，使其对I/O设备具有统一管理的功能，系统的吞吐能力可以相当大。如果将不同速率的I/O设进行分类，然后将它们连接在不同的通道上，将成为总线结构。 三总线结构：图3.6：主存总线用于CPU与主存间的传输；I/O总线供CPU与各类I/O之间传递信息，DMA总线用于高速外设（磁盘，磁带等）与主存之间直接交换信息。图3.

5、7:处理器于高速缓冲存储器Cache之间怎叫一条局部总线，Cache可以通过系统总线与主存传输信息，I/O 与主存之间也不必通过CPU。还有一条扩展总线，可以支持相当多的I/O设备。 四总线结构（见图3.8）在三总线基础上，增加一条与计算机系统机密相连的高速总线，这种结构对高速设备而言，其自身的工作可以很少依赖处理器，同时他们又比扩展总线上的设备更贴近处理器。,2019/1/18,4,4. 为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？ 解： 总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题； 常见的集中式总线控制有三种

6、： 链式查询方式： 只需1 根总线请求线（BR），1 根总线忙线（BS）和1 根总线同意线（BG）。BG 线像链条一样，串连所有的设备，设备的优先级是固定的，结构简单，容易扩充设备，但对电路故障十分敏感，一旦第i 个设备的接口电路有故障，则第i 个设备以后的设备都不能进行工作。 计数器定时查询方式： 总线请求（BR）和忙（BS）线是各设备共用的，但还需log2N（N为设备数）根设备地址线实现查询。设备的优先级可以不固定，控制比链式查询复杂，电路故障不如链式查询方式敏感。 独立请求方式： 控制线数量多，N 个设备共有N 根总线请求线和N 根总线同意线。总线仲裁线路更复杂，但响应时间快，且设备优先

7、级的次序控制灵活，可以预先固定，也可通过程序来改变优先次序，还可在必要时屏蔽某些设备的请求。,2019/1/18,5,5. 解释下列概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期和总线的通信控制。 解： 总线宽度总线一次能够同时传输的二进制数据位数； 总线带宽总线每秒钟能够传送的二进制位数（或字节数）； 总线复用一根信号线上分时传送两种信号； 总线的主设备（主模块）指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备（模块）； 总线的从设备（从模块）指一次总线传输期间，配合主设备完成传输的设备（模块），它只能被动接受主设备发来的命令； 总线的传输周期

8、总线完成一次完整而可靠的传输所需时间； 总线的通信控制指总线传送过程中双方的时间配合方式。,2019/1/18,6,6. 试比较同步通信和异步通信。 解： 同步通信由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合； 异步通信不由统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率,2019/1/18,7,7.画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互锁关系。,2019/1/18,8,8. 为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点

9、？ 解： 半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。,2019/1/18,9,9. 分离式通讯有何特点，主要用于什么系统？,答：分离式通讯的特点是： （1）各模块欲占用总线使用权都必须提出申请； （2）在得到总线使用权后，主模块在先定的时间内向对方传送信息，采用同步方式传送，不再等待对方的回答信号； （3）各模块在准备数据的过程中都不占用总线，使总线可接受其它模块的请求； （4）总线被占用时都在做有效工作，或者通过它发送命令，或者通过它传送数据，不存在空闲等待时间，充分利用了总线的占用，从而实现了总线在多个主、从模块间进行信息交

10、叉重叠并行传送。 分离式通讯主要用于大型计算机系统。,2019/1/18,10,10. 什么是总线标准？为什么要设置总线标准？你知道目前流行的总线标准有哪些？什么叫即插即用？哪些总线有这一特点？ 解： 总线标准：系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。 总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题； 目前流行的总线标准有：ISA、EISA、PCI等； plug and play即插即用，无需特殊配置，直接使用，EISA、PCI等具有此功能。,2019/1/18,11,11.画一个具有双向传送功能的总线逻辑框图。 解： 在总线的两端分别配置三态门，就可使总线具有双向传送功能，

11、如图所示。,2019/1/18,12,12. 在数据总线上接有A、B、C、D 四个寄存器，画出满足下列要求的电路框图： （1）在同一时间实现DA，DB，DC 寄存器间的传送。 解： 图中T 控制三态门打开，将D 寄存器中的内容送至总线，并由m 脉冲同时打入到A、B、C 寄存器中。T 和m 的时间关系如图中所示。,2019/1/18,13,（2）要求 T0 时刻完成D总线 T1 时刻完成总线A T2 时刻完成A总线 T3 时刻完成总线B 解：三态门1 受T0T1 控制，以确保T0 时刻D 总线， 以及T1 时刻总线 接收门1 A。 三态门2 受T2T3 控制，以确保T2 时刻A总线， 以及T3

12、时刻总线 接收门2 B。,2019/1/18,14,13. 什么是总线的数据传输率，它与哪些因素有关？,答：总线数据传输率即总线带宽，指单位时间内总线上传输数据的位数，通常用每秒传输信息的字节数来衡量。它与总线宽度和总线频率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高。,2019/1/18,15,3.14 假设总线的时钟频率为8MHz，且一个总线时钟周期为一个总线传输周期。若在一个总线传输周期可并行传送2个字节的数据，求该总线的带宽，并分析哪些因素影响总线的带宽。 解： 总线的带宽是指单位时间内总线上可传输的数据位数，通常用每秒传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒（Bps）表示。 由时钟频

13、率f=8MHz，可得时钟周期T =1/f，根据题目假设的条件，一个总线传输周期为一个时钟周期，且在一个总线传输周期传输2个字节数据，故总线带宽为： 2B/T =2Bf = 2B8106/s =16MBps 影响总线带宽的因素有：总线宽度、传输距离、总线发送和接收电路工作频率的限制以及数据传输形式等。,2019/1/18,16,3.15 在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHz，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，试求总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，可采取什么措施？ 解： 最大数据传输率为：（66MHz/4）（32/8）=66MBps 若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频

14、率、增大总线宽度或者减少总线传输周期包含的时钟周期个数。,2019/1/18,17,3.16 在异步串行传输系统中，若字符格式为：1位起始位，8位数据位，1位校验位，2位终止位，假设要求每秒传送120个字符，求这时的波特率和比特率。 解：根据题目给出的字符格式，有效数据位为8位，而传送一个字符需1+8+1+2=12位， 故波特率为：12012 =1440bps 比特率为：1440（8/12）=960bps,2019/1/18,18,什么是总线的负载能力？ 解： 总线的负载能力即驱动能力，是指当总线接上负载后，总线输入输出的逻辑电平是否能保持在正常的额定范围内。 例如， PC总线的输出信号为低电

15、平时，要吸入电流，这时的负载能力即指当它吸收电流时，仍能保持额定的逻辑低电平。 总线输出为高电平时，要输出电流，这时的负载能力是指当它向负载输出电流时，仍能保持额定的逻辑高电平。 由于不同的电路对总线的负载是不同的，即使同一电路板在不同的工作频率下，总线的负载也是不同的，因此，总线负载能力的指标不是太严格的。通常用可连接扩增电路板数来反映总线的负载能力。,2019/1/18,19,CPU 片内总线，为了减轻总线负载且避免多个部件同时占用总线，总线上的部件应具备什么特点？ 解： 在每个需要将信息送至总线的寄存器输出端接三态门，由三态门的控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出。当控制端无效时，寄存器和

16、总线之间呈高阻状态。,2019/1/18,20,下列选项中的英文缩写均为总线标准的是（ ） A：PCI、CRT、USB、EISA B：ISA、CPI、VESA、EISA C：ISA、SCSI、RAM、MIPS D：ISA、EISA、PCI、PCI-Express,2019/1/18,21,画图说明用异步串行传输方式发送8 位二进制数据（十六进制表示为95H）。要求字符格式为：1 位起始位，8 位数据位，1 位偶校验位，1 位终止位。 解： 异步串行传送在起始位之后传输的是数据位的最低位（95H 的最低位D0=1），而且数据位的最高位（95H 的最高位D7=1）传输之后传输校验位，最后是终止位。数据95H 的偶校验位为0，其波形图如图所示。,