计算机组成原理答案(高教版).ppt

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1、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？备什么特点？解：解：2.总线总线:是多个部件共享的传输部件。是多个部件共享的传输部件。3.总线传输的特点总线传输的特点：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，即分时使用。：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，即分时使用。4.为了减轻总线负载为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通，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，寄由三态门的控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出

2、。当控制端无效时，寄存器和总线之间呈高阻状态。存器和总线之间呈高阻状态。讲评：讲评：围绕围绕“为减轻总线负载为减轻总线负载”的几种说法：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；应采用多总线结构；总线上只连接计算机的五大部件；总线上只连接计算机的五大部件；总线上的部件应为低功耗部件。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，且增加了许多不必要（或不可能）上述措施都无法从根上（工程上）解决问题，且增加了许多不必要（或不可能）的限制。的限制。总线上的部件应具备机械

3、特性、电器特性、功能特性、时间特性这是不言而喻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。的。2/23/202312.2.总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它总线如何分类？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？储字长、存储单元有何关系？分类：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。按使用范围，可分为计

4、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。按连接部件，可分为片内总线，系统总线，通信总线。系统总线系统总线指指CPU，主存，主存，I/O各大部件之间的信息传输线，按系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。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，是双向传输数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线，其位数与机器字长，存储字长有关，一般为总线，其位数与机器字长，存储字长有关，一般为8位，位，16位位或或32位。位。地址总线：用来指出数据

5、总线上的源数据或目的数据在贮存单地址总线：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）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。的；对与机器字长，存储字长，存储单元无关系。2/23/202323.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。么影响？举例说明。常用的总线结构有单

6、总线结构，双总线结构，三总线结构，四总线结构。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：将单总线结构：将CPU，主存，主存，I/O设备都挂在一组总线上，允许设备都挂在一组总线上，允许I/O之间之间或或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线，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

7、从总线上分离出双总线结构：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，形成主存总线与来，形成主存总线与I/O总线分开的结构，见课本图总线分开的结构，见课本图3.5。其中通道是一。其中通道是一个具有特殊功能的处理器，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。结构。三总线结构：图三总线结构：图

8、3.6：主存总线用于：主存总线用于CPU与主存间的传输；与主存间的传输；I/O总线供总线供CPU与各类与各类I/O之间传递信息，之间传递信息，DMA总线用于高速外设（磁盘，磁带等）总线用于高速外设（磁盘，磁带等）与主存之间直接交换信息。图与主存之间直接交换信息。图3.7:处理器于高速缓冲存储器处理器于高速缓冲存储器Cache之间之间怎叫一条局部总线，怎叫一条局部总线，Cache可以通过系统总线与主存传输信息，可以通过系统总线与主存传输信息，I/O与与主存之间也不必通过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。还有一条扩展总线，可以支持相当多的I/O设备。设备。四总线结构（见

9、图四总线结构（见图3.8）在三总线基础上，增加一条与计算机系统机密）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。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。2/23/202334.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？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：解：总线

10、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；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：常见的集中式总线控制有三种：链式查询方式：链式查询方式：只需只需1根总线请求线（根总线请求线（BR），），1根总线忙线（根总线忙线（BS）和）和1根总线同意线根总线同意线（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，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，但结构简单，容易扩充设备，但对电路故障十分敏感对电路故障十分敏感，一旦第，一旦第i 个设备的个设备的接口电路有故障，则第接口电路有故障，则第i 个设

11、备以后的设备都不能进行工作。个设备以后的设备都不能进行工作。计数器定时查询方式：计数器定时查询方式：总线请求（总线请求（BR）和忙（）和忙（BS）线是各设备共用的，但还需）线是各设备共用的，但还需log2N（N为设为设备数）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。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：独立请求方式：控制线数量多，控制线数量多，N 个设备共有个设备共有N 根总线请求线和根总线请求线和N 根总线同意线。总根总线同意线。总线仲裁线路更复杂，但线仲裁线路

12、更复杂，但响应时间快响应时间快，且设备优先级的次序控制灵活，且设备优先级的次序控制灵活，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。些设备的请求。2/23/202345.解释下列概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备解释下列概念：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（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。总线的通信控制。解：解：总线宽度总线宽度总线一次能够同时传输的二进制数据位数；总线一次能够同时传输的

13、二进制数据位数；总线带宽总线带宽总线每秒钟能够传送的二进制位数（或字节数）；总线每秒钟能够传送的二进制位数（或字节数）；总线复用总线复用一根信号线上分时传送两种信号；一根信号线上分时传送两种信号；总线的主设备（主模块）总线的主设备（主模块）指一次总线传输期间，拥有总线控指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备（模块）；制权的设备（模块）；总线的从设备（从模块）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；完成传输的设备（模块），它只能被动接受主设备发来的命令；总线的传输周期总线的传输周期总线完成一次完整

14、而可靠的传输所需时间；总线完成一次完整而可靠的传输所需时间；总线的通信控制总线的通信控制指总线传送过程中双方的时间配合方式。指总线传送过程中双方的时间配合方式。2/23/202356.试比较同步通信和异步通信。试比较同步通信和异步通信。解：解：同步通信同步通信由统一时钟控制的通信，控制方式简单，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；线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合；异步通信异步通信不由统一时钟控制的通信，部件间采用不由统一时钟控制的通信，部件间采用

15、应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，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线工作效率2/23/202367.画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互锁关系。锁关系。2/23/202378.为什么说半同步通信同时保留了同步通信和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？异步通信的特点？解：解：半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟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控制，又能像异步通信那

16、样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。一致，因此工作效率介于两者之间。2/23/202389.分离式通讯有何特点，主要用于什分离式通讯有何特点，主要用于什么系统？么系统？答：分离式通讯的特点是：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；）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）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；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）各模块在准备数据的过程中都不占用总

17、线，使总线可接受其它模块的请求；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）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，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、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叉重叠并行传送。从模块间进行信息交叉重叠并行传送。分离式通讯主要用于大型计算机系统。分离式通讯主要用于大型计算机系统。2/23/2023910.什么是总线标准？为什么要设置总线标准？你知道什么是总线标准？为什么要设置总线标准？你知道目前流行的总线标准

18、有哪些？什么叫即插即用？哪些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？总线有这一特点？解：解：总线标准：总线标准：系统与各模块、模块与模块之间的一个互系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。连的标准界面。总线标准的设置总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；兼容问题；目前目前流行的总线标准流行的总线标准有：有：ISA、EISA、PCI等；等；plugandplay即插即用，无需特殊配置，直接即插即用，无需特殊配置，直接使用，使用，EISA、PCI等具有此功能。等具有此功能。2/23/20231011.画一个具有双向传

19、送功能的总线逻辑框图。画一个具有双向传送功能的总线逻辑框图。解：解：在总线的两端分别配置三态门，就可使总线具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，如图所示。有双向传送功能，如图所示。2/23/20231112.在数据总线上接有在数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器，画出满足下列四个寄存器，画出满足下列要求的电路框图：要求的电路框图：（1）在同一时间实现）在同一时间实现DA，DB，DC寄存器间的传送。寄存器间的传送。解：解：图中图中T 控制三态门打开，将控制三态门打开，将D寄存器中的内容送至总线，并由寄存器中的内容送至总线，并由m 脉冲同时打入到脉冲同时打入到A、B、C寄存器

20、中。寄存器中。T 和和m 的时间关系如图的时间关系如图中所示。中所示。2/23/202312（2）要求）要求T0时刻完成时刻完成D总线总线 T1时刻完成总线时刻完成总线A T2时刻完成时刻完成A总线总线 T3时刻完成总线时刻完成总线B解：三态门解：三态门1受受T0T1控制，以确保控制，以确保T0时刻时刻D总线，总线，以及以及T1时刻总线时刻总线接收门接收门1A。三态门三态门2受受T2T3控制，以确保控制，以确保T2时刻时刻A总线，总线，以及以及T3时刻总线时刻总线接收门接收门2B。2/23/20231313.什么是总线的数据传输率，它与哪些因素什么是总线的数据传输率，它与哪些因素有关？有关？答

21、：总线数据传输率即总线带宽，指单位时间答：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。它与息的字节数来衡量。它与总线宽度总线宽度和和总线频率总线频率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高。越高。2/23/2023143.14 3.14 假设总线的时钟频率为假设总线的时钟频率为8MHz8MHz，且一个总线时钟周期，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为一个总线传输周期。若在一个总线传输周期可并行传送传送2 2个字节的数据，求该总线的带

22、宽，并分析哪些因个字节的数据，求该总线的带宽，并分析哪些因素影响总线的带宽。素影响总线的带宽。解：解：总线的带宽总线的带宽是指单位时间内总线上可传输的数据位数，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，单位可用字节通常用每秒传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒（秒（BpsBps）表示。）表示。由时钟频率由时钟频率f f=8MHz=8MHz，可得时钟周期，可得时钟周期T T=1/=1/f f，根据题目假，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一个总线传输周期传输2 2个字节数据，

23、故总线带宽为：个字节数据，故总线带宽为：2B/2B/T T=2B=2Bf f=2B810=2B8106 6/s=16MBps/s=16MBps影响总线带宽的因素影响总线带宽的因素有：总线宽度、传输距离、总线发有：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。送和接收电路工作频率的限制以及数据传输形式等。2/23/2023153.15 3.15 在一个在一个3232位的总线系统中，总线的时钟频率为位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHz66MHz，假设总线最短传输周期为，假设总线最短传输周期为4 4个时钟周期，试求个时钟周期，试求总线的最大数据传输率。若想提高数据传输

24、率，可采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？取什么措施？解：解：最大数据传输率为：（最大数据传输率为：（66MHz/466MHz/4）（32/832/8）=66MBps=66MBps若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增大总线宽度或者减少总线传输周期包含的时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。钟周期个数。2/23/2023163.16 3.16 在异步串行传输系统中，若字符格式为：在异步串行传输系统中，若字符格式为：1 1位起位起始位，始位，8 8位数据位，位数据位，1 1位校验位，位校验位，2 2位终止位，

25、假设要位终止位，假设要求每秒传送求每秒传送120120个字符，求这时的波特率和比特率。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，有效数据位为解：根据题目给出的字符格式，有效数据位为8 8位，而位，而传送一个字符需传送一个字符需1+8+1+2=121+8+1+2=12位，位，故波特率为：故波特率为：12012=1440bps12012=1440bps比特率为：比特率为：14401440（8/128/12）=960bps=960bps2/23/202317什么是总线的负载能力？什么是总线的负载能力？解：解：总线的负载能力即驱动能力，总线的负载能力即驱动能力，是指当总线接上负载后，

26、总线输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入输出的逻辑电平是否能保持在正常的额定范围内。例如，例如，PCPC总线的输出信号为低电平时，要吸入电流，这时的负载总线的输出信号为低电平时，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。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。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由于不同的

27、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。线的负载能力。2/23/202318CPU片内总线，为了减轻总线负载且避免多片内总线，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个部件同时占用总线，总线上的部件应具备什么特点？什么特点？解：解：在每个需要将信息送至总线的寄存器输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出端接

28、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，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。寄存器和总线之间呈高阻状态。2/23/202319下列选项中的英文缩写均为总线标准的是（下列选项中的英文缩写均为总线标准的是（）A：PCI、CRT、USB、EISAB：ISA、CPI、VESA、EISAC：ISA、SCSI、RAM、MIPSD：ISA、EISA、PCI、PCI-Express2/23/202320画图说明用异步串行传输方式发送画图说明用异步串行传输方式发送8位二进制位二进制数据（十六进制表示为数据（十六进制表示为95H）。要求字符格）。要求字符格式为：式为：1位起始位，位起始位，8位数据位，位数据位，1位偶校验位偶校验位，位，1位终止位。位终止位。解：解：异步串行传送在起始位之后传输的是数异步串行传送在起始位之后传输的是数据位的最低位（据位的最低位（95H的最低位的最低位D0=1），而且），而且数据位的最高位（数据位的最高位（95H的最高位的最高位D7=1）传输）传输之后传输校验位，最后是终止位。数据之后传输校验位，最后是终止位。数据95H的偶校验位为的偶校验位为0，其波形图如图所示。，其波形图如图所示。2/23/202321