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计算机组成原理第三章思考题

时间:2020-09-04 08:47:38      阅读:74      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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?

  总线是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质。当多个部件与总线相连时,如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送消息,势必导致信号冲突,传输无效。因此,在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信息,而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。总线实际上是由许多传输线或通路组成,每条线可传输一位二进制代码,一串二进制代码可在一段时间内注逐一传输完成。

  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。

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、存储单元又有何关系?

  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。

  在并行传输总线中,又可按传输数据宽度分为8位、16位、32位、64位等传输总线。

  片内总线:片内总线是指芯片内部的总线,如在CPU芯片内部,寄存器与寄存器之间、寄存器与算逻单元ALU之间都有总线连接。

  系统总线:指CPU,主存,I/O(通过I/O接口)各大部件之间的信息传输线。由于这些部件通常都制作在各个插件板上,故又叫作板级总线(即在一块电路板上各芯片间的连线)和板间总线。按系统传输信息的不同,又可分为三类:数据总线、地址总线和控制总线。

  • 数据总线:用来传输各功能部件之间的数据信息,它是双向传输总线,其位数与机器字长、存储字长有关,一般为8位、16位或32位。数据总线的条数称为数据总线宽度,它是衡量系统性能的一个重要参数。如果数据总线的宽度为8位,指令字长为16位。那么,CPU在取指阶段,必须两次访问主存。
  • 地址总线:用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址。例如,欲从存储器读出一个数据,则CPU要将此数据所在存储单元的地址送在地址线上。又如,欲将某数据经I/O设备输出,则CPU除了需将数据送到数据总线外,同时还需将该输出设备的地址(通常都经I/O接口)送到地址总线上。可见,地址总线上的代码是用来指明CPU欲访问的存储单元或I/O端口的地址,它是单向传输的。地址线的位数与存储单元的个数有关,如地址线为20根,则对应的存储单元个数为220
  • 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。

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。

  (1)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线,极易形成计算机系统的照颈,不允许两个以上部件在同一时刻向总线传输信意,必然套影响系统工作效率的提高,

  (2)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。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设备进行分类,然后将它们连接在不同的通道上,将成为总线结构。

  (3)三总线结构: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之间传输信息,DMA总线用于高速外设(磁带、磁盘等)与主存之间直接交换信息。可见处理器与高速缓冲存储器Cache之间有一条局部总线,它将CPU与Cache或与更多的局部设备连接,Cache可以通过系统总线与主存传递信息,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。

  (4)四总线结构: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,同时它们又比拓展总线上的设备更贴近处理器。

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?

  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:

  • 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,且设备优先级的次序控制灵活,可以预先固定,也可通过程序来改变有限次序,还可在必要时屏蔽某些设备的请求。

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。

总线宽度:它是指数据总线的个数,用位(bit)表示,如8位、16位、32位、64位(也即8根、16根、32根、64根)。即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:通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线。地址总线传输地址码,数据总线传输数据信息。为了提高总线的利用率,优化设计,特将地址总线和数据总线共用一组物理线路,只是某一时刻该总线传输地址信号,另一时刻传输数据信号或命令信号。这叫做总线的多路复用;

总线的主设备(或主模块):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(或从模块):指一次总线传输期间,配合主设备完成传输的设备(模块),它只能被动接收主设备发来的命令;

总线的传输周期:总线完成一次完整而可靠的传输所用的时间;

总线的通信控制:指总线传送过程中双方的时间配合方式。

6、试比较同步通信和异步通信

同步通信:由统一时钟控制的通信,控制方式简单,灵活性差,当系统中个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。

7、画图说明异步通信中请求与回答有几种互锁关系。技术分享图片

 

 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?

  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。

9、分离式通讯有何特点,主要用于什么系统?

  分离式系统的特点时:

  (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,采用同步方式传输,不再等待对方的应答信号;

  (3)各模块在准备数据的过程中都不占用总线,使总线可接受其他模块的请求;

  (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总、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。

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?

  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。

11、画一个具有双向传送功能的总线逻辑图。

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计算机组成原理第三章思考题

原文:https://www.cnblogs.com/jindianli/p/13574956.html

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