计算机组成原理答案(高教版)3.ppt

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。 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？ ①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。 ②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。 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. 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，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。 ③ 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3.7: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。 ④四总线结构（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。 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： 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优先次序，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。 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；