p第3章 系统总线

计算机组成原理第二版课后习题答案第1章计算机系统概论1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

2.如何理解计算机的层次结构？答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。

（1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。

（2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。

（3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。

通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。

各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。

言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。

高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。

4.如何理解计算机组成和计算机体系结构？答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。

计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。

5.冯诺依曼计算机的特点是什么？解：冯诺依曼计算机的特点是：P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心（原始冯诺依曼机）。

6.画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。

答：计算机硬件组成框图如下：控制器运算器CPU存储器接口接口输入设备主机外设输出设备各部件的作用如下：控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。

计算机系统总线是连接计算机内部各个部件的公共通道，也称为系统总线或主板总线。

它负责传输数据、地址和控制信号，是计算机系统中非常关键的部分之一。

计算机系统总线通常包含三种类型的线路：数据总线、地址总线和控制总线。

其中，数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存地址和I/O设备地址，控制总线用于传输控制信号，例如读写命令、中断请求等。

计算机系统总线的速度和带宽决定了计算机系统的性能。

随着计算机硬件的不断升级和更新，计算机系统总线的速度和带宽也在不断提升。

目前，计算机系统总线的标准包括PCI、AGP、USB、SATA、Ethernet等，它们分别用于不同类型的接口和设备。

除了速度和带宽之外，计算机系统总线还需要具备可靠性、兼容性和扩展性等特点。

因此，计算机系统总线的设计和开发需要综合考虑各种因素，以满足不同用户和应用场景的需求。

第三章习题（P90-92）一、复习题1．计算机由哪几部分组成，其中哪些部分组成了中央处理器？答：计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等五部分组成其中，运算器和控制器组成中央处理器（CPU）。

（P72）2．试简述计算机多级存储系统的组成及其优点。

答：多级存储系统主要包括：高速缓存、主存储器和辅助存储器。

把存储器分为几个层次主要基于下述原因：（1）合理解决速度与成本的矛盾，以得到较高的性能价格比。

（2）使用磁盘、磁带等作为外存，不仅价格便宜，可以把存储容量做得很大，而且在断电时它所存放的信息也不丢失，可以长久保存，且复制、携带都很方便。

(P76-P77)3．简述Cache的工作原理，说明其作用。

答：Cache的工作原理是基于程序访问的局部性的。

即主存中存储的程序和数据并不是CPU每时每刻都在访问的，在一段时间内，CPU只访问其一个局部。

这样只要CPU当前访问部分的速度能够与CPU匹配即可，并不需要整个主存的速度都很高。

Cache与虚拟存储器的基本原理相同，都是把信息分成基本的块并通过一定的替换策略，以块为单位，由低一级存储器调入高一级存储器，供CPU使用。

但是，虚拟存储器的替换策略主要由软件实现，而Cache的控制与管理全部由硬件实现。

因此Cache效率高并且其存在和操作对程序员和系统程序员透明，而虚拟存储器中，页面管理虽然对用户透明，但对程序员不透明；段管理对用户可透明也可不透明。

Cache的主要作用是解决了存储器速度与CPU速度不匹配的问题，提高了整个计算机系统的性能。

(P79)4．描述摩尔定律的内容，并说明其对于计算机的发展具有怎样的指导意义。

答：摩尔定律（Moore law）源于1965年戈登·摩尔（Gordon Moore，时任英特尔(Intel)公司名誉董事长）的一份关于计算机存储器发展趋势的报告。

根据他对当时掌握的数据资料的整理和分析研究，发现了一个重要的趋势：每一代新芯片大体上包含其前一代产品两倍的容量，新一代芯片的产生是在前一代产生后的18-24个月内。

计算机组成原理第一章—计算机系统概论1.1计算机系统的简介1. 计算机系统由硬件与软件两大部分组成2. 将高级程序语言翻译成机器语言的程序称为翻译程序，翻译程序有两种，一种是编译程序，一种是解释程序，编译与解释的区别在于，编译程序是将高级语言程序一次性翻译为机器语言程序，而解释程序是翻译一句，执行一句。

3. 高级语言经过编译程序翻译为汇编语言，汇编语言经汇编程序，翻译为机器语言程序1.2计算机的基本组成1.1945年冯诺依曼提出了"存储程序"的概念，冯诺依曼机特点：1. 计算机由存储器，运算器，控制器，输入设备与输出设备组成2. 指令与数据以同等地位存放在存储器内，按地址寻访3. 指令与数据均按二进制数表示4. 指令由操作码与地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置5. 指令在存储器内按顺序存放6. 计算机以运算器为中心，输入设备与输出设备的数据传送通过运算器来完成2.冯诺依曼机是由运算器为中心的，现代计算机是以存储器为中心的3.计算机的工作过程（必考）涉及的元器件：MAR(地址寄存器)，MDR(指令寄存器)，ALU(算数逻辑单元)，ACC(累加器)，MQ(乘商寄存器)，PC(程序计数器)，IR(指令寄存器)（掌握执行指令的全过程）4.机器字长：机器字长是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关5.存储容量：存储容量存储单元个数存储字长6.运算速度(可能出计算)：Vm = 1 / Tm 单位MIPS(百万指令每秒)CPI （执行每条指令所需要的时钟周期）= 1 / IPC(CPU每一周期执行指令的条数，一旦CPU设计完成，IPC的值不会变)第三章—系统总线3.1总线的基本概念总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的介质（总线的每条传输线可以传输1位二进制代码）3.2总线的分类总线按照数据传送方式可分为两类：1. 并行传输总线2. 串行传输总线按连接部件的不同可以分为三类（掌握加粗部分）：1. 片内总线(指芯片内部的总线)2. 系统总线3. 通信总线3.2.1片内总线概念：片内总线是指芯片内部的总线3.2.2系统总线系统总线是指CPU,I/O设备，主存各大部件的信息传输线按照系统总线的传输信息不同，可分为三类：1. 数据总线2. 地址总线3. 控制总线1.数据总线：双向传输总线，与机器字长与存储字长有关2.地址总线：单向传输总线，由CPU发出，主存的地址线位数与存储单元的个数有关3.控制总线：从单个来说传输是单向的，从总体来说传输的双向的3.2.3通信总线（了解即可）这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他操作系统之间的通信3.3总线特征与性能指标3.3.2总线性能指标1.总线宽度：总线宽度可以数据总线的宽度，用位来表示，例如8位，16位，32位2.总线带宽（要求会计算，且掌握提高总线速率的方式）：总线带宽可以理解为总线的传输速率，即单位时间上的传输数据的位数，通常用每秒传输的字节数来衡量，单位Mbps(兆字节每秒)例子：总线的频率为33Hz，总线宽度为32位，求总线带宽？33*（32/8）=132MBps3.总线复用：一条信号线上传输两种线号，例如，一条总线上即可传输地址信号，又可传输数据信号，此称之为总线复用3.3.3总线标准（掌握PCI,USB）1.PCI总线：为了提升总线性能，由Intel首先提出，PCI中文名称为外围部件互连，其最出名的特性为即插即用，即任何扩展卡插入系统便可直接工作，现在已推出了PCI-ExpressB总线：通用串行总线，真正的即插即用，这里的串行指的是串行通信，即使用一条数据线，将数据1位1位的进行传输，不可同时传输2位数据3.5总线控制1.为何使用总线控制？由于总线上连接着多个部件，什么时候由哪个部件发送信息，如何给信息传送定时，如何防止信息丢失，如何避免多个部件同时发送，如何规定接受信息的部件等一系列问题，都需要由总线控制器统一管理。

第1章计算机系统概述作业1、什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。

2、什么是主机？什么是CPU？什么是存储器？简述它们的功能。

3、计算机的硬件指标有哪些？4、解释英文缩写的含义：MIPS、CPI、FLOPS。

5、什么是机器字长、指令字长、存储字长？第3章系统总线1、解释下列概念（1）总线（2）系统总线（3）通信总线（4）总线主设备（5）总线从设备（6）总线仲裁2、什么是总线通信控制？为什么需要总线通信控制？3、什么是总线标准？为什么要制定总线标准？4、在高档PC机中，流行使用三总线(系统总线、PCI总线、ISA总线)结构。

说明这三种总线的连接关系，并举例说明每组总线上所连接的部件。

5、某总线在一个总线周期中可并行传送8个字节数据。

假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线的时钟周期频率为66MHz，求总线的带宽。

第4章存储器1、试比较主存、辅存、缓存、控存、虚存。

2、试比较RAM和ROM。

3、试比较静态RAM和动态RAM。

4、名词解释：存取周期、存取时间、存储容量。

5、什么是存储密度？什么是数据传输率？6、存储器的主要功能有哪些？如何衡量存储器的性能？为什么要把存储系统分成若干不同的层次？主要有哪些层次？每层由什么存储介质实现？7、什么是刷新？刷新有几种方式？简要说明之。

8、简述主存的读/写过程。

9、提高存储器的速度可采取哪些措施？简要说明之。

10、设有16个固定磁头的磁盘，每磁道存储容量为62500B，磁盘驱动器转速为2400rpm，试求最大数据传输率。

11、什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？12、试比较Cache管理中各种地址映像的方法。

13、在Cache管理中，当新的主存块需要调入Cache时，有几种替换算法？各有何特点？哪种算法平均命中率高？14、设CPU共有16根地址线、8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号(低电平有效)，用WR作为读/写控制信号(高电平为读，低电平为写)。

第三章总线、中断与输入输出系统历年真题精选1. 通道程序执行结束后引起的中断是（B ）。

A. 外中断B. I/O 中断C. 程序性中断D. 机器校验中断2．磁盘外部设备适合于连接到（ B ）。

A. 字节多路通道B. 数组多路通道或选择通道C. 选择通道或字节多路通道D. 数组多路通道或字节多路通道3.总线控制机构为解决N 个部件使用总线时优先次序的裁决，集中式定时查询，需外加控制线线数为（D ）。

A．3 B. N+2 C. 2N+1 D. 2+[log 2 N]4.尽管中断响应次序由硬件排队器固定好，但中断实际处理完的次序是可以通过（系统软件）修改各中断级处理程序的（中断屏蔽）位，而动态改变。

5.在满足通道设计流量不低于设备工作时的最大流量时，为使微观上不丢失设备信息，可以加设（数据缓冲器）或动态提高响应的（优先级）来弥补。

6.总线控制方式有哪三种？各需要增加几根用于总线控制的控制线？并说明每种方式优先级的灵活性。

（P64-65 ）7.(1)20,20,25,40,40,100 us 2)200 B/ms 3) 5 us )8.（ 1） 1-3-4-2同步强化练习一、填空题。

1. 中断响应就是允许其中断 CPU （ 包括保存（断点及其现场响应 ）硬件和中断（ 处理平衡 ）软 高 ）速设备，其通道“数据宽度”为（ 定长设备控制器 ）及输入输出操作有关的 （软硬件 ）。

）式控制，分散在各部件的称（ 分布 ） 程序员 ）安排， I/O 系统设计主要解决）上的巨大差异。

现行程序 ）运行，转去对该请求进行预处理，），调出有关处理该中断服务程序，准备运行。

2. 中断系统软硬件功能分配实质是中断（ 件的功能分配。

3. 数组多路通道适用于连接多台（块 ）。

4. 输入输出系统包括输入输出设备、 （5. 总线控制机构集中在一处的称（ 集中 式控制。

6. 多数低性能单用户计算机的输入输出由（ CPU 、主存和 I/O 设备在（ 速度7. 信息在总线上的双向传输有（ 半 ）双向和（ 全）双向两种。