(完整word版)《计算机组成原理》课后题答案清华大学出版秦磊华吴非·· 下载本文

内容发布更新时间 : 2023/2/4 13:18:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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2.系统总线:连接CPU、主存、I/O模块等主要部件之间的信息传输线; 3.内存总线:连接处理器和存储器的总线称为内存总线; 4.I/O总线:主要用于计算机和I/O设备之间的通信连接线; 5.三态门:指输出具有高电平、低电平和高阻状态的逻辑门;

6.总线事务:把总线上一对设备之间的一次信息交换过程称为一个“总线事物” 7.总线复用:线指一组传输线具有多种用途,分时传送不同类型的信息。最常见的是地址总线和数据总线复用, 即将地址总线和数据总线共用一组物理线路,某一时刻该总线传输地址信号,另一时刻传输数据信号。

8.总线带宽:在总线上每秒能传输的最大字节量,一般单位为B/S

9.突发传输:是一种连续的、成批的数据传送方式。一般在数据开始传送前先给出批量传输数据的起始地址,然后连续传输多个数据,除首地址外,后续数据的地址依次通过前一个数据的地址加1的方式获得。由于减少了传送地址的时间,所以突发传输下数据的传输率大大提高。

10.总线连接:研究构成计算机的各大组成部件如何与总线相连并构成一个有机的整体,这与系统总线的结构紧密相关

11.总线仲裁:也称总线的控制。因为总线为多个部件共享,为防止同时有多个部件同时使用总线导致的数据冲突,需要有一个总线控制机构来解决总线使用权的仲裁,以某种方式选择其中一个设备作为主设备。

12.串行传送:指一个单位信息按从低位到高的顺序逐位以脉冲方式传送,它们共享一条传输线,一次只能传送一位。 13. 波特率:串行传送方式下,每秒钟传送的二进制位数称为波特率。 14.并行传送:指一个信息的所有位同时传送,每位都有各自的传输线,互不干扰,一次传送多位信息。

15.数据传输模式:当前的总线标准大都能支持以下四类数据传送模式,读、写操作,块传送操作,写后读、读修改写操作,广播、广集操作 16.总线标准:为实现系统与各模块、模块与模块之间的一个互连而指定的总线规范。 17.PCI总线:PCI总线是一个与处理器无关的高速外围总线,从结构上看,PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线,具体由一个桥接电路实现对这一层的管理,并实现上下总线之间的接口以协调数据的传送。它采用同步通信方式和集中式控制策略,并具有自动配置能力。

18.AGP总线:AGP( Accelerated Graphics Port)局部总线规范是Intel于1996年7月,PCI2.1版规范基础之上扩充修改而成, 专门为显卡量身打造的一种总线标准,以满足随着3D游戏的迅速普及,显卡的数据吞吐量越来越大的需求。

19.总线事务分离:一次总线事务一般包括地址阶段和数据阶段。在地址阶段,获得总线使用权的设备向被寻址的从设备发出地址信息,从设备确认该地址,并向主设备发回应答信号。在数据阶段,主从设备之间传输数据信息。

20.波特率:在信道上每秒钟传送的码元(波形)个数。

21.桥:是一个总线转换部件,通过它把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上,从而实现不同总线之间的互联互通。

22.全双工:使数据在两个方向上同时进行传送操作。指在发送数据的同时也能够接收数据,两者同步进行。

23.半双工:息在两点之间能够在两个方向上进行发送,但双向传送需要分时进行。 24.主设备:获得总线使用权的设备。

25.从设备:数据传输过程中,被主设备寻址的设备或只能接受从其他设备发出信息的设备。 26.广播与广集:一般而言,数据传送只在一个主方和一个从方之间进行。但有的总线允许一个主方对多个从方进行写操作,这种操作称为广播。与广播相反的操作称为广集,它将选定的多个从方数据在总线上完成响应的操作(比如或操作或与操作)。 27.同步通信:通信双方在统一的时钟控制下进行信息的传输

28.异步通信:又称应答通信,是指通信联络的控制信号采用异步方式的一种通信方法,即总线上的部件通过总线传送信息时,源部件不只是单向发送信息,它在发出一个信息后,要等待目的部件发回确认信号,再发送下一个信息。

8.2简要回答下列问题

1)计算机系统为什么采用总线结构?

2)比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。 3)总线的信息传送方式有哪几种?各有什么特点?

4)集中式总线控制方下,确定总线使用权优先级的方法有哪几种?各有什么特点? 5)影响总线性能的因素有哪些?

6)什么是突发传输模式?采用突发传输模式有什么优点? 解:

1. 计算机系统为什么采用总线结构

计算机所有功能的实现过程就是各种信息在计算机内各大功能部件之间进行交换的过程,因此,必须在部件之间构筑信息传输的公共通路,即总线。计算机系统通过总线将CPU、主存储器及输入输出设备连接起来,并在这个通路上传送地址信息、数据信息及控制信息。 2. 比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。

在单总线结构的计算机中只有一条系统总线,因此构成计算机系统的各部件如CPU、主存储器及输入输出设备等,都只能连接在这一条总线上并构成一个完整的计算机系统。 单总线结构具有如下优点: 总线结构简单,使用灵活,扩充容易。在总线上增加新的外设不涉及到总线的扩展和已经连接到总线上其它设备的变化。

单总线结构的不足主要表现在: 1)主存与外部设备采用统一编址,减少了主存的地址空间;

2)高速设备和低速设备连接在同一组总线上,高速设备的高速特性得不到发挥; 3)总线只能被分时使用,通信速度慢;

4)任何两部件之间的信息传递都共享受一组总线,系统总线负载重,系统性能低。 双总线在单总线结构的基础上,通过在CPU和主存储器之间增加一组高速的存储总线(也称主存总线)而得到。这种类型的双总线结构具有如下特点:

(1)仍然保持了单总线系统扩展容易的优点;

(2)存储总线的使用,大大降低了系统总线的负载;

在双总线的基础上,将主存从系统总线上分离出来,并将原来的系统总线分离成主存总线和I/O总线的三总线结构。

3. 总线的信息传送方式有哪几种?各有什么特点?

串行传送:特点是只需一条传输线,成本低。当远距离传输时,如几百米甚至几公里以上,采用这种方式比较经济。但是,串行传送速度慢。

并行传送:优点是传送速度快。然而,这种方式要求线数多,成本高。因此,在距离不远时可以采用并行传输。

并串行传送:将被传送信息分成若干组,组内采用并行传送,组间采用串行传送。它是对传送速度与传输线数进行折衷的一种传送方式。

分时传送:一是采用总线复用,指的是在某个传输线上既传送地址信息,又传送数据信息,其目的是为了减少线数,为此必须划分时间片,以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务。二是指共享总线的部件分时使用总线。总线资源是系统的公共资源,挂在总线上的部件可以有很多,但在一个特定时间片内,总线通常只为一个源件和一个目的部件提供服务,所以多个部件要求使用总线时,只能由总线控制器按时间片分时提供服务。 4. 集中式总线控制方下,确定总线使用权优先级的方法有哪几种?各有什么特点? 串行连接方式:链式查询方式,优点是结构简单、扩充容易。缺点主要表现在优先级固定,对单点故障敏感,当优先级高的部件频繁请求使用总线时,会使优先级较低的部件长期不能使用总线,采用串行查询方式,响应速度慢,所以串行链接方式适合于小系统中使用。

计数器定时查询方式:优点是优先级改变灵活,单点故障不再影响其他部件的正常工作,不足是系统扩展较复杂,计数地址线增加后涉及到与所有部件连接的改变,响应速度仍然较慢。

独立请求方式:特点是响应时间快,不必逐个设备地查询。此外,独立请求方式对优先次序的控制相当灵活,既可采用优先级固定法,也可通过程序改变优先次序,还可通过屏蔽(即禁止)某个请求,以禁止相应的部件使用总线。缺点是增加线数和控制器的复杂度。 5. 影响总线性能的因素有哪些?

总线宽度,波特率,比特率,总线传输周期,总线带宽 6. 什么是突发传输模式?采用突发传输模式有什么优点? 由一个地址阶段和多个数据阶段组成。其中地址阶段发送的是连续数据单元的首地址,在数据阶段传送多个连续单元的数据,因此,突发传送模式也称为成组传送模式,在该传送模式中,每个总线周期仍传送一个字长的信息,但不释放总线,直到这批信息送完后,再释放总线 优点:传输相同的数据量,采用突发传输方式,可减少地址的传输次数和总线的申请次数。

8.3假设一个同步总线的时钟频率为100MHZ,总线带宽为32位,每个时钟周期传输一个字长的数据,该总线的最大数据传输率为多少?若要将总线带宽提高一倍,有哪几种可行方案?

解:(1) 时钟频率为100MHZ,则一个时钟周期的时间 T = 1/100MHZ = 0.01?s 1个时钟周期的时间为 0.01?s

数据传输率 = 4B / 0.01?s = 400MB/s

(2)有下列几种方法可以将总线的带宽提高一倍:

?将总线数据线增加到64位; ?将总线的时钟频率增至200MHZ; ?每个时钟周期传输2个数据。

8.4采用异步通信方式传送ASCII码时,若数据位8位,校验位1位,停止位1位,计算当波特率为4800时,字符传送的速率是多少?每个数据位的时间长度是多少?数据位的传送速率是多少? 解:(1)字符传送速率为:4800/10=480字符/秒; (2)每个数据位的时间为 1/(8*480)=0.26ms

(3)8*480=3840位/秒

8.5有4个设备A、B、C、D的响应优先级从高到低的次序为D>B>A>C,画出串行链式排队电路。 解: 地址线、数据线、控制线 BS 总线 BR 控制器 BG A C D B 图8.10 串行链接方式示意图 8.6 有4个设备A、B、C、D的响应优先权为A>B>C>D,试画出独立请求方式的排队电路。 解: BGD BRD BGC BRC BGB BRB BGA BRA A B C D 数据线,地址线,控制线 总线 控制器 其中优先权的设定可通过编程进行修改。 8.7假定有一个具有以下性能的系统 1)存储器和总线系统支持大小为4-16个32位字的数据块访问;2)总线的时钟频率为200MHZ,总线宽度为64位,每64位数据的传输需要一个时钟周期,向存储器发送一个地址需要一个时钟周期;每个总线操作之间需要2个总线周期(设一次存储之前总线总是处于空闲状态);3)对最初的4个字的访问时间为200ns,随后的4个字能在20ns的时内被读取,假定总线传输数据的操作可以与读下4个字的操作重叠进行。读操作中,分别用4个字的数据块和16个字的数据块传输256个数据,计算机两种情况下总线传输的带宽和每秒中总线事务的次数。(说明:一个总线传输操作包含一个地址和紧随其后的数据) 解: 用4个字的数据块传输256个数据,需要传送64次数据,根据题目假设条件,传输256个数据需要的总时间为: t= 200ns + 20ns * (64-1) = 1460ns 3*64*T+200ns*64,

则传输的带宽为:256*4B/1460ns = 701MB/s 总线事务次数为:64*(1+2)=192次。

用16个字的数据块传输256个数据:t=3*16*T+200ns*16+48*20ns 传输带宽为:256*4B/(3*16*T+200ns*16+48*20ns)=233MB/s 总线事务次数为:16*(1+8)=144次。

第九章 输入输出系统 习 题 九

9.1解释下列名词

接口 中断 中断处理优先级 中断屏蔽 多重中断 中断向量 中断响应优先级 中断隐指令 程序中断I/O 程序查询I/O DMA 周期挪用 通道 选择型通道 通道指令 输入设备 输出设备 显示分辨率 点距 行反转扫描法

解:(1)接口:接口是两个不同部件或系统之间的连接部分,可以是两个硬设备(可以都是计算机,也可以都是外部设备)之间的连接,也可以是软件系统中两个独立程序块之间的连接。 (2)中断:计算机系统运行时,若系统外部、内部或现行程序本身出现某种非预期的事件,CPU将暂时停下现行程序,转向为该事件服务,待事件处理完毕,再恢复执行原来被终止的程序,这个过程称为中断。

(3) 中断处理优先级:处理优先级是指CPU实际完成中断处理程序的先后次序。对单级中断而言,先被CPU响应的中断服务程序先完成;对多重中断而言,先被CPU响应的中断不一定先完成,这与中断屏蔽密切相关。

(4) 中断屏蔽: 为了便于利用程序控制中断处理的先后顺序,可通过程序有选择地封锁部分中断源发出的中断请求,而允许其余部分中断仍得到响应,这种方式称为中断屏蔽。 (5) 多重中断: 若在中断服务程序执行过程中,如果允许CPU响应其它中断请求,则这种中断称为多重中断,也称中断嵌套。

(6) 中断向量: 通常将中断服务程序的入口地址和程序状态字(有的机器不包含此项)称为中断向量。

(7) 中断响应优先级: 响应优先级是指CPU对各设备中断请求进行响应的先后次序,它根据中断事件的重要性和迫切性而定。当几个设备同时有中断请求时,优先级高的先响应,优先级低的后响应。

(8) 中断隐指令: CPU响应中断之后,经过某些操作,转去执行中断服务程序。这些操作是由硬件直接实现的,把它称为中断隐指令。中断隐指令并不是指令系统中的一条真正的指令,它没有操作码,所以中断隐指令是一种不允许、也不可能为用户使用的特殊指令。

(9) 程序中断I/O: 当主机启动外设后,无需等待查询,而是继续执行原来的程序,外设在做好输入输出准备时,向主机发出中断请求,主机接到请求后就暂时中止原来执行的程序,转去执行中断服务程序对外部请求进行处理,在中断处理完毕后返回原来的程序继续执行。 (10)程序查询I/O: 程序查询方式是一种程序直接控制方式,这是主机与外设间进行信息交换的最简单的方式,输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的。一旦某一外设被选中并启动后,主机将查询这个外设的某些状态位,看其是否准备就绪?若外设未准备就绪,主机将再次查询;若外设已准备就绪,则执行一次I/O操作。

(11)DMA: 直接存储器存取控制方式DMA方式下外设与主存之间传送数据时,CPU仍可执行主程序.

(12)周期挪用:周期挪用是指利用CPU不访问存储器的那些周期来实现DMA操作,此时DMAC可以使用总线而不用通知CPU也不会妨碍CPU的工作。

(13)通道: 通道方式是DMA方式的发展,在通道方式下,数据的传送方向、存取数据的内存起始地址及传送的数据块长度等都由独立于CPU的通道来进行控制,因此,通道方式可进一步减少CPU的干预。

(14)选择型通道: 对于这种高速传输,通道难以同时对多个这样的设备进行操作,只能一次对一个设备进行操作,这种通道称为选择通道。

(15)通道指令: 通道程序是由一系列通道指令组成的,通道指令一般包含被交换数据在内存中应占据的位置、传送方向、数据块长度及被控制的I/O设备的地址信息、特征信息(例如