计算机组成原理 第三章 系统总线
计算机组成原理第二版课后习题答案
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。
计算机组成原理习题答案(详解)
计算机组成原理复习题答案习题集和解析第一章计算机系统概论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：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。
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。
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）。
7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。
存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。
机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
第1章 计算机系统概论-计算机组成原理-刘超-清华大学出版社
第二节 计算机的结构原理
一 计算机的工作原理
1 计算模型及其基本内容 计算模型是完成计算任务所必需遵循的基于形式化 描述的基本规则。工作单元(对计算机来说即是指令)之 间存在处理次序与数据依赖等两种关联性，用于控制处 理次序的工作驱动与数据依赖机制的数据传递是计算模 型的基本内容。工作驱动方式是计算模型的核心。
第二节 计算机的结构原理
一 计算机的工作原理
3 计算机工作过程 程序控制计算机完成计算任务过程可分为人工编制 程序和机器运行程序两个阶段。
存储器存储单 元地址
00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000 00001001 00001010 00001011 00001100 00001101 00001110 00001111 00010000
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
2 冯.诺依曼体系结构及其演变
输入设备
辅助存储器 存储 系统
主存储器
输出设备 外设
运算器
控制器
具有存储层次计算机的体系结构框架
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
2 冯.诺依曼体系结构及其演变
主存 储器
主机 CPU
算术逻辑运算 单元ALU
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
1 计算机体系结构及其范畴 计算机体系结构的一般定义是：机器语言程序员所 必须了解的计算机概念性结构和功能特性。 计算机体系结构作为一门学科，其研究内容主要有 两个方面：一是软件与硬件功能分配；二是如何最佳最 合理地实分配给硬件的功能。 计算机体系结构(或属性)的范畴有：数据表示、指 令系统、寻址方式、寄存器组织、存储组织、中断机构、 机器状态、输入输出结构、信息保护等。
计算机组成原理 系统总线标准 试题
第三章系统总线3．3 例题精选例3．1 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什么特点? [解] 以CPU片内总线为例，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。
例3．2 画一个具有双向传送功能的总线逻辑框图。
[解] 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3．6所示。
3．4．1 选择题1．计算机使用总线结构便于增减外设，同时-------------- （）A．减少了信息传输量B．提高了信息的传输速度C*减少了信息传输线的条数2．计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，缺点是A．地址信息、数据信息和控制信息不能同时出现B．地址信息与数据信息不能同时出现C．两种信息源的代码在总线中不能同时传送3．微型计算机中控制总线提供的完整信息是A．存储器和I／0设备的地址码B．所有存储器和I／0设备的时序信号和控制信号C．来自I／0设备和存储器的响应信号D．上述各项E．上述B、C两项F．上述A、B两项4．总线中地址线的作用是A*只用于选择存储器单元B．由设备向主机提供地址C．用于选择指定存储器单元和I／0设备接口电路的地址5．在三种集中式总线控制中，——方式响应时间最快。
A链式查询B．计数器定时查询C．独立请求6．在三种集中式总线控制中，独立请求方式响应时间最快，是以——为代价的。
A．增加处理机的开销B．增加控制线数C．增加处理机的开销和增加控制线数7．所谓三总线结构的计算机是指——A．地址线、数据线和控制线三组传输线B．I／0总线、主存总线和DMA总线三组传输线C．I／0总线、主存总线和系统总线三组传输线8．三种集中式总线控制中，——方式对电路故障最敏感。
A．链式查询B．计数器定时查询C．独立请求9．以下描述PCI总线的基本概念中，正确的是。
A.PCI总线是一个与处理器时钟频率无关的高速外围总线B．PCI总线需要人工方式与系统配置C．系统中只允许有一条PCI总线10．连接计算机与计算机之间的总线属于A．内B．系统C．通信11．在计数器定时查询方式下，若每次计数从上一次计数的终止点开始，则A．设备号小的优先级高B．每个设备使用总线的机会相等C．设备号大的优先级高12．在计数器定时查询方式下，若计数从0开始A．设备号小的优先级高B．每个设备使用总线的机会相等C．设备号大的优先级高总线13．在独立请求方式下，若有N个设备，则A．有一个总线请求信号和一个总线响应信号B．有N个总线请求信号和八个总线响应信号C．有一个总线请求信号和N个总线响应信号14．在链式查询方式下，若有N个设备，则A．有N条总线请求线B.无法确定有几条总线请求线C．只有一条总线请求线15．系统总线中的数据线、地址线和控制线是根据A．总线所处的位置B．总线的传输方向C．总线传输的内容16．总线通信中的同步控制是A．只适合于CPU控制的方式B．由统一时序控制的方式C．只适合于外围设备控制的方式17．在各种异步通信方式中，A．全互锁B．半互锁C．不互锁比．19．在同步通信中，一个总线周期的传输过程是A先传送数据，再传输地址B．先传送地址，再传输数据C．只传输数据20．总线中数据传导和地址信号分别用A．串行传输B．并行传输C．复用传输来划分的。
上海大学《计算机组成原理》笔记概要总结
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。
计算机组成原理课后答案第三章系统总线
第3章系统总线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？P41答：总线是连接多个部件共享的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
总线传输的特点是：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受相同的信息。
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。
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，他们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？答：总线的分类：（1）按数据传送方式分：并行传输总线和串行传输总线；（2）按总线的使用范围分：计算机总线、测控总线、网络通信总线等；（3）按连接部件分：片内总线、系统总线和通信总线。
系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。
按系统总线传输信息不同，可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。
（1）数据总线：数据总线是用来传输个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。
（2）地址总线：地址总线主要是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或I/O设备的地址，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，由CPU输出，是单向的，地址线的位数与存储单元的个数有关，如地址线有20根，则对应的存储单元个数为220。
（3）控制总线：控制总线是用来发出各种控制信号的传输线，其传输是单向的。
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。
答：总线结构通常有单总线结构和多总线结构。
（1）单总线结构是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O 设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。
这种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？答：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、计数器定时查询、独立请求；特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。
1-3-4-5计算机组成原理课后习题答案
第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令，高级语言是面向用户的语言，它是一种接近于数学的语言，直观，通用，与具体机器无关。
4、答：计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
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，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等等，大都属于抽象的属性。
5、答：特点是：(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置(5) 指令在存储器内按顺序存放。
通常，指令是顺序执行的，在特定情况下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序(6) 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器。
计算机组成原理答案
习题解答（唐朔飞版）第一章思考题与习题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？2．如何理解计算机系统的层次结构？3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。
4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
7．解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
9．根据迭代公式)(21nn yxyx+=，设初态y0=1，要求精度为ε，试编制求x的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解题过程。
10．指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持合执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持合执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
计算机组成原理——第三章系统总线
计算机组成原理——第三章系统总线3.1 总线的基本概念1. 为什么要⽤总线计算机系统五⼤部件之间的互连⽅式有两种：分散连接——各部件之间使⽤单独的连线总线连接——各部件连到⼀组公共信息传输线上早期的计算机⼤多采⽤分散连接⽅式，内部连线⼗分复杂，尤其当I/O与存储器交换信息时都需要经过运算器，使运算器停⽌运算，严重影响CPU的⼯作效率。
2. 什么是总线总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质3. 总线上的信息传送串⾏并⾏3.2 总线的分类1. ⽚内总线芯⽚内部的总线CPU芯⽚内部寄存器之间寄存器与算逻单元ALU之间2. 系统总线计算机各部件（CPU、主存、I/O设备）之间的信息传输线按系统总线传输信息不同分为：数据总线——传输各功能部件之间的数据信息双向与机器字长、存储字长有关数据总线宽度——数据总线的位数地址总线——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或I/O设备的地址单向（由CPU输出）与存储地址、I/O地址有关地址线位数(2n)与存储单元的个数(n)有关控制总线——⽤来发出各种控制信号的传输线出——中断请求、总线请求⼊——存储器读/写、总线允许、中断确认常见控制信号：时钟：⽤来同步各种操作复位：初始化所有部件总线请求：表⽰某部件需获得总线使⽤权总线允许：表⽰需要获得总线使⽤权的部件已获得了控制权中断请求：表⽰某部件提出中断申请中断响应：表⽰中断请求已被接收存储器写：将数据总线上的数据写⾄存储器的指定地址单元内存储器读：将指定存储单元中的数据读到数据总线上I/O读：从指定的I/O端⼝将数据读到数据总线上I/O写：将数据总线上的数据输出到指定的I/O端⼝内传输响应：表⽰数据已被接收，或已将数据送⾄数据总线上3. 通信总线⽤于计算机系统之间或计算机系统与其它系统（控制仪器、移动通信等）之间的通信通信⽅式：串⾏通信数据在单条1位宽的传输线上，⼀位⼀位地按顺序分时传送。
计算机组成原理第三章部分课后题答案（唐朔飞版）
计算机组成原理第三章部分课后题答案（唐朔飞版）3.2 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？总线分类方式：·按数据传送方式：并行传输总线、串行传输总线·按总线使用范围：计算机（包括外设）总线、测控总线、网络通信总线·按连接部件：片内总线、系统总线、通信总线系统总线：是指CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线。
系统总线分类：·数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，双向传输，位数与机器字长、存储字长有关·地址总线：主要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或I/O设备的地址，单向传输，位数与存储单元的个数有关，地址线为n根，则存储单元个数有2的n次方·控制总线：用来发出各种控制信号，对任一条控制线而言，为单向传输，对控制总线总体而言，可认为双向传输3.4 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？总线上的信息传送是由主设备启动的，若多个主设备同时要使用总线，则由总线控制器的判优、仲裁逻辑按一定的优先等级顺序确定哪个主设备使用总线。
集中式总线判优控制的三种方式·链式查询1、只需很少的几根线就能按一定优先次序实现总线控制2、很容易扩充设备3、对电路故障很敏感，且优先级别低的设备可能很难获得请求·计数器定时查询1、计数可以从0开始，此时一旦设备的优先次序被固定，设备的优先级就按0，1，2，…，n的顺序降序排列，且固定不变2、计数也可以从上一次计数的终止点开始，即是一中循环方法，此时设备使用总线的优先级相等3、计数器的初始值还可以有程序设置，故优先次序可任意改变·独立请求方式1、响应速度快2、优先次序灵活（通过程序改变）3、控制线数量多，总线控制更复杂3.5 解释概念：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、总线的通信控制。
计算机组成原理 第三章 系统总线
CPU、主存、I/O 设备之间（板级 总线或板间总线）
计算机各部件之间 的信息传输线
双向 与机器字长、存储字长有关
单向
有出
与存储地址、 I/O地址有关
有入
存储器读、存储器写 总线允许、中断确认
中断请求、总线请求
3.通信总线
用于计算机系统之间 或 计算机系统 与其他系统（如控制仪表、移动通信等）
之间的通信。
二、总线通信控制
1. 目的
解决通信双方如何获知传输开始和结束， 如何协调配合 问题
2. 总线传输周期（总线周期：完成一次总线操作的时间）
申请分配阶段
寻址阶段 传数阶段 结束阶段
主模块申请，总线仲裁决定
主模块向从模块 给出地址 和 命令
主模块和从模块 交换数据
主模块 撤消有关信息
3. 总线通信的四种方式
1. 机械特性
尺寸、形状、管脚数及排列顺序
确保电气上正确连接
2. 电气特性
传输方向 和有效的 电平 范围 地址 数据 控制
3. 功能特性
每根传输线的 功能
保证正确连接不同部件
4. 时间特性
信号的 时序 关系
三、总线的性能指标（P46）
1.总线宽度
2.标准传输率 3. 时钟同步/异步 4. 总线复用 5.信号线数 6. 总线控制方式 7.其他指标
第３章 系统总线
教学内容
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
总线的基本概念 总线的分类 总线特性及性能指标 总线结构 总线控制
重点：
有关总线的基本概念 如何克服总线的瓶颈 如何对总线进行管理，包括判优控制和通信控制
难点：
总线的通信控制，既要解决通信双方如何获知 传输的开始和结束，又要使通信双方按规定的协 议互相协调来完成通信任务。
计算机组成原理 唐朔飞 按知识点教材目录整理(含页码)
P7计算机的多级层次P8冯诺依曼计算机的特点、五大部件P10计算机的工作步骤P13主存储器、运算器、控制器、I/OP17计算机的硬件技术指标（机器字长、存储容量、运算速度）第二章计算机的发展及应用——见课本目录第三章系统总线P43总线的分类（片内总线、系统总线（三总线结构——数据地址控制）、通信总线）P45总线特性（机械特性、电气特性、功能特性、时间特性）P46总线性能指标（总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等其他指标）P47总线标准（ISA、EISA、VESA(VL-BUS)、PCI、AGP、RS-232C、USB）P52总线结构（单总线结构、多总线结构---示意图，如单总线、双总线、三总线结构）P57总线判优控制（集中式（链式查询、计数器定时查询、独立请求方式）+ 分布式）P59总线通信控制（总线周期四个阶段；四种方式：同步、异步、半同步、分离式通信）第四章存储器P68存储器分类（按存储介质、存取方式、在计算机中的作用分类，以及RAM、ROM）P70存储器的层次结构（缓存-主存层次、主存-辅存层次，以及P71虚拟存储系统）P72主存储器P73主存中存储单元地址的分配P73主存的技术指标（存储容量、存储速度、存储器带宽）P74半导体存储芯片（基本结构、译码驱动方式（线选法和重合法））P76随机存取存储器P76静态RAM（基本单元电路、芯片举例、读写时序）P80动态RAM（基本单元电路、芯片举例、读写时序）P86动态RAM的刷新（集中刷新、分散刷新、异步刷新）P87动态RAM和静态RAM的比较P88 只读存储器（MOS、TTL——掩模ROM、PROM、EPROM）P91 存储器与CPU的连接P91存储容量的扩展（位、字扩展）P93存储器与CPU的连接（P95例4.2、P97例4.3）P100汉明码（偶校验、奇校验）P103提高访存速度的措施（单体多字系统、多体并行系统）P107高性能存储芯片（SDRAM、RDRAM、带Cache的DRAM(CDRAM)）P109高速缓冲存储器（问题的提出、Cache工作原理）P111 Cache命中率、效率、平均访问时间计算（例4.7）P112 Cache的基本结构（Cache存储体、地址映射变换机构、Cache替换机构）P114 Cache的改进（单一缓存和二级缓存、统一缓存和分立缓存）P117 Cache——主存地址映射（直接映射、全相联映射、组相联映射+ 例题）P123替换策略（先进先出（FIFO）算法、近期最少使用（LRU）算法、随机法）P123辅助存储器（硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘存储器——见课本目录）P124硬盘容量计算（格式化、非格式化）P144循环冗余校验码（CRC码）P156概述（发展概况、组成、I/O设备与主机联系方式、与主机信息传送的控制方式）组成（I/O软件（I/O指令、通道指令）、I/O硬件）I/O设备与主机联系方式（I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式）与主机信息传送的控制方式（程序查询方式、程序中断方式、DMA方式）P166 I/O设备（输入设备、输出设备）输入设备（P168-171键盘、鼠标、触摸屏、光笔、画笔与图形板、图像输入设备）输出设备（P171显示设备、P177打印设备）P182其他I/O设备（终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备）P184多媒体技术P190程序查询方式、P194程序中断方式、P202 DMA方式——见课本目录第六章计算机的运算方法P220原码表示法、P221补码表示法、P224反码表示法、P225移码表示法P228数的定点表示（格式、范围）、P229浮点表示（形式、范围、规格化）、比较P234定点运算（移位、加、减、乘、除）P234移位运算、P237加减法、P243乘法（Booth）、P258除法（加减交替法）P269浮点四则运算（P269浮点加减运算、P274浮点乘除法运算、P280硬件配置）P280算术逻辑单元（ALU电路、快速进位链）第七章指令系统P300机器指令（指令格式、指令字长）、P304操作数类型及操作类型（数据存放方式）P310寻址方式P320指令格式举例、P326 RISC技术（P330主要特点、P333与CISC比较）第八章CPU的结构和功能P337 CPU的功能（取指令、分析指令、执行指令等）、CPU结构框图、CPU的寄存器P342指令周期（取指周期、间址周期、执行周期、中断周期；P344数据流）P345指令流水(概念、原理、P348影响流水线性能的因素)P353流水线性能(计算吞吐率、加速比、效率)P355多发技术(超标量、超流水线、超长指令字)、流水线结构P358中断系统(概述、P360中断请求标(INTR)记和中断判优逻辑(硬件排队、软件排队)P361中断服务程序入口地址的寻找(硬件向量法、软件查询法)P362中断响应(响应中断的条件、时间,中断隐指令)P364保护现场和恢复现场、P365中断屏蔽技术)第九章控制单元的功能P375微操作命令的分析(取指周期、间址周期、执行周期(非访存、访存、转移类指令)、中断周期)P379控制单元的功能P379控制单元的外特性(输入信号、输出信号)P380控制信号举例(不采用、采用CPU内部总线的方式)P386多级时序系统(机器周期、时钟周期(节拍、状态) 、多级时序系统)P387控制方式(同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式、人工控制方式)第十章控制单元的设计P396微操作的节拍安排、P407微指令的编码方式、P409微指令序列地址的形成、P411微指令格式(水平型、垂直型)、P413静态微程序设计和动态微程序设计、毫微程序设计。
计算机组成原理-第3章 总线(4节课)
总线标准的产生
• 总线是在计算机系统模块化的发展过程中产生的，随 着计算及应用领域的不断扩大，计算机系统中各类模 块（特别是I/O设备所带来的各类接口模块），其品种 极其繁杂，往往出现一种模块要配一种总线，很难在 总线上更换、组合各类模块或设备。 • 20世纪70年代末，为了使系统设计简化，模块生产批 量化，确保其性能稳定，质量可靠，便于维护，人们 开始研究如何建立总线标准，完成系统设计和模块制 作。 • 概念：所谓总线标准，可视为系统与各模块、模块与 模块之间的一个互连的标准界面。
processor
memory
• 1970年DEC公司PDP-11 小型计算机首次采用
I/O Interface （adapter） I/O device
I/O Interface （adapter） I/O device
总线
• 定义：是连接多个部件的传输线
– 总线的关键特征是共享传输线。
• 总线的两个特点：
– 任意时刻只能有一个设备向总线发送信息
• 系统瓶颈
– 多个部件可以同时从总线接受相同的信息
• 广播式
主机 processor memory
I/O Interface （adapter） I/O device
I/O Interface （adapter） I/O device
总线分类——按位置
• 片内总线
计算机组成原理 第3章 系统总线
李曦（llxx@）
本章内容
• 3.1 总线的概念和分类
• 3.2 总线特性及性能指标
–总线特性 –性能指标 –总线标准
• 3.3 总线的结构
• 3.4 总线控制
–判优控制 –通信控制
3.1 总线的基本概念和分类
计算机组成原理习题1 (1)
1．计算机使用总线结构便于增减外设，同时_____。 ．计算机使用总线结构便于增减外设，同时 。 A．减少了信息传输量 ． B．提高了信息的传输速度 ． C．减少了信息传输线的条数 ． D. 加重了 加重了CPU的工作量 的工作量 答案：C 答案： 2．总线中地址线的作用是 ．总线中地址线的作用是_____。 。 A. 只用于选择存储器单元 B. 由设备向主机提供地址 C．用于选择指定存储器单元和 设备接口电路的地址 ．用于选择指定存储器单元和I/O设备接口电路的地址 答案： 答案：C 3. 在三种集中式总线控制中，____方式响应时间最快。 在三种集中式总线控制中， 方式响应时间最快。 方式响应时间最快 A．链式查询 ． B．计数器定时查询 ． C．独立请求 ． 答案： 答案：C
4.7 一个容量为 一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和 位的存储器， × 位的存储器 是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？ 是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？ 1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位， × 位 × 位 × 位 × 位 × 位 8K×8位 × 位 解： 地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根； 根 需要的片数为： 需要的片数为： 1K×4：16K×32 / 1K×4 = 16×8 = 128片 × ： × × × 片 2K×8：16K×32 / 2K×8 = 8×4 = 32片 × ： × × × 片 4K×4：16K×32 / 4K×4 = 4×8 = 32片 × ： × × × 片 16K×1：16K×32 / 16K×1 = 32片 × ： × × 片 4K×8：16K×32 / 4K×8 = 4×4 = 16片 × ： × × × 片 8K×8：16K×32 / 8K×8 = 2×4 = 8片 × ： × × × 片
唐朔飞《计算机组成原理》(第2版)配套题库-章节题库-系统总线【圣才出品】
第3章系统总线一、选择题1．在系统总线的数据线上，不可能传输的是（）。
[2011年统考]A．指令B．操作数C．握手（应答）信号D．中断类信号【答案】C【解析】A项：当执行取指令操作时，将MAR所指的主存单元中的内容（指令）经数据总线读到MDR，故A项正确。
B项：操作数肯定可以通过数据线传输，故B项正确。
其实不仅仅是操作数，地址也有可能通过数据总线传输。
例如，在间址周期中，将取得的有效地址通过数据总线读到C项：握手（应答）信号必须在通信总线中传输，故C项错误。
D项：中断类型号在I/O总线的数据线上传输，故D项正确。
2．下列选项中，在I/O总线的数据线上传输的信息包括（）。
[2012年统考]Ⅰ．I/O接口中的命令字Ⅱ．I/O接口中的状态字Ⅲ．中断类型号A．仅Ⅰ、ⅡB．仅Ⅰ、ⅢC．仅Ⅱ、ⅢD．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ【答案】D【解析】在程序查询方式中，向I/O接口发出的命令字和从I/O接口取回的状态字，以及中断方式中的中断类型号（确定相应的中断向量）都是通过I/O总线的数据线传输的。
3．假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4B信息，一个总线周期占用两个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是（）。
[2009年统考]A．10MB/sB．20MB/sC．40MB/sD．80MB/s【答案】B【解析】总线带宽是指单位时间内总线上可传输数据的位数，通常用每秒钟传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒（B/s）表示。
根据题意可知，在两个时钟周期内传输了4B 的信息。
时钟周期=1/（10MHz）=0.1µs，也就是每0.2µs可以传输4B的信息，故每秒可以传输的信息数为4B/（0.2）us=4B/0.2×10-6s=20MB/s。
也可以通过公式求得总线工作频率。
针对此题，由于一个总线周期占用两个时钟周期，所以总线工作频率=总线时钟频率/2=5MHz，于是可以求得总线带宽=总线工作频率×总线宽度=5MHz×4B=20MB/s。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（PCI Express插槽（黄和绿色） ）
3.4
总线结构(P52)
单总线（系统总线）
一、单总线结构
I/O接口
I/O接口 …
I/O接口
CPU
主存
I/O 设备1 I/O 设备2 … I/O 设备n
二、多总线结构
1. 双总线结构
特点：CPU把一部分功能下放给通道，另外， 将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来。
数据线 的根数 每秒传输的最大字节数（MBps）
总线上的数据与时钟是同步、还是不同步。 一条信息线上分时传送两种信息。如：地址线 与 数据线 复用
地址线、数据线和控制线三种总线数的总和
并发、自动、仲裁、逻辑、计数 负载能力
P47表3.1 几种流行的微型计算机总线性能
总线带宽（又称总线的数据传输速率）
3.1
总线的基本概念
一、为什么要用总线？
二、什么是总线？
随着计算机的发展，应用领域的 不断扩大，I/O设备的种类和数 量也越来越多。人们希望随时增 添或减撤设备，用分散连接简直 是一筹莫展，由此出现了总线连 接。 总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部
件共享的传输介质。
注意：某一个时刻，只允许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。
2. 单总线结构框图
特点：I/O设备与主存交换信息时， 原则上不影响CPU的工作，CPU仍可 继续处理不访问主存或I/O设备的 操作，CPU效率有所提高，但某一 单总线（系统总线） 时刻各部件都要占用总线时，就会 冲突。要设总线判优逻辑，影响整 机的速度。
I/O接口
I/O接口 …
I/O接口
CPU
主存
1. 机械特性
尺寸、形状、管脚数及排列顺序
确保电气上正确连接
2. 电气特性
传输方向 和有效的 电平 范围 地址 数据 控制
3. 功能特性
每根传输线的 功能
保证正确连接不同部件
4. 时间特性
信号的 时序 关系
三、总线的性能指标（P46）
1.总线宽度
2.标准传输率 3. 时钟同步/异步 4. 总线复用 5.信号线数 6. 总线控制方式 7.其他指标
时钟
T1 T2 T3 T4
地址
数据
写 命令
同步通信的优、缺点
优点：规定明确、统一，模块间的配合简单一致。 缺点：主、从模块时间配合属于强制性“同步”，必须 按最慢的部件来设臵公共时钟，严重影响了总线的工 作效率，设计带来局限性，缺乏灵活性。
(P61)例3.1 假设总线的时钟频率为100MHz，总线的传输周期为4 个时钟周期，总线的宽度为32 位，试求总线的数据传输率。若 想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？ 解：(1)根据总线时钟频率为100MHz，得 1 个时钟周期为 1/100MHz = 0.01μs 总线传输周期为 0.01μs×4 = 0.04μs 由于总线的宽度为32 位 = 4B（字节） 故总线的数据传输率为4B/（0.04μs）= 100MBps (1/100M*4:32/8Ｂ＝１s:x x=100MBps) (2)若想提高一倍数据传输率，可以在不改变总线时钟 频率的前提下，使数据线宽度改为64 位，也可以仍保持 数据宽度为32 位，但使总线的时钟频率增加到200MHz。
8 MHz的16位数据通路
PCI 总线
SCSIⅡ 控制器 高性能图形
多媒体
高速局域网
ISA、EISA 图文传真
Modem
4. 多层 PCI 总线结构
CPU 存储器总线 桥0 桥4 PCI总线4 存储器
第一级桥
PCI设备
第二级桥 总线桥
桥5
PCI总线5 PCI总线0
桥1
桥3
设备 PCI总线3 PCI总线1
注意：由低位向 高位逐位传送。
串行通信总线
传输方式
并行通信总线
特点：串行－远距离，代价低（或借助电话网），并行－近距离（<30m）,代价高。
3.3 总线特性及性能指标
一、总线物理实现
CPU
插板 由许多导线直接印刷在电路板 上，延伸到各个部件 主存
I/O
插板
插板
BUS
主板
二、总线特性
保证机械上可靠连接
支 持 即 插 即 用
串行通信 总线标准
串行接口 总线标准
数据终端设备（计算机）和数据通信设备 （调制解调器）之间的标准接口
普通无屏蔽双绞线 带屏蔽双绞线 最高 1.5 Mbps (USB1.0) 12 Mbps (USB1.0) 480 Mbps (USB2.0)
USB
***PCI Express***
总 线 控 制 部 件
BS BR
I/O接口0 BG
I/O接口1
…
I/O接口n
…
3. 计数器定时查询方式
1 0
计数器
总 线 控 制 部 件
特点：当某个请求占用总线的设备 地址与计数值一致时，便获得总线 使用权，此时终止计数查询。特点： 优先次序可以改变（可由程序设臵 BS －总线忙 初始的计数值），电路故障不如链 数据线 BR－总线请求 式查询方式敏感，但增加的控制线 地址线 （设备地址线），控制较复杂 （log2n根）。 设备地址
I/O总线
I/O接口
…
I/O接口
DMA总线
高速外设 设备1
…
设备n
3. 三总线结构的另一种形式
局部总线
CPU 主存 局部I/O控制器 系统总线 Cache
局域网
SCSI
扩展总线接口
Modem
串行接口
扩展总线
4. 四总线结构
主存 CPU SCSI Cache/桥 多媒体 高速总线 FAX 扩展总线接口
注意：总线标准英文单词全称拼 写！！！ 带宽 33 MBps 33 MBps 133 MBps 132 MBps 528 MBps 266 MBps 533 MBps
总线时钟 8 MHz（独立） 8 MHz（独立） 32 MHz（CPU） 33 MHz（独立） 64 MHz（独立） 66.7 MHz（独立） 133 MHz（独立）
BS BR
I/O接口0
I/O接口1
…
I/O接口n
4. 独立请求方式
总 线 控 制 部 件
特点：响应速度快，优先次序控制 灵活（通过程序改变），但控制线 BG－总线同意 数量多（2n根），总线控制复杂。 BR－总线请求 数据线 地址线
BGn BRn
BG1
BR1
BG0
BR0
I/O接口0
排队器 排队器
I/O接口1 … I/O接口n
I/O 设备1 I/O 设备2 … I/O 设备n
3. 以存储器为中心的双总线结构框图
系统总线
现代计算机大 多数采用此总 线结构
特点：保留了I/O设备与存储器交换信息时不经过CPU 特点，因为增加了快速的存储总线，提高了传输效率， 减轻了系统总线的负担。
I/O接口
…
I/O接口
CPU
存储总线
主存
I/O 设备1 … I/O 设备n
四、总线标准
ISA
模块
系统
标 准 界 面
模块 总 线 标 准
EISA
VESA(LV-BUS) PCI AGP RS-232
系统
USB
总线标准可视为系统与各 模块、模块与模块之间的一个 互连的标准界面。 通用接口：按总线标准设计的接口。
几种流行的总线标准
总线标准 ISA EISA VESA (VL-BUS) PCI AGP RS-232 数据线 16 32 32 32 64 32
二、总线通信控制
1. 目的
解决通信双方如何获知传输开始和结束， 如何协调配合 问题
2. 总线传输周期（总线周期：完成一次总线操作的时间）
申请分配阶段
寻址阶段 传数阶段 结束阶段
主模块申请，总线仲裁决定
主模块向从模块 给出地址 和 命令
主模块和从模块 交换数据
主模块 撤消有关信息
3. 总线通信的四种方式
•主设备(模块)
对总线有 控制权 响应 从主设备发来的总线命令
链式查询
• 从设备(模块)
集中式 • 总线判优控制 分布式
计数器定时查询
独立请求方式
2. 链式查询方式
特点：离总线控制部件最近的设 备具有最高的优先级。只需很少 几根线（ 3根）就按一定优先次 BS －总线忙 序实现总线控制，且易扩充设备， BR－总线请求 但对电路敏感，且优先级低的设 BG－总线同意 备可能很难获得请求。 数据线 地址线
CPU、主存、I/O 设备之间（板级 总线或板间总线）
计算机各部件之间 的信息传输线
双向 与机器字长、存储字长有关
单向
有出
与存储地址、 I/O地址有关
有入
存储器读、存储器写 总线允许、中断确认
中断请求、总线请求
3.通信总线
用于计算机系统之间 或 计算机系统 与其他系统（如控制仪表、移动通信等）
之间的通信。
系统总线
CPU
主存控制器 存储器 局部总线 控制器
标准总线 控制器
VL BUS
33 MHz的32位数据通路
SCSIⅡ 控制器
ISA、EISA …
多媒体
高速局域网
高性能图形
8 MHz的16位数据通路
图文传真
Modem
…
3. PCI 总线结构
系统总线
CPU
存储器
PCI 桥
标准总线 33 MHz的32位数据通路 控制器
PCI Express是新一代的总线接口。早在2001年的春 季，英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线 和多种芯片的内部连接，并称之为第三代I/O总线技术。 在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多 家业界主导公司开始起草新技术的规范，并在2002年完成， 对其正式命名为PCI Express。 它采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI 以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有 自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以 把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提 供的高带宽。