计算机组成原理(下)

第6章总线系统6.1选择题1.计算机使用这解优点是便于实现积木化,同时A.减少了信息传输量B.提新了信息传输的速度C.减少了信息传输线的条数,2.在集中式总线仲裁中①式响应时间最快②方式对电路故障最敏感。A.菊花链方式B.独立请求方式c.计数器定时查询方式3.系统总线中地址线的功用是A.用于选择主存单元B.用于选择进行信息传输的设备C.用于指定主存单元和I/0设备接口电路的地址D.用于传送主存物理地址和逻辑地址4.数据总线的宽度由总线的定义。A.物理特性B.功能特性C.电气特性D.时间特性5.在单机系统中,三总线结构的计算机的总线系统由组成。A.系统总线、内存总线和I/0总线B.数据总线、地址总线和控制总线C.内部总线、系统总线和I/0总线D.ISA总线、VESA总线和PCI总线6.从总线的利用率来看①的效率最低;从整个系统的吞吐量来看②的效率最高。A.单总线结构B.双总线结构C.三总线结构7.下列陈述中不正确的是A.在双总线系统中,访存操作和输入/输出操作各有不同的指令B.系统吞吐量主要取决于主存的存取周期C.总线的功能特性定义每一根线上的信号的传递方向及有效电平范围D.早期的总线结构以CPU为核心,而在当代的总线系统中,由总线控制器完成多个总线请求者之间的协调与仲裁8.一个适配器必须有两个接口:一是和系统总线的接口,CPU和重配器的数据交换是①,方式;二是和外设的接口,适配器和外设的数据交换是②方式。A.并行B.串行C.并行或串行D.分时传送9.下列陈述中不正确的是A.总线结构传送方式可以提高数据的传输速度B.与独立请求方式相比,链式査询方式对电路的故障更敏感C.PCI总线采用同步时序协议和集中式仲裁策略D.总线的带宽是总线本身所能达到的最高传输速率10.在的计算机系统中,外设可以和主存储器单元统一编址,因此可以不使用I/〇指令。A.单总线B.双总线C.三总线D.多种总线11.以RS-232为接口,进行7位ASCII码字符传送,带有一位奇校验位和两位停止位,当渡特率为9600波特时,字符传送率为A.960B.873C.1371D.48012.下列各项是同步传输的特点。A.需要应答信号B.各部件的存取时间比较接近C.总线长度较长D.总线周期长度可变13.计算机系统的输入输出接口是之间的交接界面。A.CPU与存储器B.主机与外围设备C.存储器与外围设备D.CPU与系统总线14.下列各种情况中,应采用异步传输方式的是A.I/〇接口与打印机交换信息B.CPU与存储器交换信息C.CPU与I/0接口交换信息D.CPU与PC1总线交换信息15.描述当代流行总线结构基本概念中,正确的句子是A.当代流行的总线结构不是标准总线B.当代总线结构中,CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连C.系统中只允许有一个这样的CPU模块16.描述PCI总线基本概念中,正确的句子是A.PCI总线是一个与处理器无关的高速外围总线B.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送C.PCI设备一定是主设备D.系统中允许只有一条PCI总线17.描述PCI总线基本概念中,不正确的句子是A.HOST总线不仅连接主存,还可以连接多个CPUB.PCI总线体系中有三种桥,它们都是PCI设备C.以桥连接实现的PCI总线结构不允许多条总线并行工作D.桥的作用可使有的存取都按CPU的需要出现在总线上18.描述Futurebus+总线基本概念中,不正确的句子是A.Futurebus+是一个高性能的同步总线标准B.基本上是一个异步数据定时协议C.它是一个与结构、处理器、技术有关的开发标准D.数据线的规模在32位、64位、128位、256位中动态可变19.以下描述的基本概念中,不正确的句子是A.PCI总线不是层次总线B.PCI总线采用异步时序协议和分布式仲裁策略C.Futurebus+总线能支持64位地址D.Futurebus+适合于高成本的较大规模计算机系统参考答案:1.C2.①B②A3.C4.B5.A6.①C②C7.C8.①A②C9.A10.A11.Al2.B13.B14.A15.B16.A,B17.C18.A,C19.A,B6.2分析题1.①某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据,假设一个总线周期等于一个总线时钟周期,总线时钟频率为33MHz,求总线带宽是多少?②如果一个总线周期中并行传送64位数据,总线时钟频率升为66MHz,求总线带宽是多少?③分析哪些因素影响带宽?【解】①设总线带宽用Dr表示,总线时钟周期用T=1/f表示,一个总线周期传送的数据量用D表示,根据定义可得:-Dr=D/T=DX1/T=DXf=4BX33X10^6/s=132MB/s②因为64位=8B,所以Dr=DXf=8BX66X10^6/s=528MB/s③总线带宽是总线能提供的数据传送速率,通常用每秒钟传送信息的字节数(或位数)来表示。影响总线带宽的主要因素有:总线宽度、传送距离、总线发送和接收电路工作频率限制以及数据传送形式。2.单机系统中采用的总线结构有三种基本类型。请分析这三种总线结构的特点。【解】根据连接方式的不同，单机系统中采用的总线结构有以下三种基本类型:①单总线结构。它是用一组总线连接整个计算机系统的各大功能部件，各大部件之问的所有的信息传送都通过这组总线。其结构如图6.1(a)所示。单总线的优点是允许I/0设备之间或I/0设备与内存之间直接交换信息，只需CPU分配总线使用权,不需要CPU干预信息的交换。所以总线资源是由各大功能部件分时共享的。単总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上，所以总线的负载很重,可能使其吞吐量达到饱和甚至不能胜任的程度。②三总线结构。即在计算机系统各部件之间采用三条各自独立的总线来构成信息通路。这三条总线是:主存总线,输入/输出(I/0)总线和直接内存访问(DMA)总线,如图6.1(b)所示。主存总线用于CPU和主存之问传送地址、数据和控制信息;I/0总线供CPU和各类外设之间通讯用;DMA总线使主存和高速外设之间直接传送数据。一般来说,在三总线系统中，任一时刻只使用_种总线。③双总线结构。它有两条总线，一条是系统总线,用于CPU、主存和通道之间进行数据传送；另一条是I/0总线,用于多个外围设备与通道之间进行数据传送。其结构如图6.1（c）所示。双总线结构中，通道是计算机系统中的一个独立部件，使CPU的效率大为提高，并可以实现形式多样而更为复杂的数据传送。双总线的优点是以增加通道这一设备为代价的，通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，所以双总线通常在大型计算机或服务器中采用。3.分析图6.2所示电路的基本原理,说明它属于哪种总线仲裁方式,并说明这种总线方式的优缺点。【解】这种电路中,除数据总线D和地址总线A外,在控制总线中有三根线用于总线使用权的分配:BS:表示总线忙闲状态,当其有效时,表示总线正被某外设使用。BR:总线请求线,当其有效时,表示至少有一个外设要求使用总线。BG:总线授权线,当其有效时,表示总线仲裁部件响应总线请求(BR)。总线授权信号(BG)是串行地从一个I/O接口送到下一个I/O接口,如果BG达到的接口无总线请求,则继续往下传,如果BG到达的接口有总线请求，BG信号便不再往下传。这意味着该I/0接口获得了总线使用权。BG信号线就像一条链一样串联所有的设备接口，故这种总线仲裁方式称为链式査询方式。在査询链中,离总线仲裁器最近的设备具有最高优先权，离总线仲裁器越远的设备，优先权越低。链式査询方式的优点是:只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线请求仲裁,并且这种链式结构很容易扩充设备。其缺点是:对询间链的电路故障很敏感，如果第i个设备的接口中有关链的电路有故障，那么，第i个设备以后的设备都不能进行工作。另外，查询链的优先级是固定的；如果优先级高的设备出现频繁的请求，优先级较低的设备就可能长期不能使用总线。4.分析图6.3所示电路的基本原理,说明它属于哪种总线仲裁方式,并说明这种总线仲裁方式的优缺点。【解】这是属于独立请求总线仲裁方式,其工作原理如下:每一个共享总线的设备均有一对“总线请求”(BR)和“总线授权”(BG)线。当设备要求使用总线时，便发出“总线请求”信号，总线控制部件中一般有一个排队电路，根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求，当请求的设备排上队,便收到“总线授权”(BG)信号，从而可以使用总线。独立请求方式的优点是:响应时问快,对优先次序的控制也是相当灵活的，它可以预先固定，也可以通过程序来改变优先次序，并且可以在必要时屏蔽某些设备的请求。缺点是:控制线数量多，为控制n个设备，必须有2n根“总线请求”和“总线授权”线,相比之下链式査询方式只需2根，计数器定时查询方式只需约1og2n根；另外，总线仲裁器也要复杂得多。5.分析总线宽度对系统性能的影响。【解】总线需要有发送电路、接收电路、传输线(导线或电缆)、转接器(转换插头等)和电源等。这部分比起逻辑线路的成本要高得多，而且转接器占去了系统中相当大的物理空间，往往是系统中不可靠的部分。总线的宽度越宽,相应的线数越多,则成本越高、干扰越大、可靠性越低、占用的物理空间也越大，当然传送速度和吞吐率也越高。此外，总线的长度越长，成本就越高；干扰越大，可靠性越低。为此,越是长的总线，其宽度就应尽可能减小。减小总线宽度的方法可采用线的组合、串/并行转换和编码技术。当然减少总线宽度应满足性能要求以及与所用通信类型和速率相适应为前提。6.何谓“总线仲裁”？一般采用何种策略进行仲裁，简要说明它们的应用环境。【解】连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态。主方可以启动一个总线周期，而从方只能响应主方的请求。每次总线操作，只能有一个主方占用总线控制权，但同一时问里可以有一个或多个从方。除CPU模块外，I/0功能模块也可提出总线请求。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。一般来说，采用优先级或公平策略进行仲裁。在多处理器系统中，对CPU模块的总线请求采用公平原则处理，而对I/O模块的总线请求采用优先级策略。7.比技同步定时与异步定时的优缺点。【解】同步定时协议采用公用时钟，具有较高的传输效率。但由于同步总线必须按最慢的模块来设计公共时钟，当各功能模块存取时同相差很大时，会大大损失总线效率。异步定时的优点是总线周期长度可变，不把响应时间强加到功能模块上,因面允许快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上。但缺点是:总线复杂，成本较高。8.图6.4(a)是某种计算机总线定时时序图,请判断它是哪种定时方式的时序图，并分析其控制过程,同时用细线标出信号的相互作用关系。【解】题目给定的总线定时时序图中，没有同步时钟信号，而且有总线请求，总线授权和设备回答信号，所以，必定是异步双向全互锁总线控制方式。其控制过程如下:①当某个设备请求使用总线时，在该设备所属的请求线上发出信号BRi。②CPU根据优先原则授权后以BGi回答。③设备收到BGi有效信号，下降自己的BRi信息(使无效)，并上升SACK信号证实已收到BGi信号。④CPU接到SACK信号后，下降BGi作为回答。⑤在BBSY为“0”的情况下，该设备上升BBSY表示设备获得了总线控制权，成为控制总线的主设备。⑥在设备用完总线以后，下降BBSY和SACK,即释放总线。⑦在上述选择主设备的过程中，现行的主从设备可能正在讲行传送，在此情况下，需要等待现行传送结束，现行主设备下降BBSY信号后，新的主设备才能上升BBSY，获得总线控制权。过程①~⑦以及各信号的相互作用关系如图6.4(b)所示。8.图6.5(a)是有四个部件(控制器)共享总线的、分布式同步SBI总线定时示意图，每个控制器对应一根数据传送请求线TR，其优先权次序是TR0最高，TR3最低；这四条线又都接到各个控制器，每个控制器内部有一个自己是否可用总线的判别电路。公共时钟信号的周期为T，每个周期可完成一个数据传送。（1）叙述某个控制器要求使用SBI总线进行数据传送的实现过程。（2）图6.6(b)是图6.6(a)系统的