【導(dǎo)讀】馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案有哪些特點(diǎn)？用二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)據(jù)和指令；指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，按順序自動(dòng)依次執(zhí)行指令；由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成基本硬件系統(tǒng)；由控制器來控制程序和數(shù)據(jù)的存取及程序的執(zhí)行；以運(yùn)算器為核心。微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了哪些階段？經(jīng)歷了6代演變，各典型芯片的特點(diǎn)如表1-1所示。善，尋址能力增強(qiáng)，運(yùn)算速度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。Intel80286集成度達(dá)到萬晶體管，主頻20MHz。儲(chǔ)和分頁存儲(chǔ)部件，可管理64TB虛擬存儲(chǔ)空間。晶體管，包含浮點(diǎn)運(yùn)算部件和8KB的一級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器Cache。面性能有較大幅度提高。全新結(jié)構(gòu)微處理器。及總線接口部件等組成，其功能是負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)、管理和控制系統(tǒng)中的各個(gè)部件有機(jī)地工作。RAM存放當(dāng)前參與運(yùn)行的各種程序和數(shù)據(jù)，特點(diǎn)是信息可讀。息固定不變，關(guān)機(jī)后原存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失。機(jī)”，主機(jī)的主體則是主機(jī)板。寫出下列帶符號(hào)十進(jìn)制數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示。

　　

【正文】 址。 虛擬存儲(chǔ)器允許用戶把主存、輔存視為一個(gè)統(tǒng)一的虛擬內(nèi)存。用戶可以對(duì)海量輔存中的存儲(chǔ)內(nèi)容按統(tǒng)一的虛址編排，在程序中使用虛址。在程序運(yùn)行時(shí)，當(dāng) CPU 訪問虛址內(nèi)容時(shí)發(fā)現(xiàn)已存于主存中（命中），可直接利用；若發(fā)現(xiàn)未在主存中（未命中），則仍需調(diào)入主存，并存在適當(dāng)空間，待有了實(shí)地址后， CPU 就可以真正訪問使用了。 習(xí)題 5 什么叫總線？總線如何進(jìn)行分類？各類總線的特點(diǎn)和應(yīng)用場合是什么？ 【解答】 總線是指計(jì)算機(jī)中多個(gè)部件之間公用的一組連 線，由它構(gòu)成系統(tǒng)插件間、插件的芯片間或系統(tǒng)間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。 （ 1）微處理器芯片總線： 元件級(jí)總線，是在構(gòu)成一塊 CPU 插件或用微處理機(jī)芯片組成一個(gè)很小系統(tǒng)時(shí)常用的總線，常用于 CPU 芯片、存儲(chǔ)器芯片、 I/O 接口芯片等之間的信息傳送。 （ 2）內(nèi)總線：板極總線或系統(tǒng)總線， 是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線， 用以實(shí)現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時(shí)所采用的數(shù)據(jù)通道。 （ 3）外部總線： 通信總線， 主要 用于微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng) 之間或 微機(jī)與外部設(shè)備、儀器儀表之間的通信， 常 用于設(shè)備級(jí)的互連。 數(shù)據(jù)可以并行傳輸，也可以串行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率低。 什么叫 總線的裁決？總線分配的優(yōu)先級(jí)技術(shù)有哪些？各自的特點(diǎn)是什么？ 【解答】 當(dāng)總線上的某個(gè)部件要與另一個(gè)部件進(jìn)行通信時(shí)，首先應(yīng)該發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，有時(shí)會(huì)發(fā)生同一時(shí)刻總線上有多個(gè)請(qǐng)求信號(hào)的情況，就要根據(jù)一定的原則來確定占用總線的先后次序，這就是總線裁決。 （ 1） 并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法 通過優(yōu)先權(quán)裁決電路進(jìn)行優(yōu)先級(jí)別判斷，每個(gè)部件一旦獲得總線使用權(quán)后應(yīng)立即發(fā)出一個(gè) “ 總線忙 ” 的信號(hào)， 表明總線正在被使用。當(dāng)傳送結(jié)束后釋放總線。 （ 2） 串聯(lián)優(yōu)先級(jí)判別法 采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，把共享總線的各個(gè)部件按規(guī)定的優(yōu)先級(jí)別鏈接在鏈路的不同位置上，位置越前面的部件，優(yōu)先級(jí)別越高。 （ 3） 循環(huán)優(yōu)先權(quán)判別法 類似于并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法，只是動(dòng)態(tài)分配優(yōu)先權(quán)，原來的優(yōu)先權(quán)編碼器由一個(gè)更為復(fù)雜的電路代替，該電路把占用總線的優(yōu)先權(quán)在發(fā)出總線請(qǐng)求的那些部件之間循環(huán)移動(dòng)，從而使每個(gè)總線部件使用總線的機(jī)會(huì)相同。 總線 數(shù)據(jù) 的傳送方式有哪些？各自有何特點(diǎn)？ 【解答】 （ 1）串行傳送方式 只使用一條傳輸線，在傳輸線上按順序傳送信息的所有二進(jìn) 制位的脈沖信號(hào)，每次一位。適于長距離傳輸。 （ 2）并行傳送方式 信息由多少個(gè)二進(jìn)制位組成，機(jī)器就需要有多少條傳輸線，從而讓二進(jìn)制信息在不同的線上同時(shí)進(jìn)行傳送。 （ 3）并串行傳送方式 是并行傳送方式與串行傳送方式的結(jié)合。傳送信息時(shí)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)字由兩個(gè)字節(jié)組成，那么傳送一個(gè)字節(jié)時(shí)采用并行方式，而字節(jié)之間 采用串行方式。 在微型機(jī)系統(tǒng)中采用標(biāo)準(zhǔn)總線的好處有哪些？ 【解答】 標(biāo)準(zhǔn)總線不僅在電氣上規(guī)定了各種信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)電平、負(fù)載能力和定時(shí)關(guān)系，而且在結(jié)構(gòu)上規(guī)定了插件的尺寸規(guī)格和各引腳的定義。通過嚴(yán)格的電氣和結(jié)構(gòu) 規(guī)定，各種模塊可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)連接。各生產(chǎn)廠家可以根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范生產(chǎn)各種插件或系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的需要購買這些插件或系統(tǒng)來構(gòu)成所希望的應(yīng)用系統(tǒng)或者擴(kuò)充原來的系統(tǒng)。 PC 總線有哪些主要特點(diǎn)？它的信號(hào)線有哪幾類？分析該總線的適用范圍。 【解答】 PC 總線把 CPU 視為總線的唯一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。具有價(jià)格低、可靠性好、兼容性好和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。 PC 總線 62 條引腳信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等 5 類。 PC 總線 支持 8 位數(shù)據(jù)傳輸和 10 位尋址空間， 最大通信速率為 5 MB/s。 ISA 總線有哪些特點(diǎn)？它的信號(hào)線有哪幾類？適用范圍如何 ？ 【解答】 ISA 總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為 8MB/s，地址總線寬度為 24 位，可以支持 16 MB 的內(nèi)存。 總線中的地址、數(shù)據(jù)線采用非多路復(fù)用形式，使系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)更為簡便，可供選擇的 ISA 插件卡品種也較多。 前 62 引腳的信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等 5 類，新增加的 36 引腳插槽信號(hào)擴(kuò)展了數(shù)據(jù)線、地址線、存儲(chǔ)器和 I/O 設(shè)備的讀寫控制線、中斷和 DMA控制線、電源和地線等。 ISA 總線由 IBM 公司推出，已經(jīng)成為 8 位和 16 位數(shù) 據(jù)傳輸總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 是早期比較有代表性的總線 。 PCI 總線有哪些主要特點(diǎn)， PCI 總線結(jié)構(gòu)與 ISA 總線結(jié)構(gòu)有什么地方不同？ 【解答】 （ 1） 線性突發(fā)傳輸； （ 2） 支持總線主控方式和同步操作； （ 3） 獨(dú)立于處理器；（ 4）即插即用； （ 5） 適合于各種機(jī)型； （ 6） 多總線共存； （ 7） 預(yù)留發(fā)展空間；（ 8）數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，節(jié)約線路空間，降低設(shè)計(jì)成本。 PCI 總線結(jié)構(gòu)與 ISA 總線結(jié)構(gòu)的不同： 典型 PCI 系統(tǒng)允許在一個(gè)總線中插入 32 個(gè)物理部件，每一個(gè)物理部件可含有最多 8 個(gè)不同的功能部件。處理器與 RAM 位于主機(jī)總線上 ，具有 64 位數(shù)據(jù)通道和更寬以及更高的運(yùn)行速度。指令和數(shù)據(jù)在 CPU 和 RAM 之間快速流動(dòng)，然后把數(shù)據(jù)交給 PCI 總線。 PCI 負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)交給 PCI 擴(kuò)展卡或設(shè)備。驅(qū)動(dòng) PCI 總線的全部控制由 PCI 橋?qū)崿F(xiàn)。 ISA 總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，內(nèi)存速度較快時(shí)通常采用將內(nèi)存移出 ISA 總線并轉(zhuǎn)移到自己的專用總線 — 內(nèi)存總線上的體系結(jié)構(gòu)。 ISA 總線以擴(kuò)展插槽形式對(duì)外開放，磁盤控制器、顯示卡、聲卡、打印機(jī)等接口卡均可插在 8MHz、 8/16 位 ISA 總線插槽上，以實(shí)現(xiàn) ISA 支持的各種外設(shè)與 CPU 的通信。 EISA 總線與 ISA 總線相比 有哪些 主要特點(diǎn)？ 【解答】 （ 1） 用于 32 位微機(jī)中 ， 支持 32 位尋址 ， 尋址空間達(dá) 4GB， 支持 64KBI/O 端口尋址。 （ 2）具有 32 位數(shù)據(jù)線 ，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力，最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá) 33 MB/S。 （ 3）支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備。 （ 4）具有自動(dòng)配置功能，可以根據(jù)配置文件自動(dòng)地初始化，配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。 （ 5）擴(kuò)展了 DMA 的范圍 和傳輸速度，支持 7 個(gè) DMA 通道。 DMA 數(shù)據(jù)傳輸可在 ISA方式 下 ，也可在 EISA 方式下。 在 EISA 方式下，使用 32 位數(shù)據(jù)總線和地址總線。 （ 6）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議 ，可支持一次傳送，也支持突法方式傳送。 VESA 局部總線與 ISA 總線 有什么不同之處？ 【解答】 EISA 總線工作頻率是 8MHz，而 VESA 局部總線工作頻率可以達(dá)到 33MHz，其最大傳輸率可達(dá) 132MB/s，可與 CPU 同步工作。因此，需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)可以采用 VESA 局部總線，它通常用于視頻和磁盤到基于 80486 的 PC 機(jī)的接口。 VESA 局部總線是 ISA 總線的擴(kuò)展，不同之處在于 VESA 局部總線沒有在 16 位 ISA 總線連接器上增加任何器件，而是在 16 位 ISA 總線連接器的后面增加了第 3 個(gè)連接器，即VESA 連接器。 VESA 局部總線上的連線與 EISA 總線卡非常相似， VESA 局部總線還包括一個(gè) 32 位地址和數(shù)據(jù)總線，用于將存儲(chǔ)器和 I/O 設(shè)備連接到微處理器上。 簡述 PCI 總線的主要特點(diǎn)，分析其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，有那些主要引腳及其功能？ 【解答】 （ 1） 線性突發(fā)傳輸； （ 2） 支持總線主控方式和同步操作； （ 3） 獨(dú)立于處理器；（ 4）即插即用； （ 5） 適合于各種機(jī)型； （ 6） 多總線共存； （ 7） 預(yù)留發(fā)展空間；（ 8）數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，節(jié)約線路空間，降低設(shè)計(jì)成本。 PCI 總線信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、接口控制線、仲裁線、 系統(tǒng)線、中斷請(qǐng)求線、 高速緩存支持、出錯(cuò)報(bào)告等信號(hào)線。規(guī)定了長卡、短卡兩種 PCI 擴(kuò)展卡及連接器。長卡提供64 位接口，插槽 A、 B 兩邊共定義了 188 個(gè)引腳；短卡提供 32 位接口，插槽 A、 B 兩邊共定義了 124 個(gè)引腳。 什么叫 PCI 橋？有哪些主要功能 ？ 【解答】 PCI 橋?qū)嶋H是 PCI 總線控制器，實(shí)現(xiàn)主機(jī)總線與 PCI 總線的適配耦合。 主要功能如下： （ 1）提供低延遲訪問通路，使處理器能直接訪問通過低延遲訪問通路映射于存儲(chǔ)器空間或 I/O 空間的 PCI 設(shè)備。 （ 2）提供能使 PCI 主設(shè)備直接訪問主存儲(chǔ)器的高速通路。 （ 3）提供數(shù)據(jù)緩沖功能，可以使 CPU 與 PCI 總線上的設(shè)備并行工作而不必相互等待。 （ 4）可以使 PCI 總線的操作與 CPU 總線分開，實(shí)現(xiàn)了 PCI 總線的全部驅(qū)動(dòng)控制。 什么是 AGP 總線？它有哪些主要特點(diǎn)，應(yīng)用在什么場合？ 【解答】 AGP 總線是一種高速圖形接口的局部總線標(biāo)準(zhǔn)。 主要特點(diǎn)如下： （ 1）具有雙重驅(qū)動(dòng)技術(shù)，允許在一個(gè)總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)。 （ 2）采用帶邊信號(hào)傳送技術(shù)，在總線上實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的多路復(fù)用。 （ 3）采用內(nèi)存請(qǐng)求流水線技術(shù)，隱含了對(duì)存儲(chǔ)器訪問造成的延遲，允許系統(tǒng)處理圖形控制器對(duì)內(nèi)存進(jìn)行的多次請(qǐng)求。 （ 4）通過把圖形接口繞行到專用的適合傳輸高速圖形、圖像數(shù)據(jù)的 AGP 通道上，解決了 PCI 帶寬問題。 （ 5） AGP 接口只能為圖形設(shè)備獨(dú)占，不具有一般總線的共享特性。 AGP 接口只能應(yīng)用于圖形設(shè)備。 簡述 IEEE l394 總線的特點(diǎn)和工作原理。 【解答】 IEEE l394 是一種新型的高速串行總線。特點(diǎn)：可達(dá)到較高的傳輸速率；總線采用同步傳輸模式和異步傳輸模式；可實(shí)現(xiàn)即插即用并支持熱插拔等。它的應(yīng)用范圍 主要是那些帶寬要求超過 100KB/s 的硬盤和視頻外設(shè)。 IEEE 1394 總線通過一根 1394 橋接器與計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備相連，把各設(shè)備當(dāng)作寄存器或內(nèi)存，采用內(nèi)存編址方法，因而可以進(jìn)行處理器到內(nèi)存的直接傳輸。 簡述 I2C 總線的特點(diǎn)和工作原理 ？ 【解答】 I2C 總線主要具有以下特性： （ 1）二線傳輸。 （ 2）當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)主器件時(shí)，在 I2C 總線工作時(shí)任何一個(gè)主器件都可成為主控制器。 （ 3） I2C 總線傳輸時(shí)，采用狀態(tài)碼的管理方法。 （ 4）系統(tǒng)中所有外圍器件及模塊采用器件地址及引腳地址的編址方法。 （ 5）所 有帶 I2C 接口的外圍器件都具有應(yīng)答功能。 （ 6） 任何具有 I2C 總線接口的外圍器件，都具有相同的電氣接口 ， 各節(jié)點(diǎn)的電源都可以單獨(dú)供電 ，并可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。 I2C 總線的工作原理： 器件之間通過串行數(shù)據(jù)線 SDA 和串行時(shí)鐘線 SCL 相連接并傳送信息。 I2C 總線規(guī)定起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)為尋址字節(jié)，尋址被控器件，并規(guī)定傳送方向。主控器發(fā)送起始信號(hào)后立即發(fā)送尋址字節(jié)，總線上的所有器件都將尋址字節(jié)中的 7 位地址與自己器件地址相比較。如果兩者相同，則該器件認(rèn)為被主控器尋址，并根據(jù)讀 /寫位確定是被控發(fā)送器或被控接收 器。 定性討論在開發(fā)和使用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該怎樣合理地選擇微機(jī)總線？需要注意的有哪些方面？ 【解答】 微型計(jì)算機(jī)總線的主要職能是負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)各模塊間的數(shù)據(jù)傳輸，因此選擇總線主要要衡量其性能?？偩€性能指標(biāo)中最主要的是數(shù)據(jù)傳輸率，另外，可操作性、兼容性和性能 價(jià)格比也是很重要的技術(shù)特征。總線的主要性能指標(biāo)有以下幾項(xiàng)： （ 1）總線寬度；（ 2）標(biāo)準(zhǔn)傳輸率 Mb/s；（ 3）時(shí)鐘同步 /異步；（ 4）信號(hào)線數(shù)；（ 5）負(fù)載能力；（ 6）總線控制方法；（ 7）擴(kuò)展板尺寸；（ 8）其它指標(biāo)等。 習(xí)題 6 什么是接口？ 其作用是什么？ 【解答】 連接外部設(shè)備與微型計(jì)算機(jī)的接口電路。 作用：（ 1）解決 CPU 與外設(shè)工作速度不匹配的問題；（ 2）解決 CPU 與外設(shè)工作時(shí)序配合問題；（ 3）實(shí)現(xiàn)信息格式轉(zhuǎn)換；（ 4）解決信息類型與信號(hào)電平匹配的問題。 輸入 /輸出接口電路有哪些寄存器，各自的作用是什么？ 【解答】 通常有數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、控制和狀態(tài)寄存器等。在 CPU 與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，各類信息寫入接口中相應(yīng)的寄存器，或從相應(yīng)寄存器讀出。 CPU 從數(shù)據(jù)輸入寄存器和狀態(tài)寄存器中讀出數(shù)據(jù)和狀態(tài)，但不能向其中寫內(nèi)容； CPU 往數(shù)據(jù)輸 出寄存器和控制寄存器中寫數(shù)據(jù)和控制信息，但不能從其中讀內(nèi)容。 什么叫端口？ I/O 端口的編址方式有哪幾種？各有何特點(diǎn)？ 【解答】 端口指輸入 /輸出接口中的寄存器。 I/O 端口有兩種編址方式： 統(tǒng)一編址方式是將 I/O 端口與內(nèi)存單元統(tǒng)一起來進(jìn)行編號(hào) 。該方式優(yōu)點(diǎn)是不需要專門的I/O 指令，對(duì) I/O 端口操作的指令類型多；缺點(diǎn)是端口要占用部分存儲(chǔ)器的地址空間，不容易區(qū)分是訪問存儲(chǔ)器還是外部設(shè)備。 獨(dú)立編址的 端口單獨(dú)構(gòu)成 I/O 地址空間，不占用存儲(chǔ)器地址。 優(yōu)點(diǎn)是 地址空間獨(dú)立，控制電路和地址譯碼電路簡單，采用專用的 I/O 指令，使得端口操作的指令在形式上與存儲(chǔ)器操作指令有明顯區(qū)別，程序容易閱讀；缺點(diǎn)是指令類別少，一般只能進(jìn)行傳送操作。 CPU 與輸入輸出設(shè)備之間傳送的信息由哪幾類？相應(yīng)的端口稱為什么端口？ 【解答】 CPU 與輸入 /輸出設(shè)備交換的信息有 3 類：數(shù)