【導讀】馮·諾依曼型計算機的設計方案有哪些特點？用二進制數表示數據和指令；指令和數據存儲在內部存儲器中，按順序自動依次執(zhí)行指令；由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成基本硬件系統(tǒng)；由控制器來控制程序和數據的存取及程序的執(zhí)行；以運算器為核心。微處理器和微型計算機的發(fā)展經歷了哪些階段？經歷了6代演變，各典型芯片的特點如表1-1所示。善，尋址能力增強，運算速度提高了一個數量級。Intel80286集成度達到萬晶體管，主頻20MHz。儲和分頁存儲部件，可管理64TB虛擬存儲空間。晶體管，包含浮點運算部件和8KB的一級高速緩沖存儲器Cache。面性能有較大幅度提高。全新結構微處理器。及總線接口部件等組成，其功能是負責統(tǒng)一協(xié)調、管理和控制系統(tǒng)中的各個部件有機地工作。RAM存放當前參與運行的各種程序和數據，特點是信息可讀。息固定不變，關機后原存儲的信息不會丟失。機”，主機的主體則是主機板。寫出下列帶符號十進制數的原碼、反碼、補碼表示。

　　

【正文】 址。 虛擬存儲器允許用戶把主存、輔存視為一個統(tǒng)一的虛擬內存。用戶可以對海量輔存中的存儲內容按統(tǒng)一的虛址編排，在程序中使用虛址。在程序運行時，當 CPU 訪問虛址內容時發(fā)現已存于主存中（命中），可直接利用；若發(fā)現未在主存中（未命中），則仍需調入主存，并存在適當空間，待有了實地址后， CPU 就可以真正訪問使用了。 習題 5 什么叫總線？總線如何進行分類？各類總線的特點和應用場合是什么？ 【解答】 總線是指計算機中多個部件之間公用的一組連 線，由它構成系統(tǒng)插件間、插件的芯片間或系統(tǒng)間的標準信息通路。 （ 1）微處理器芯片總線： 元件級總線，是在構成一塊 CPU 插件或用微處理機芯片組成一個很小系統(tǒng)時常用的總線，常用于 CPU 芯片、存儲器芯片、 I/O 接口芯片等之間的信息傳送。 （ 2）內總線：板極總線或系統(tǒng)總線， 是微型計算機系統(tǒng)內連接各插件板的總線， 用以實現微機系統(tǒng)與各種擴展插件板之間的相互連接，是微機系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。在微型計算機系統(tǒng)中，系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設備之間進行通訊時所采用的數據通道。 （ 3）外部總線： 通信總線， 主要 用于微機系統(tǒng)與微機系統(tǒng) 之間或 微機與外部設備、儀器儀表之間的通信， 常 用于設備級的互連。 數據可以并行傳輸，也可以串行傳輸，數據傳輸速率低。 什么叫 總線的裁決？總線分配的優(yōu)先級技術有哪些？各自的特點是什么？ 【解答】 當總線上的某個部件要與另一個部件進行通信時，首先應該發(fā)出請求信號，有時會發(fā)生同一時刻總線上有多個請求信號的情況，就要根據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） 并聯優(yōu)先權判別法 通過優(yōu)先權裁決電路進行優(yōu)先級別判斷，每個部件一旦獲得總線使用權后應立即發(fā)出一個 “ 總線忙 ” 的信號， 表明總線正在被使用。當傳送結束后釋放總線。 （ 2） 串聯優(yōu)先級判別法 采用鏈式結構，把共享總線的各個部件按規(guī)定的優(yōu)先級別鏈接在鏈路的不同位置上，位置越前面的部件，優(yōu)先級別越高。 （ 3） 循環(huán)優(yōu)先權判別法 類似于并聯優(yōu)先權判別法，只是動態(tài)分配優(yōu)先權，原來的優(yōu)先權編碼器由一個更為復雜的電路代替，該電路把占用總線的優(yōu)先權在發(fā)出總線請求的那些部件之間循環(huán)移動，從而使每個總線部件使用總線的機會相同。 總線 數據 的傳送方式有哪些？各自有何特點？ 【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 制位的脈沖信號，每次一位。適于長距離傳輸。 （ 2）并行傳送方式 信息由多少個二進制位組成，機器就需要有多少條傳輸線，從而讓二進制信息在不同的線上同時進行傳送。 （ 3）并串行傳送方式 是并行傳送方式與串行傳送方式的結合。傳送信息時，如果一個數據字由兩個字節(jié)組成，那么傳送一個字節(jié)時采用并行方式，而字節(jié)之間 采用串行方式。 在微型機系統(tǒng)中采用標準總線的好處有哪些？ 【解答】 標準總線不僅在電氣上規(guī)定了各種信號的標準電平、負載能力和定時關系，而且在結構上規(guī)定了插件的尺寸規(guī)格和各引腳的定義。通過嚴格的電氣和結構 規(guī)定，各種模塊可實現標準連接。各生產廠家可以根據這些標準規(guī)范生產各種插件或系統(tǒng)，用戶可以根據自己的需要購買這些插件或系統(tǒng)來構成所希望的應用系統(tǒng)或者擴充原來的系統(tǒng)。 PC 總線有哪些主要特點？它的信號線有哪幾類？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備，其余外圍設備均為從屬設備。具有價格低、可靠性好、兼容性好和使用靈活等優(yōu)點。 PC 總線 62 條引腳信號分為地址線、數據線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等 5 類。 PC 總線 支持 8 位數據傳輸和 10 位尋址空間， 最大通信速率為 5 MB/s。 ISA 總線有哪些特點？它的信號線有哪幾類？適用范圍如何 ？ 【解答】 ISA 總線的數據傳送速率最快為 8MB/s，地址總線寬度為 24 位，可以支持 16 MB 的內存。 總線中的地址、數據線采用非多路復用形式，使系統(tǒng)的擴展設計更為簡便，可供選擇的 ISA 插件卡品種也較多。 前 62 引腳的信號分為地址線、數據線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等 5 類，新增加的 36 引腳插槽信號擴展了數據線、地址線、存儲器和 I/O 設備的讀寫控制線、中斷和 DMA控制線、電源和地線等。 ISA 總線由 IBM 公司推出，已經成為 8 位和 16 位數 據傳輸總線的工業(yè)標準 是早期比較有代表性的總線 。 PCI 總線有哪些主要特點， PCI 總線結構與 ISA 總線結構有什么地方不同？ 【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） 獨立于處理器；（ 4）即插即用； （ 5） 適合于各種機型； （ 6） 多總線共存； （ 7） 預留發(fā)展空間；（ 8）數據線和地址線復用結構，節(jié)約線路空間，降低設計成本。 PCI 總線結構與 ISA 總線結構的不同： 典型 PCI 系統(tǒng)允許在一個總線中插入 32 個物理部件，每一個物理部件可含有最多 8 個不同的功能部件。處理器與 RAM 位于主機總線上 ，具有 64 位數據通道和更寬以及更高的運行速度。指令和數據在 CPU 和 RAM 之間快速流動，然后把數據交給 PCI 總線。 PCI 負責將數據交給 PCI 擴展卡或設備。驅動 PCI 總線的全部控制由 PCI 橋實現。 ISA 總線構成的微機系統(tǒng)中，內存速度較快時通常采用將內存移出 ISA 總線并轉移到自己的專用總線 — 內存總線上的體系結構。 ISA 總線以擴展插槽形式對外開放，磁盤控制器、顯示卡、聲卡、打印機等接口卡均可插在 8MHz、 8/16 位 ISA 總線插槽上，以實現 ISA 支持的各種外設與 CPU 的通信。 EISA 總線與 ISA 總線相比 有哪些 主要特點？ 【解答】 （ 1） 用于 32 位微機中 ， 支持 32 位尋址 ， 尋址空間達 4GB， 支持 64KBI/O 端口尋址。 （ 2）具有 32 位數據線 ，大大提高了數據傳輸能力，最大數據傳輸速率達 33 MB/S。 （ 3）支持多處理器結構，支持多主控總線設備。 （ 4）具有自動配置功能，可以根據配置文件自動地初始化，配置系統(tǒng)板和多擴展卡。 （ 5）擴展了 DMA 的范圍 和傳輸速度，支持 7 個 DMA 通道。 DMA 數據傳輸可在 ISA方式 下 ，也可在 EISA 方式下。 在 EISA 方式下，使用 32 位數據總線和地址總線。 （ 6）采用同步數據傳送協(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到 33MHz，其最大傳輸率可達 132MB/s，可與 CPU 同步工作。因此，需要高速數據傳輸的系統(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 機的接口。 VESA 局部總線是 ISA 總線的擴展，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 32 位地址和數據總線，用于將存儲器和 I/O 設備連接到微處理器上。 簡述 PCI 總線的主要特點，分析其系統(tǒng)組成結構，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） 獨立于處理器；（ 4）即插即用； （ 5） 適合于各種機型； （ 6） 多總線共存； （ 7） 預留發(fā)展空間；（ 8）數據線和地址線復用結構，節(jié)約線路空間，降低設計成本。 PCI 總線信號分為地址線、數據線、接口控制線、仲裁線、 系統(tǒng)線、中斷請求線、 高速緩存支持、出錯報告等信號線。規(guī)定了長卡、短卡兩種 PCI 擴展卡及連接器。長卡提供64 位接口，插槽 A、 B 兩邊共定義了 188 個引腳；短卡提供 32 位接口，插槽 A、 B 兩邊共定義了 124 個引腳。 什么叫 PCI 橋？有哪些主要功能 ？ 【解答】 PCI 橋實際是 PCI 總線控制器，實現主機總線與 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器空間或 I/O 空間的 PCI 設備。 （ 2）提供能使 PCI 主設備直接訪問主存儲器的高速通路。 （ 3）提供數據緩沖功能，可以使 CPU 與 PCI 總線上的設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，實現了 PCI 總線的全部驅動控制。 什么是 AGP 總線？它有哪些主要特點，應用在什么場合？ 【解答】 AGP 總線是一種高速圖形接口的局部總線標準。 主要特點如下： （ 1）具有雙重驅動技術，允許在一個總線周期內傳輸兩次數據。 （ 2）采用帶邊信號傳送技術，在總線上實現地址和數據的多路復用。 （ 3）采用內存請求流水線技術，隱含了對存儲器訪問造成的延遲，允許系統(tǒng)處理圖形控制器對內存進行的多次請求。 （ 4）通過把圖形接口繞行到專用的適合傳輸高速圖形、圖像數據的 AGP 通道上，解決了 PCI 帶寬問題。 （ 5） AGP 接口只能為圖形設備獨占，不具有一般總線的共享特性。 AGP 接口只能應用于圖形設備。 簡述 IEEE l394 總線的特點和工作原理。 【解答】 IEEE l394 是一種新型的高速串行總線。特點：可達到較高的傳輸速率；總線采用同步傳輸模式和異步傳輸模式；可實現即插即用并支持熱插拔等。它的應用范圍 主要是那些帶寬要求超過 100KB/s 的硬盤和視頻外設。 IEEE 1394 總線通過一根 1394 橋接器與計算機的外部設備相連，把各設備當作寄存器或內存，采用內存編址方法，因而可以進行處理器到內存的直接傳輸。 簡述 I2C 總線的特點和工作原理 ？ 【解答】 I2C 總線主要具有以下特性： （ 1）二線傳輸。 （ 2）當系統(tǒng)中有多個主器件時，在 I2C 總線工作時任何一個主器件都可成為主控制器。 （ 3） I2C 總線傳輸時，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)點的電源都可以單獨供電 ，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據線 SDA 和串行時鐘線 SCL 相連接并傳送信息。 I2C 總線規(guī)定起始信號后的第一個字節(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，則該器件認為被主控器尋址，并根據讀 /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)和使用微型計算機系統(tǒng)時，應該怎樣合理地選擇微機總線？需要注意的有哪些方面？ 【解答】 微型計算機總線的主要職能是負責計算機各模塊間的數據傳輸，因此選擇總線主要要衡量其性能?？偩€性能指標中最主要的是數據傳輸率，另外，可操作性、兼容性和性能 價格比也是很重要的技術特征?？偩€的主要性能指標有以下幾項： （ 1）總線寬度；（ 2）標準傳輸率 Mb/s；（ 3）時鐘同步 /異步；（ 4）信號線數；（ 5）負載能力；（ 6）總線控制方法；（ 7）擴展板尺寸；（ 8）其它指標等。 習題 6 什么是接口？ 其作用是什么？ 【解答】 連接外部設備與微型計算機的接口電路。 作用：（ 1）解決 CPU 與外設工作速度不匹配的問題；（ 2）解決 CPU 與外設工作時序配合問題；（ 3）實現信息格式轉換；（ 4）解決信息類型與信號電平匹配的問題。 輸入 /輸出接口電路有哪些寄存器，各自的作用是什么？ 【解答】 通常有數據輸入、數據輸出、控制和狀態(tài)寄存器等。在 CPU 與外部設備之間進行數據傳輸時，各類信息寫入接口中相應的寄存器，或從相應寄存器讀出。 CPU 從數據輸入寄存器和狀態(tài)寄存器中讀出數據和狀態(tài)，但不能向其中寫內容； CPU 往數據輸 出寄存器和控制寄存器中寫數據和控制信息，但不能從其中讀內容。 什么叫端口？ I/O 端口的編址方式有哪幾種？各有何特點？ 【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 端口與內存單元統(tǒng)一起來進行編號 。該方式優(yōu)點是不需要專門的I/O 指令，對 I/O 端口操作的指令類型多；缺點是端口要占用部分存儲器的地址空間，不容易區(qū)分是訪問存儲器還是外部設備。 獨立編址的 端口單獨構成 I/O 地址空間，不占用存儲器地址。 優(yōu)點是 地址空間獨立，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器操作指令有明顯區(qū)別，程序容易閱讀；缺點是指令類別少，一般只能進行傳送操作。 CPU 與輸入輸出設備之間傳送的信息由哪幾類？相應的端口稱為什么端口？ 【解答】 CPU 與輸入 /輸出設備交換的信息有 3 類：數