【導讀】部件組成.主要組成部件的功能和特點分析如下:...馮·諾依曼型計算機的設(shè)計方案有哪些特點？用二進制數(shù)表示數(shù)據(jù)和指令；指令和數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)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(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；以運算器為核心。微處理器和微型計算機的發(fā)展經(jīng)歷了哪些階段？經(jīng)歷了6代演變，各典型芯片的特點如表1-1所示。善，尋址能力增強，運算速度提高了一個數(shù)量級。Intel80286集成度達到萬晶體管，主頻20MHz。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(jié)構(gòu)微處理器。部件等組成，其功能是負責統(tǒng)一協(xié)調(diào)、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(shù)據(jù)，特點是信息可讀可寫，存取方便，但信息。外存儲器容量大，保存。的信息不會丟失。系統(tǒng)總線是CPU與其它部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通道。

　　

【正文】 4 組芯片需要 2 位地址 做片組選擇，即片選信號。 邏輯框圖見圖 41。為清楚起見，圖中只畫出了各個芯片的部分連線。 ??CPU1 6K 1 CS 1 6K 1 CS??D7?D01 6K 1 CS1 6K 1 CS 1 6K 1 CS 1 6K 1 CS??????A0?A13A14A15????譯碼器圖41 若用 4K 1 位的 RAM 芯片組成 16K 8 位的存儲器，需要多少芯片？ A19~A0 地址線中哪些參與片內(nèi)尋址？哪些作為芯片組的片選信號？ 【解答】（ 16K 8 位 ） /（ 4K 1 位 ） = 32 片 每 8 片一組，分成 4 組。每組的存儲容量為 4KB = 212B，片內(nèi)尋址需要 12 位地址線，即 A11~A0；4 組芯片可用 2 位地址線進行區(qū)分，即可用 A13~A12 做片選信號， A19~A14 可浮空或做其他用途。 若用 2114 芯片組成 2KB RAM，地址范圍為 3000H~37FFH，問地址線應如何連接？（假設(shè)CPU 有 16 條地址線、 8 條數(shù)據(jù)線） 【解答】 2114 芯片單片容量為 1K 4 位，組成 2K 8 位 RAM 需要： （ 2K 8 位 ） /（ 1K 4 位 ） = 4 片 每 2 片一組，分成 2 組。每組的存儲容量為 1KB = 210B，片內(nèi)尋址需要 10 位地址線。對應的地址范圍為 3000H~37FFH = 0011000000000000B ~ 0011011111111111B，可見， CPU 的 16 條地址線中 A9~A0用于片內(nèi)尋址， A10 用做片選信號， A13~A12 接高電平， A15~A1 A11 接地。 簡述計算機中為什么要采用高速緩存器 Cache？分析其工作原理。 【解答】 Cache 存儲空間較小而存取速度很高，位于 CPU 和主存之間，用來存放 CPU 頻繁使用的指令和數(shù)據(jù)，可以減少存儲器的訪問時間，所以能提高整個處理機的性能。 簡述虛擬存儲技術(shù)的特點和工作原理。 【解答】 虛擬存儲器是以存儲器訪問的局部性為基礎(chǔ)，建立在“主存 — 輔存”物理體系結(jié)構(gòu)上的存儲管理技術(shù)。 它可以使計算機具有輔存 的容量，且用接近于主存的速度進行存取，程序員可按比主存大得多的虛擬空間編址 —— 是一種概念性的邏輯地址，并非實際物理地址。 19 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(nèi)存。用戶可以對海量輔存中的存儲內(nèi)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(nèi)容時發(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(gòu)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(gòu)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(nèi)總線：板極總線或系統(tǒng)總線， 是微型計算機系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線， 用以實現(xiàn)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(shè)備之間進行通訊時所采用 的數(shù)據(jù)通道。 （ 3）外部總線： 通信總線， 主要 用于微機系統(tǒng)與微機系統(tǒng) 之間或 微機與外部設(shè)備、儀器儀表之間的通信， 常 用于設(shè)備級的互連。 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)先級技術(shù)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(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)裁決電路進行優(yōu)先級別判斷，每個部件一旦獲得總線 使用權(quán)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(jié)束后釋放總線。 （ 2） 串聯(lián)優(yōu)先級判別法 采用鏈式結(jié)構(gòu)，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(quán)判別法 類似于并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法，只是動態(tài)分配優(yōu)先權(quán)，原來的優(yōu)先權(quán)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(quán)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(shù)據(jù) 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 20 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(jié)合。傳送信息時，如果一個數(shù)據(jù)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(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。通過嚴格的電氣和結(jié)構(gòu)規(guī)定，各種模塊可實現(xiàn)標準連接。各生產(chǎn)廠家可以根據(jù)這些標準規(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(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)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(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？它的信號線有哪幾類？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?？偩€中的地址、數(shù)據(jù)線采用非多路復用形式，使系統(tǒng)的擴展設(shè)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(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 引腳插槽信號擴展了數(shù)據(jù)線、地址線、存儲器和 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(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(shù)據(jù)線和地址線復用結(jié)構(gòu)，節(jié)約線路空間，降低設(shè)計成本。 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(shù)據(jù)通道和更寬以及更高的運行速度。指令和數(shù)據(jù)在CPU 和 RAM 之間快速流動，然后把數(shù)據(jù)交給 PCI 總線。 PCI 負責將數(shù)據(jù)交給 PCI 擴展卡或設(shè)備。驅(qū)動PCI 總線的全部控制由 PCI 橋?qū)崿F(xiàn)。 ISA 總線構(gòu)成的微機系統(tǒng)中，內(nèi)存速度較快時通常采用將內(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(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？ 【解答】 21 （ 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(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 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）具有自動配置功能，可以根據(jù)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(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(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(shù)據(jù)總線，用于將存儲器和 I/O 設(shè)備連接到微處理器上。 簡述 PCI 總線的主要特點，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(shù)據(jù)線和地址線復用結(jié)構(gòu)，節(jié)約線路空間，降低設(shè)計成本。 PCI 總線信號 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?qū)嶋H是 PCI 總線控制器，實現(xiàn)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(shè)備。 （ 2）提供能使 PCI 主設(shè)備直接訪問主存儲器的高速通路。 （ 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，實現(xiàn)了 PCI 總線的全部驅(qū)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(qū)動技術(shù)，允許在一個總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)。 （ 2）采用帶邊信號傳送技術(shù)，在總線上實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的多路復用。 （ 3）采用內(nèi)存請求流水線技術(shù)，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(nèi)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(shù)據(jù)的 AGP 通道上，解決了 PCI 帶寬 22 問題。 （ 5） AGP 接口只能為圖形設(shè)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(shè)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(xiàn)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(shè)。 IEEE 1394 總線通過一根 1394 橋接器與計算機的外部設(shè)備相連，把各設(shè)備當作寄存器或內(nèi)存，采用內(nèi)存編址方法，因而可以進行處理器到內(nèi)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