免费学习资料及资源网 木木家园（www.mumu-home.cn） 大学生综合资料网 址？哪些作为芯片组的片选信号？
【解答】（16K×8位）/（4K×1位）= 32片
每8片一组，分成4组。每组的存储容量为4KB = 212B，片内寻址需要12位地址线，即A11~A0；4组芯片可用2位地址线进行区分，即可用A13~A12做片选信号，A19~A14可浮空或做其他用途。
4.11 若用2114芯片组成2KB RAM，地址范围为3000H~37FFH，问地址线应如何连接？（假设CPU有16条地址线、8条数据线）
【解答】2114芯片单片容量为1K×4位，组成2K×8位RAM需要： （2K×8位）/（1K×4位）= 4片
每2片一组，分成2组。每组的存储容量为1KB = 210B，片内寻址需要10位地址线。对应的地址范围为3000H~37FFH = 0011000000000000B ~ 0011011111111111B，可见，CPU的16条地址线中A9~A0用于片内寻址，A10用做片选信号，A13~A12接高电平，A15~A14、A11接地。
4.12 简述计算机中为什么要采用高速缓存器Cache？分析其工作原理。
【解答】Cache存储空间较小而存取速度很高，位于CPU和主存之间，用来存放CPU频繁使用的指令和数据，可以减少存储器的访问时间，所以能提高整个处理机的性能。
4.13 简述虚拟存储技术的特点和工作原理。
【解答】虚拟存储器是以存储器访问的局部性为基础，建立在“主存—辅存”物理体系结构上的存储管理技术。它可以使计算机具有辅存的容量，且用接近于主存的速度进行存取，程序员可按比主存大得多的虚拟空间编址——是一种概念性的逻辑地址，并非实际物理地址。
虚拟存储器允许用户把主存、辅存视为一个统一的虚拟内存。用户可以对海量辅存中的存储内容按统一的虚址编排，在程序中使用虚址。在程序运行时，当CPU访问虚址内容时发现已存于主存中（命中），可直接利用；若发现未在主存中（未命中），则仍需调入主存，并存在适当空间，待有了实地址后，CPU就可以真正访问使用了。
习题5
5.1 什么叫总线？总线如何进行分类？各类总线的特点和应用场合是什么？
【解答】总线是指计算机中多个部件之间公用的一组连线，由它构成系统插件间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。
（1）微处理器芯片总线：元件级总线，是在构成一块CPU插件或用微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线，常用于CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片等之间的信息传送。
（2）内总线：板极总线或系统总线，是微型计算机系统内连接各插件板的总线，用以实现微机系统与各种扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的总线，一般用于模板之间的连接。在微型计算机系统中，系统总线是主板上微处理器和外部设备之间进行通讯时所采用的数据通道。
（3）外部总线：通信总线，主要用于微机系统与微机系统之间或微机与外部设备、仪器仪表之间的通信，常用于设备级的互连。数据可以并行传输，也可以串行传输，数据传输速率低。
5.2 什么叫总线的裁决？总线分配的优先级技术有哪些？各自的特点是什么？
【解答】当总线上的某个部件要与另一个部件进行通信时，首先应该发出请求信号，有时会发生同一时刻总线上有多个请求信号的情况，就要根据一定的原则来确定占用总线的先后次序，这就是总线裁决。
（1） 并联优先权判别法
通过优先权裁决电路进行优先级别判断，每个部件一旦获得总线使用权后应立即发出一个“总线忙”的信号，表明总线正在被使用。当传送结束后释放总线。
（2） 串联优先级判别法
采用链式结构，把共享总线的各个部件按规定的优先级别链接在链路的不同位置上，位置越前面的部件，优先级
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免费学习资料及资源网 木木家园（www.mumu-home.cn） 大学生综合资料网 别越高。
（3） 循环优先权判别法
类似于并联优先权判别法，只是动态分配优先权，原来的优先权编码器由一个更为复杂的电路代替，该电路把占用总线的优先权在发出总线请求的那些部件之间循环移动，从而使每个总线部件使用总线的机会相同。
5.3 总线数据的传送方式有哪些？各自有何特点？ 【解答】
（1）串行传送方式
只使用一条传输线，在传输线上按顺序传送信息的所有二进制位的脉冲信号，每次一位。适于长距离传输。 （2）并行传送方式
信息由多少个二进制位组成，机器就需要有多少条传输线，从而让二进制信息在不同的线上同时进行传送。 （3）并串行传送方式
是并行传送方式与串行传送方式的结合。传送信息时，如果一个数据字由两个字节组成，那么传送一个字节时采用并行方式，而字节之间采用串行方式。
5.4 在微型机系统中采用标准总线的好处有哪些？
【解答】标准总线不仅在电气上规定了各种信号的标准电平、负载能力和定时关系，而且在结构上规定了插件的尺寸规格和各引脚的定义。通过严格的电气和结构规定，各种模块可实现标准连接。各生产厂家可以根据这些标准规范生产各种插件或系统，用户可以根据自己的需要购买这些插件或系统来构成所希望的应用系统或者扩充原来的系统。
5.5 PC总线有哪些主要特点？它的信号线有哪几类？分析该总线的适用范围。
【解答】PC总线把CPU视为总线的唯一总控设备，其余外围设备均为从属设备。具有价格低、可靠性好、兼容性好和使用灵活等优点。
PC总线62条引脚信号分为地址线、数据线、控制线、状态线、辅助线与电源等5类。 PC总线支持8位数据传输和10位寻址空间，最大通信速率为5 MB/s。 5.6 ISA 总线有哪些特点？它的信号线有哪几类？适用范围如何？
【解答】ISA总线的数据传送速率最快为8MB/s，地址总线宽度为24位，可以支持16 MB的内存。总线中的地址、数据线采用非多路复用形式，使系统的扩展设计更为简便，可供选择的ISA插件卡品种也较多。
前62引脚的信号分为地址线、数据线、控制线、状态线、辅助线与电源等5类，新增加的36引脚插槽信号扩展了数据线、地址线、存储器和I/O设备的读写控制线、中断和DMA控制线、电源和地线等。
ISA总线由IBM公司推出，已经成为8位和16位数据传输总线的工业标准是早期比较有代表性的总线。 5.7 PCI总线有哪些主要特点，PCI总线结构与ISA总线结构有什么地方不同？
【解答】（1）线性突发传输；（2）支持总线主控方式和同步操作；（3）独立于处理器；（4）即插即用；（5）适合于各种机型；（6）多总线共存；（7）预留发展空间；（8）数据线和地址线复用结构，节约线路空间，降低设计成本。
PCI总线结构与ISA总线结构的不同：
典型PCI系统允许在一个总线中插入32个物理部件，每一个物理部件可含有最多8个不同的功能部件。处理器与RAM位于主机总线上，具有64位数据通道和更宽以及更高的运行速度。指令和数据在CPU和RAM之间快速流动，然后把数据交给PCI总线。PCI负责将数据交给PCI扩展卡或设备。驱动PCI总线的全部控制由PCI桥实现。
ISA总线构成的微机系统中，内存速度较快时通常采用将内存移出ISA总线并转移到自己的专用总线—内存总线上的体系结构。ISA总线以扩展插槽形式对外开放，磁盘控制器、显示卡、声卡、打印机等接口卡均可插在8MHz、8/16位ISA总线插槽上，以实现ISA支持的各种外设与CPU的通信。
5.8 EISA总线与ISA总线相比有哪些主要特点？ 【解答】
（1）用于32 位微机中，支持32位寻址，寻址空间达4GB，支持64KBI/O端口寻址。
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免费学习资料及资源网 木木家园（www.mumu-home.cn） 大学生综合资料网 （2）具有32位数据线，大大提高了数据传输能力，最大数据传输速率达33 MB/S。 （3）支持多处理器结构，支持多主控总线设备。
（4）具有自动配置功能，可以根据配置文件自动地初始化，配置系统板和多扩展卡。
（5）扩展了DMA的范围和传输速度，支持7个DMA通道。DMA数据传输可在ISA方式下，也可在EISA方式下。在EISA方式下，使用32位数据总线和地址总线。
（6）采用同步数据传送协议，可支持一次传送，也支持突法方式传送。 5.9 VESA局部总线与ISA总线有什么不同之处？
【解答】EISA总线工作频率是8MHz，而VESA局部总线工作频率可以达到33MHz，其最大传输率可达132MB/s，可与CPU同步工作。因此，需要高速数据传输的系统可以采用VESA局部总线，它通常用于视频和磁盘到基于80486的PC机的接口。
VESA局部总线是ISA总线的扩展，不同之处在于VESA局部总线没有在16位ISA总线连接器上增加任何器件，而是在16 位ISA总线连接器的后面增加了第3个连接器，即VESA连接器。
VESA局部总线上的连线与EISA总线卡非常相似，VESA局部总线还包括一个32位地址和数据总线，用于将存储器和I/O设备连接到微处理器上。
5.10 简述PCI总线的主要特点，分析其系统组成结构，有那些主要引脚及其功能？
【解答】（1）线性突发传输；（2）支持总线主控方式和同步操作；（3）独立于处理器；（4）即插即用；（5）适合于各种机型；（6）多总线共存；（7）预留发展空间；（8）数据线和地址线复用结构，节约线路空间，降低设计成本。
PCI总线信号分为地址线、数据线、接口控制线、仲裁线、系统线、中断请求线、 高速缓存支持、出错报告等信号线。规定了长卡、短卡两种PCI扩展卡及连接器。长卡提供64位接口，插槽A、B两边共定义了188个引脚；短卡提供32位接口，插槽A、B两边共定义了124个引脚。
5.11 什么叫PCI桥？有哪些主要功能？
【解答】PCI桥实际是PCI总线控制器，实现主机总线与PCI总线的适配耦合。 主要功能如下：
（1）提供低延迟访问通路，使处理器能直接访问通过低延迟访问通路映射于存储器空间或I/O空间的PCI设备。 （2）提供能使PCI主设备直接访问主存储器的高速通路。
（3）提供数据缓冲功能，可以使CPU与PCI总线上的设备并行工作而不必相互等待。 （4）可以使PCI总线的操作与CPU总线分开，实现了PCI总线的全部驱动控制。 5.12 什么是AGP总线？它有哪些主要特点，应用在什么场合？ 【解答】AGP总线是一种高速图形接口的局部总线标准。 主要特点如下：
（1）具有双重驱动技术，允许在一个总线周期内传输两次数据。 （2）采用带边信号传送技术，在总线上实现地址和数据的多路复用。
（3）采用内存请求流水线技术，隐含了对存储器访问造成的延迟，允许系统处理图形控制器对内存进行的多次请求。
（4）通过把图形接口绕行到专用的适合传输高速图形、图像数据的AGP通道上，解决了PCI带宽问题。 （5）AGP接口只能为图形设备独占，不具有一般总线的共享特性。 AGP接口只能应用于图形设备。
5.13 简述IEEE l394总线的特点和工作原理。
【解答】IEEE l394是一种新型的高速串行总线。特点：可达到较高的传输速率；总线采用同步传输模式和异步传输模式；可实现即插即用并支持热插拔等。它的应用范围主要是那些带宽要求超过100KB/s的硬盘和视频外设。
IEEE 1394总线通过一根1394桥接器与计算机的外部设备相连，把各设备当作寄存器或内存，采用内存编址方法，因而可以进行处理器到内存的直接传输。
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免费学习资料及资源网 木木家园（www.mumu-home.cn） 大学生综合资料网 5.14 简述I2C总线的特点和工作原理？ 【解答】I2C总线主要具有以下特性： （1）二线传输。
（2）当系统中有多个主器件时，在I2C总线工作时任何一个主器件都可成为主控制器。 （3）I2C总线传输时，采用状态码的管理方法。
（4）系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚地址的编址方法。 （5）所有带I2C接口的外围器件都具有应答功能。
（6）任何具有IC总线接口的外围器件，都具有相同的电气接口，各节点的电源都可以单独供电，并可在系统带电情况下接入或撤出。
I2C总线的工作原理：
器件之间通过串行数据线SDA和串行时钟线SCL相连接并传送信息。I2C总线规定起始信号后的第一个字节为寻址字节，寻址被控器件，并规定传送方向。主控器发送起始信号后立即发送寻址字节，总线上的所有器件都将寻址字节中的7位地址与自己器件地址相比较。如果两者相同，则该器件认为被主控器寻址，并根据读/写位确定是被控发送器或被控接收器。
5.15 定性讨论在开发和使用微型计算机系统时，应该怎样合理地选择微机总线？需要注意的有哪些方面？ 【解答】微型计算机总线的主要职能是负责计算机各模块间的数据传输，因此选择总线主要要衡量其性能。总线性能指标中最主要的是数据传输率，另外，可操作性、兼容性和性能-价格比也是很重要的技术特征。总线的主要性能指标有以下几项：
（1）总线宽度；（2）标准传输率Mb/s；（3）时钟同步/异步；（4）信号线数；（5）负载能力；（6）总线控制方法；（7）扩展板尺寸；（8）其它指标等。
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习题6
6.1 什么是接口？其作用是什么？
【解答】连接外部设备与微型计算机的接口电路。
作用：（1）解决CPU与外设工作速度不匹配的问题；（2）解决CPU与外设工作时序配合问题；（3）实现信息格式转换；（4）解决信息类型与信号电平匹配的问题。
6.2 输入/输出接口电路有哪些寄存器，各自的作用是什么？
【解答】通常有数据输入、数据输出、控制和状态寄存器等。在CPU与外部设备之间进行数据传输时，各类信息写入接口中相应的寄存器，或从相应寄存器读出。CPU从数据输入寄存器和状态寄存器中读出数据和状态，但不能向其中写内容； CPU往数据输出寄存器和控制寄存器中写数据和控制信息，但不能从其中读内容。
6.3 什么叫端口？I/O端口的编址方式有哪几种？各有何特点？ 【解答】端口指输入/输出接口中的寄存器。 I/O端口有两种编址方式：
统一编址方式是将I/O端口与内存单元统一起来进行编号。该方式优点是不需要专门的I/O指令，对I/O端口操作的指令类型多；缺点是端口要占用部分存储器的地址空间，不容易区分是访问存储器还是外部设备。
独立编址的端口单独构成I/O地址空间，不占用存储器地址。优点是地址空间独立，控制电路和地址译码电路简单，采用专用的I/O指令，使得端口操作的指令在形式上与存储器操作指令有明显区别，程序容易阅读；缺点是指令类别少，一般只能进行传送操作。
6.4 CPU与输入输出设备之间传送的信息由哪几类？相应的端口称为什么端口？
【解答】CPU与输入/输出设备交换的信息有3类：数据信息、状态信息和控制信息。数据信息相应的端口称为数据端口；状态信息相应的端口称为状态端口；控制信息相应的端口称为控制端口。
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免费学习资料及资源网 木木家园（www.mumu-home.cn） 大学生综合资料网 6.5 CPU和外设之间的数据传送方式有哪几种？无条件传送方式通常用在哪些场合？
【解答】CPU和外设之间的数据传送方式通常有四种：程序传送方式、中断传送方式、DMA传送方式和I/O处理机方式。
6.6 相对于条件传送方式，中断方式有什么优点？和DMA方式比较，中断传送方式又有什么不足之处？ 【解答】中断传送方式下，当外设要求交换数据时，向CPU发中断请求，CPU在执行完当前指令后，即可中断当前任务的执行，并根据中断源转入相应的中断处理服务程序，实现对请求中断外设的管理。CPU与外设实现了并行工作，大大提高了工作效率。
DMA方式是在存储器与外设间开辟一条高速数据通道，使外设与内存之间直接交换数据，不需要CPU的干预。 6.7 采用无条件输入方式与外设接口时，接口电路应如何设计？
【解答】图6-1是无条件传送输入方式的例子。要将几个按键开关的状态输入CPU时，将这些开关连接到一个三态缓冲器，缓冲器的输出端接到CPU的数据总线，构成一个最简单的输入端口。CPU可随时执行输入输出指令，它使M/IO、RD和片选信号CS同时变成低电平，它们相与后开启缓冲器的三态门，使各开关的当前状态以二进制的形式出现在数据总线上，然后读入CPU，检查这个字节各位的内容，便能了解各开关的当前状态。在其它时刻，三态门呈高阻态，将开关和数据总线隔离。
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图6-1 简单的输入端口
6.8 说明查询式输入和输出接口电路的工作原理。
【解答】查询式输入接口电路如图6-2所示。工作原理为：当输入装置的数据准备好以后，发出一个选通信号。该信号一方面把数据送入锁存器，另一方面使D触发器置“1”，即置准备好信号Ready为真，并将此信号送至状态口的输入端。锁存器输出端连接数据口的输入端，数据口的输出端接系统数据总线。设状态端口的最高位D7连接Ready信号，CPU先读状态口，查Ready信号是否为高（准备好）。若为高就输入数据，同时使D触发器清0，使Ready信号为假；若未准备好，则CPU循环等待。
IORAEN系统地址总线数据输入装置地址译码锁存器选通信号 R QD+5V缓冲器（1）Ready三态数据缓冲器（8）去系统数据总线A0~A9状态信息地址译码AENIOR
图6-2 查询式输入接口电路
查询式输出接口电路如图6-3所示。其工作原理为：输出装置把CPU送来的数据输出以后，发一个ACK
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