指令操作流程及微操作序列
PC→MAR PC→BUS MM→MDR R MDR→IR MDR→IR R2→A R2→A R1→MAR R1→MAR MM→MDR MM→MDR MDR→B MDR→BUS,BUS→B A+B→MDR +,移位器→BUS,BUS→MDR MDR→MM W ４．设某个一个任务需要8个加工部件加工才能完成，每个加工部件加工需要时间为T，先采用流水线加工方式，要完成一百个任务，共需要多少时间？ 答：（100+7）*T=107T
在饱和段流水线每T时间完成一个任务，流水线满负荷工作。
5．今有4级流水线，分别完成取指、指令译码并取数、运算、送结果四步操作。假设完成各步操作的时间依次为100ns、100ns、80ns、50ns。请问： （１）流水线的操作周期应设计为多少？
流水线的操作周期应按各步操作的最大时间来考虑，即流水线时钟周期性 ，故取100ns。 （２）若相邻两条指令发生数据相关，硬件上不采取措施，那么第2条指令要推迟多少时间进行？
遇到数据相关时，就停顿第2条指令的执行；
直到前面指令的结果已经产生，因此至少需要延迟2个时钟周期。
（３）如果再硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间？ 如采用专用通路技术，就可使流水线不发生停顿。
第7章 系统总线
一、选择题
1、CPU芯片中的总线属于 A 总线。
A．内部 B．局部 C．系统 D．板级 2、下面所列的 D 不属于系统总线接口的功能。
A．数据缓存 B．数据转换 C．状态设置 D．完成算术及逻辑运算
3、在 A 的计算机系统中，外围设备可以和主存储器单元统一编址。 A．单总线 B．双总线 C．三总线 D．以上三种都可以
4、数据总线、地址总线、控制总线三类是根据 B 来划分的。 A．总线所处的位置 B．总线传送的内容 C．总线的传送方式 D．总线的传送方向 5、为协调计算机系统各部件工作，需有一种器件来提供统一的时钟标准，这个器件是 C 。 A．总线缓冲器 B．总线控制器 C．时钟发生器 D．操作命令产生器 6、系统总线中地址线的功能是 D 。 A．用于选择主存单元地址 B．用于选择进行信息传输的设备 C．用于选择外存地址
D．用于指定主存和I/O设备接口电路的地址 7、CPU的控制总线提供 D 。 A．数据信号流
B．所有存储器和I/O设备的时序信号及控制信号 C．来自I/O设备和存储器的响应信号 D．B和C
8、在菊花链方式下，越靠近控制器的设备 A 。
A．得到总线使用权的机会越多，优先级越高 B．得到总线使用权的机会越少，优先级越低 C．得到总线使用权的机会越多，优先级越高 D．得到总线使用权的机会越少，优先级越低
9、在计数器定时查询方式下，若计数从一次中止点开始，则 C 。
A．设备号小的优先级高 B．设备号大的优先级高 C．每个设备使用总线的机会相等 D．以上都不对 10、在计数器定时查询方式下，若计数从0开始，则 A 。
A．设备号小的优先级高 B．设备号大的优先级高 C．每个设备使用总线的机会相等 D．以上都不对 11、在独立请求方式下，若有几个设备，则 A 。 A．有几个总线请求信号和几个总线响应信号
B．有一个总线请求信号和一个总线响应信号 C．总线请求信号多于总线响应信号 D．总线请求信号少于总线响应信号
12、在链式查询方式下，若有n个设备，则 B 。
A．有几条总线请求信号 B．共用一条总线请求信号 C．有n-1条总线请求信号 D．无法确定 二、填空题 1、计算机中各个功能部件是通过 总线 连接的，它是各部件之间进行信息传输的公共线路。 2、CPU芯片内部的总线是 芯片 级总线，也称为内部总线。
3、 单向总线 只能将信息从总线的一端传到另一端，不能反向传输。
4、决定总线由哪个设备进行控制称为 总线裁决 ；实现总线数据的定时规则称为 总线协议 。
5、衡量总线性能的一个重要指标是总线的 数据传输速率 ，即单位时间内总线传输数据的能力。
6、总线协议是指 实现总线数据传输的定时规则 。
7、内部总线是指 A.CPU 内部连接各逻辑部件的一组 数据传输线 ， 三态缓冲门 或 多路开关 来实现。
8、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。 9、衡量总线性能的重要指标是 总线带宽 ，它定义为总线本身所能达到的最高 传输率 ，PCI总线的A可达 264MB/s 。
10、总线控制方式可分为 集中 式和 分布 式两种。 11、与并行传输相比，串行传输所需数据线位数 少 。
12、在菊花链方式下，越接近控制器的设备优先级越 越高 。
13、在计数器定时查询方式下， 设备号与计数值相同 的设备可以使用总线。 14、串行总线接口应具有进行 并行与串行 转换的功能。
15、总线控制主要解决 总线的使用权 问题。集中式仲裁有 链式查询方式 、 计数器定时查询方式 和 独立请求方式 。 16、总线仲裁部件通过采用 优先级 策略或 公平 策略，选择其中一个主设备作为总线的下一次主方，接管 总线控制 权。 17、按照总线仲裁电路的 控制方式 不同，总线仲裁分为 集中式总裁和 分布式 总裁。 18、PCI总线采用 同步定时 协议和 集中式 总裁策略，具有 自动配置 能力，适合于低成本的小系统，在微型机系统中得到了广泛的应用。 三、简答题
1.比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点
答：单总线的优点是允许I/O设备之间或I/O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.单总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上,所以总线负载很重,可能使其吞吐量达到饱和甚至不能胜任的程度.
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,中型计算机中采用.
在三总线系统中,任一时刻只使用一种总线,但若使用多入口存储器,内存总线可与DMA总线同时工作,此时三总线系统可以比单总线系统运行得更快.但是三总线系统中,设备到设备不能直接进行信息传送,而必须经过CPU或内存间接传送,所以三总线的工作效率较低. 2.说明总线结构对计算机系统性能的影响
答：总线结构对计算机系统性能的影响 ??在一个计算机系统中,采用哪种总线结构,往往对计算机系统的性能有很大影响.下面从三个方面来讨论这种影响.??最大存储容量 初看起来,一个计算机系统的最大存储容量似乎与总线无关,但实际上总线结构对最大存储容量也会产生一定的影响.例如在单总线系统中,对主存和外设进行存取的差别,仅仅在于出现在总线上的地址不同,为此必须为外围设备保留某些地址.由于某些地址必须用于外围设备,所以在单总线系统中,最大主存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数.??在双总线系统中,对主存和外设进行存取的判断是利用各自的指令操作码.由于主存地址和外设地址出现于不同的总线上,所以存储容量不会受到外围设备多少的影响.??指令系统 ??在双总线系统中,CPU对存储总线和系统总线必须有不同的指令系统,这是因为操作码规定了要使用哪一条总线,所以在双总线系统中,访存操作和输入/输出操作各有不同的指令.??另一方面,在单总线系统中,访问主存和1/O传送可使用相同的操作码,或者说使用相同的指令,但它们使用不同的地址.??吞吐量 ??计算机系统的吞吐量是指流入,处理和流出系统的信息的速率.它取决于信息能够多快地输入内存,CPU能够多快地取指令,数据能够多快地从内存取出或存入,以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围设备.这些步骤中的每一步都关系到主存,因此,系统吞吐量主要取决于主存的存取周期. ??由于上述原因,采用双端口存储器可以增加主存的有效速度. ??早期总线的内部结构如图6.4所示,它实际上是处理器芯片引脚的延伸,是处理器与I/O设备适配器的通道.这种简单的总线一般也由50——100条线组成,这些线按其功能可以分为三类:地址线,数据线和控制线.地址线是单向的,用来传送主存和设备的地址;数据线是双向的,用来传送数据;控制线对每一根来说是单向的(CPU发向接口或接口发向CPU),用来指明数据传送的方向(存储器读,存储器写,I/O读,I/O写),中断控制(请求,识别)和定时控制等.??简单总线结构的不足之处在于:第一,CPU是总线的唯一控制者.即使后来增加了具有简单仲裁逻辑的DMA控制器以支持DMA传送,但仍不能满足多CPU环境的要求.第二,总线信号是CPU引脚信号的延伸,故总线结构紧密与CPU相关,通用性差.??当代流行的总线内部结构如下页图所示,___它是一些标准总线,追求与结构,CPU,技术无关的开发标准,并满足包括多个CPU在内的主控者环境需求.??在当代总线结构中,CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连.系统中允许有多个这样的处理器模块.而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁.??整个总线分成如下四部分: ??1 数据传送总线: 由地址线,数据线,控制线组成. ???2 仲裁总线: 包括总线请求线和总线授权线.??3 中断和同步总线:用于处理带优先级的中断操作,包括中断请求线和中断认可线.???4 公用线: 包括时钟信号线,电源线,地线,系统复位线以及加电或断电的时序信号线等.??6.1.5 总线结构实例 ??大多数计算机采用了分层次的多总线结构.在这种结构中,速度差异较大的设备模块使用不同速度的总线,而速度相近的设备模块使用同一类总线.显然,这种结构的优点不仅解决了总线负载过重的问题,而且使总线设计简单,并能充分发挥每类总线的效盲目..可以看出,它是一个三层次的多总线结构,即有CPU总线,PCI总线和ISA总线. ??CPU总线 也称CPU-存储器总线,它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线.总线时钟频率为66.6MHZ(或60MHZ),CPU内部时钟是此时钟频率的倍频. 此总线可连接4—128MB的主存.主存扩充容量是以内存条形式插入主板有关插座来实现的.CPU总线还接有L2级cache.主存控制器和cache控制器芯片用来管理CPU对主存和.ache的存取操作.CPU是这条总线的主控者,但必要时可放弃总线控制权.从传统的观点看,可以把CPU总线看成是CPU引脚信号的延伸. ????PCI总钱 用于连接高速的 1/O设备模块,如图形显示器适配器,网络接口控制器,硬盘控制器等.通过\桥\芯片,上面与更高速的CPU总线相连,下面与低速的ISA总线相接.PCI总线是一个32(或64位)的同步总线,32位(或64位)数据/地址线是同一组线,分时复用.总线时钟频率为33.3MHZ,总线带宽是132MB/s. PCI总线采用集中式仲裁方式,有专用的PCI总线仲裁器.主板上一般有3个PCI总线扩充槽. ??ISA总线 Pentium机使用该总线与低速 1/O设备连接.主板上一般留有 3-4个ISA总线扩
充槽,以便使用各种16位/8位适配器卡.该总线支持7个DMA通道和15级可屏蔽硬件中断.另外,ISA总线控制逻辑还通过主板上的片级总线与实时钟/日历,ROM,键盘和鼠标控制器(8042微处理器)等芯片相连接.??我们看到,CPU总线,PCI总线,ISA总线通过两个\桥\芯片连成整体.桥芯片在此起到了信号速度缓冲,电平转换和控制协议的转换作用.有的资料将CPU总线-PCI总线的桥称为北桥,将PCI总线-ISA总线的桥称为南桥.通过桥将两类不同的总线粘合在一起的技术特别适合于系统的升级代换.这样,每当CPU芯片升级时只需改变CPU总线和北桥芯片,全部原有的外围设备可自动继续工作. ??_ Pentium个人机总线系统中有一个核心逻辑芯片组,简称PCI芯片组,它包括主存控制器和cache控制芯片,北桥芯片和南桥芯片.这个芯片组叫Intel430系列,440系列,他们在系统中起者字关重要的作用.
3.计算机系统中采用总线结构有何优点？
答： 1、简化了硬件的设计。便于采用模块化结构设计方法，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作cpu插件、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线就可工作，而不必考虑总线的详细操作。??2、简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少，底板连线可以印制化。??3、系统扩充性好。一是规模扩充，规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充，功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。??4、系统更新性能好。因为cpu、存储器、I/O借口等都是按总线规约挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，其他插件和底板连线一般不需要改。??5、便于故障诊断和维修。用主板测试卡可以很方便找到出现故障的部位，以及总线类型。??采用总线结构的缺点是利用总线传送具有分时性。当有多个主设备同时申请总线的使用是必须进行总线的仲裁。
4.简述在物理层提高总线性能的主要方法。
答：在物理层提高总线的性能主要是提高总线信号速度，其主要措施有：增加总线宽度，增加传输的数据长度，缩短总线长度，降低信号电平，采用差分信号，采用多条总线等等。 5.简述在逻辑层提高总线性能的主要方法。
答： 在逻辑层可通过改进总线协议来提高总线的性能。具体措施有：简化总线传输协议，采用总线复用技术，采用消息传输协议。
第八章
一、选择题
1.主机从外部获取信息的设备称为（C）
A．外部存储器 B.外部设备 C．输入设备 D.输出设备
2.在显示器的规格中，数据640×480,1024×768等表示（D）
A．显示器屏幕的大小 B.显示器显示字符的最大列数和行数 C. 显示器的颜色指标 D.显示器的显示分辨率 3.下面不属于外设的有(B)
A输入设备 B内存储器 C.输出设备 D.外存储器 4.下面不属于输出设备的有(B)
A.CRT显示器 B.触摸屏