空间SWBEXIDIFI1I1I1I1I2I2I2I2时间T

空间S 1 2 3 4 5 6 7 8非流水线时间图

WBEXIDIFI1I2I3I4I5I1I2I3I4I5I1I2I3I4I5I1I2I3I4I5时间T流水线时间图 1 2 3 4 5 6 7 8

如上两图所示，执行相同的指令，在8个单位时间内，流水计算机完成5条指令，而非

流水计算机只完成2条，显然，流水计算机比非流水计算机有更高的吞吐量。 15．用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。 解：

证：设n条指令，K级流水，每次流水时间τ

则用流水实现 Tp = Kτ+(n-1) τ

Tp

非流水实现 Ts = Kτn

Hs?nTs nHp?nHpHs?TpnTs?TsTp?Kn?K??(n-1)??KnK?n?1?KK?1n?1

Hpn->∞时， HsHp????1

n=1时， Hs， 则可见n>1时Ts>Tp，故流水线有更高吞吐量 16．判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关?

(1)I1 LAD R1，A ; M(A)->R1,M(A)是存储器单元 I2 ADD R2，Rl ; (R2)+(R1)->R2 (2)I1 ADD R3，R4 ; (R3)+(R4)->R3 I2 MUL R4，R5 ; (R4)*(R5)->R4

(3)I1 LAD R6，B ; M(B)-> R6,M(B)是存储器单元 I2 MUL R6，R7 ; (R6)*(R7)->R6 解：(1)写后读 RAW (2)读后写 WAR (3)写后写 WAW

17．参考图5．42所示的超标量流水线结构模型，现有如下6条指令序列： 11 LAD R1，B ; M(B)一R1，M(B)是存储器单元 12 SUB R2，Rl ; (R2)-(R1)->R2 I3 MUL R3，R4 ; (R3)*(R4)->R3 I4 ADD R4，R5 ; (R4)+(R5)->R4

I5 1AD R6，A ; M(A)->R6，M(A)是存储器单元 I6 ADD R6，R7 ; (R6)+(R7)->R6

请画出：(1)按序发射按序完成各段推进情况图。 (2)按序发射按序完成的流水线时空图。 解： (1)

译码段I1I3I5I2I2I4I6I6I5I6I6I1I2I2I4I4I3I3I3I3I4执行段写回段I1I2I5I6 (2)

I1I2FFI3I4DDFF取/存 加法器 乘法器

EWEDDI5I6FFEEEDDWEEEEEEWWWW

第六章 总线系统

1．比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。

答：单总线结构：它是一组总线连接整个计算机系统的各大功能部件，各大部件之间的所有的信息传送都通过这组总线。其结构如图所示。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。所以总线资源是由各大功能部件分时共享的。单总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上，所以总线的负载很重，可能使其吞量达到饱和甚至不能胜任的程度。故多为小型机和微型机采用。

系统总线CPU内存

双总线结构：它有两条总线，一条是内存总线，用于CPU、内存和通道之间进行数据传送；另一条是I/O总线，用于多个外围设备与通道之间进行数据传送。其结构如图所示。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。

内存总线CPU内存通道I/O总线设备接口?设备接口I/O接口I/O接口 三总线结构：即在计算机系统各部件之间采用三条各自独立的总线来构成信息通路。这三条总线是：内存总线，输入/输出（I/O）总线和直接内存访问（DMA）总线，如图所示。内存总线用于CPU和内存之间传送地址、数据的控制信息；I/O总线供CPU和各类外设之间通讯用；DMA总线使内存和高速外设之间直接传送数据。一般来说，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，所以三总线系统总线的工作效率较低。

CPU内存总线内存DMA总线接口磁盘机接口打印机接口显示器I/O总线 2．说明总线结构对计算机系统性能的影响。

答：(1)简化了硬件的设计。从硬件的角度看，面向总线是由总线接口代替了专门的I/O接

口，由总线规范给出了传输线和信号的规定，并对存储器、I/O设备和CPU如何挂在总线上都作了具体的规定，所以，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，将它们连入总线即可工作，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，底板连线可以印刷化。

(3)系统扩充性好。一是规模扩充，二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一些同类型的

插件；功能扩充仅仅需要按总线标准设计一些新插件。插件插入机器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充既简单又快速可靠，而且也便于查错。

(4)系统更新性能好。因为CPU、存储器、I/O接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，而这种更新只需更新需要更新的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。

3．用异步通信方式传送字符“A”和“8”，数据有7位，偶校验1位，起始位l位，停止位1位，请分别画出波形图。 答： “A”的ASCII码为41H = 01000001B，1的个数为偶数，故校验位为0；“8”的ASCII

码为38H = 00111000B，1的个数为奇数，故校验位为1。

停起数数数数数数数数校停起数数数数数数数数校停止始据据据据据据据据验止始据据据据据据据据验止位位位位位位位位位位位位位位位位位位位位位位位0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7

4．总线上挂两个设备，每个设备能收能发，还能从电气上和总线断开，画出逻辑图，并作简要说明。 解：略

5．画出菊花链方式的优先级判决逻辑电路图。 答：

D中央仲裁器ABSBR设备接口0BG设备接口1?设备接口n

6．画出独立请求方式的优先级判决逻辑电路图。 答：

中央仲裁器????BGnBRnBG1BR1BG0BR0设备接口0设备接口1?设备接口n

7．画出分布式仲裁器逻辑电路图。 答：

AB7仲裁ABi总线AB0 竞争CN7W7CNi设备竞争号WiCN0W0设备竞争号接其它设备

8．同步通信之所以比异步通信具有较高的传输频率，是因为同步通信 。 A．不需要应答信号 B．总线长度较短

C．用一个公共时钟信号进行同步 D．各部件存取时间比较接近 答：C．

9．在集中式总线仲裁中， 方式响应时间最快， 方式对 最敏感。

A．菊花链方式 B．独立请求方式 C．电路故障 D. 计数器定时查询方式 答：B．A．C．

10．采用串行接口进行7位ASCII码传送，带有一位奇校验位、1位起始位和1位停止位，当波特率为9600波特时，字符传送速率为 A．960 B．873 C．1371 D．480 答：A 9600/(7+1+1+1)=960字符/秒 11．系统总线中地址线的功能是 。

A．选择主存单元地址 B．选择进行信息传输的设备

C．选择外存地址 D．指定主存和I／O设备接口电路的地址 答：A。

12．系统总线中控制线的功能是 。

A．提供主存、I／O接口设备的控制信号和响应信号 B．提供数据信息 C．提供时序信号

D．提供主存、I／O接口设备的响应信号