計(jì)算機(jī)組成原理重點(diǎn)整理白中英版_考試必備

-浮點(diǎn)存儲(chǔ)：1假設(shè)浮點(diǎn)數(shù)*的754標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)格式為(41360000)16，求其浮點(diǎn)數(shù)的十進(jìn)制數(shù)值。解：將16進(jìn)制數(shù)展開(kāi)后，可得二制數(shù)格式為 0 100 00010011 0110 0000 0000 0000 0000 S 階碼(8位) 尾數(shù)(23位)指數(shù)e=階碼-127=100001=00000011=(3)10包括隱藏位1的尾數(shù)1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有*=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)10 2.將數(shù)(20.59375)10轉(zhuǎn)換成754標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制存儲(chǔ)格式。解:首先分別將整數(shù)和分?jǐn)?shù)局部轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：20.59375=10100.10011然后移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)，使其在第1，2位之間10100.10011=1.010010011×24 e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=010010011最后得到32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制存儲(chǔ)格式為：0000=(41A4C000)16 3.假設(shè)由S,E,M三個(gè)域組成的一個(gè)32位二進(jìn)制字所表示的非零規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù),真值表示為非IEEE754標(biāo)準(zhǔn)：(1)s×(1.M)×2E128問(wèn)：它所表示的規(guī)格化的最大正數(shù)、最小正數(shù)、最大負(fù)數(shù)、最小負(fù)數(shù)是多少.(1)最大正數(shù)0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 11111(12-23)×2127(2)最小正數(shù) 000 000 000000 000 000 000 000 000 000 001.0×2128(3)最小負(fù)數(shù)111 111 111111 111 111 111 111 111 111 111(1223)×2127(4)最大負(fù)數(shù)100 000 000000 000 000 000 000 000 000 001.0×21284.用源碼陣列乘法器、補(bǔ)碼陣列乘法器分別計(jì)算*y。 1*=11000 y=11111 (2) *=-01011 y=110011原碼陣列* = 0.11011, y = -0.11111符號(hào)位: *0y0 = 01 = 1*原 = 11011, y原 = 111111 1 0 1 1* 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 *y原 = 1， 11 0100 0101帶求補(bǔ)器的補(bǔ)碼陣列*補(bǔ) = 0 11011, y補(bǔ) = 1 00001乘積符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算0111 1 0 1 1* 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1尾數(shù)局部算前求補(bǔ)輸出*11011，y11111*×Y-0.1101000101(2) 原碼陣列* = -0.11111, y = -0.11011符號(hào)位: *0y0 = 11 = 0*補(bǔ) = 11111, y補(bǔ) = 110111 1 1 1 1*1 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 *y補(bǔ) = 0,11010,00101帶求補(bǔ)器的補(bǔ)碼陣列*補(bǔ) = 1 00001, y補(bǔ) = 1 00101乘積符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算110尾數(shù)局部算前求補(bǔ)輸出*11111，y110111 1 1 1 1*1 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1*×Y0.1101000101 5. 計(jì)算浮點(diǎn)數(shù)*+y、*-y* = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110 *浮= 11011,-0.010110y浮= 11100,0.010110 E*-Ey = 11011+00100 = 11111*浮= 11100,1.110101(0)*+y 1 1. 1 1 0 1 0 1 + 0 0. 0 1 0 1 1 00 0. 0 0 1 0 1 1 規(guī)格化處理: 0.101100 階碼 11010 *+y= 0.101100*2-6*-y 1 1.1 1 0 1 0 1 + 1 1.1 0 1 0 1 01 1.0 1 1 1 1 1 規(guī)格化處理: 1.011111 階碼11100*-y=-0.100001*2-46.設(shè)過(guò)程段 Si所需的時(shí)間為i,緩沖存放器的延時(shí)為l,線性流水線的時(shí)鐘周期定義為ma*ilml 流水線處理的頻率為 f1/。一個(gè)具有k 級(jí)過(guò)程段的流水線處理 n 個(gè)任務(wù)需要的時(shí)鐘周期數(shù)為Tkk(n1)，所需要的時(shí)間為： TTk×而同時(shí)，順序完成的時(shí)間為：Tn×k×k級(jí)線性流水線的加速比：*Ck = TL n·k Tk k(n1)部存儲(chǔ)器*閃存：高性能、低功耗、高可靠性以及移動(dòng)性編程操作：實(shí)際上是寫操作。所有存儲(chǔ)元的原始狀態(tài)均處"1狀態(tài)，這是因?yàn)椴脸僮鲿r(shí)控制柵不加正電壓。編程操作的目的是為存儲(chǔ)元的浮空柵補(bǔ)充電子，從而使存儲(chǔ)元改寫成"0狀態(tài)。如果*存儲(chǔ)元仍保持"1狀態(tài)，則控制柵就不加正電壓。如圖(a)表示編程操作時(shí)存儲(chǔ)元寫0、寫1的情況。實(shí)際上編程時(shí)只寫0，不寫1，因?yàn)榇鎯?chǔ)元擦除后原始狀態(tài)全為1。要寫0，就是要在控制柵C上加正電壓。一旦存儲(chǔ)元被編程，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可保持100年之久而無(wú)需外電源。讀取操作：控制柵加上正電壓。浮空柵上的負(fù)電荷量將決定是否可以開(kāi)啟MOS晶體管。如果存儲(chǔ)元原存1，可認(rèn)為浮空柵不帶負(fù)電，控制柵上的正電壓足以開(kāi)啟晶體管。如果存儲(chǔ)元原存0，可認(rèn)為浮空柵帶負(fù)電，控制柵上的正電壓缺乏以抑制浮動(dòng)?xùn)派系呢?fù)電量，晶體管不能開(kāi)啟導(dǎo)通。當(dāng)MOS晶體管開(kāi)啟導(dǎo)通時(shí)，電源VD提供從漏極D到源極S的電流。讀出電路檢測(cè)到有電流，表示存儲(chǔ)元中存1，假設(shè)讀出電路檢測(cè)到無(wú)電流，表示存儲(chǔ)元中存0，如圖(b)所示。擦除操作：所有的存儲(chǔ)元中浮空柵上的負(fù)電荷要全部洩放出去。為此晶體管源極S加上正電壓，這與編程操作正好相反，見(jiàn)圖(c)所示。源極S上的正電壓吸收浮空柵中的電子，從而使全部存儲(chǔ)元變成1狀態(tài)。*cache：設(shè)存儲(chǔ)器容量為32字，字長(zhǎng)64位，模塊數(shù)m=4，分別用順序方式和穿插方式進(jìn)展組織。存儲(chǔ)周期T=200ns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期=50ns。假設(shè)連續(xù)讀出4個(gè)字，問(wèn)順序存儲(chǔ)器和穿插存儲(chǔ)器的帶寬各是多少"解：順序存儲(chǔ)器和穿插存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m=4個(gè)字的信息總量都是：q=64b×4=256b順序存儲(chǔ)器和穿插存儲(chǔ)器連續(xù)讀出4個(gè)字所需的時(shí)間分別是：t2=mT=4×200ns=800ns=8×10-7st1=T+(m-1)=200ns+350ns=350ns=35×10-7s順序存儲(chǔ)器和穿插存儲(chǔ)器的帶寬分別是：W2=q/t2=256b÷(8×10-7)s=320Mb/sW1=q/t1=256b÷(35×10-7)s=730Mb/s*CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為1900次，主存完成存取的次數(shù)為100次，cache存取周期為50ns，主存存取周期為250ns，求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。解：h=Nc/Nc+Nm=1900/(1900+100)=0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)×0.95=83.3%ta=tc/e=50ns/0.833=60ns *存儲(chǔ)器：*64位機(jī)主存采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其地址碼為26位，假設(shè)使用256K×16位的DRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并選用模塊板構(gòu)造形式，問(wèn)：1 每個(gè)模塊板為1024K×64位，共需幾個(gè)模塊板.2 個(gè)模塊板共有多少DRAM芯片"3主存共需多少DRAM芯片" CPU如何選擇各模塊板.(1) (2) 每個(gè)模塊要16個(gè)DRAM芯片 (3)64*16 = 1024塊由高位地址選模塊*用16K×8位的DRAM芯片組成64K×32位存儲(chǔ)器，要求：(1) 畫出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。(2) 設(shè)存儲(chǔ)器讀/寫周期為0.5S, CPU在1S至少要訪問(wèn)一次。試問(wèn)采用哪種刷新方式比較合理.兩次刷新的最大時(shí)間間隔是多少.對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少.解：(1)根據(jù)題意，存儲(chǔ)總?cè)萘繛?4KB，故地址總線需16位?，F(xiàn)使用16K*8位DRAM芯片，共需16片。芯片本身地址線占14位，所以采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結(jié)合的方法來(lái)組成整個(gè)存儲(chǔ)器，其組成邏輯圖如下列圖，其中使用一片2：4譯碼器。(2)根據(jù)條件，CPU在1us至少訪存一次，而整個(gè)存儲(chǔ)器的平均讀/寫周期為0.5us，如果采用集中刷新，有64us的死時(shí)間，肯定不行如果采用分散刷新，則每1us只能訪存一次，也不行所以采用異步式刷新方式。假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩陣存儲(chǔ)元構(gòu)成，刷新時(shí)只對(duì)128行進(jìn)展異步方式刷新，則刷新間隔為2ms/128 = 15.6us，可取刷新信號(hào)周期15us。刷新一遍所用時(shí)間15us×1281.92ms指令系統(tǒng)*計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位，主存容量為64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有40條指令，試采用直接、立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。解：40條指令需占用操作碼字段OP6位，這樣指令余下長(zhǎng)度為10位。為了覆蓋主存640K字的地址空間，設(shè)尋址模式*2位，形式地址D8位，其指令格式如下：尋址模式定義如下：*= 0 0 直接尋址 有效地址 E=D直接尋址為256個(gè)存儲(chǔ)單元*= 0 1 立即尋址 D字段為操作數(shù)*= 1 0 變址尋址 有效地址 E= (R*)D 可尋址64K個(gè)存儲(chǔ)單元*= 1 1 相對(duì)尋址 有效地址 E=PCD 可尋址64K個(gè)存儲(chǔ)單元其中R*為變址存放器16位，PC為程序計(jì)數(shù)器16位，在變址和相對(duì)尋址時(shí)，位移量D可正可負(fù)。四、CPU*微指令：直接表示法特點(diǎn)：這種方法構(gòu)造簡(jiǎn)單，并行性強(qiáng)，操作速度快，但是微指令字太長(zhǎng)，假設(shè)微命令的總數(shù)為N個(gè)，則微指令字的操作控制字段就要有N位。另外，在N個(gè)微命令中，有許多是互斥的，不允許并行操作，將它們安排在一條微指令中是毫無(wú)意義的，只會(huì)使信息的利用率下降。*編碼表示法特點(diǎn)：可以防止互斥，使指令字大大縮短，但增加了譯碼電路，使微程序的執(zhí)行速度減慢* 編碼注意幾點(diǎn)：字段編碼法中操作控制字段并非是任意的，必須要遵循如下的原則：把互斥性的微命令分在同一段，兼容性的微命令分在不同段。這樣不僅有助于提高信息的利用率，縮短微指令字長(zhǎng)，而且有助于充分利用硬件所具有的并行性，加快執(zhí)行的速度。應(yīng)與數(shù)據(jù)通路構(gòu)造相適應(yīng)。每個(gè)小段中包含的信息位不能太多，否則將增加譯碼線路的復(fù)雜性和譯碼時(shí)間。一般每個(gè)小段還要留出一個(gè)狀態(tài)，表示本字段不發(fā)出任何微命令。因此當(dāng)*字段的長(zhǎng)度為三位時(shí)，最多只能表示七個(gè)互斥的微命令，通常用000表示不操作。*水平型微指令和垂直型微指令的比較(1)水平型微指令并行操作能力強(qiáng)，效率高，靈活性強(qiáng)，垂直型微指令則較差。(2)水平型微指令執(zhí)行一條指令的時(shí)間短，垂直型微指令執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)。(3)由水平型微指令解釋指令的微程序，有微指令字較長(zhǎng)而微程序短的特點(diǎn)。垂直型微指令則相反。(4)水平型微指令用戶難以掌握，而垂直型微指令與指令比較相似，相對(duì)來(lái)說(shuō)，比較容易掌握。*微地址存放器有6位(A5-A0)，當(dāng)需要修改其容時(shí)，可通過(guò)*一位觸發(fā)器的強(qiáng)置端S將其置"1”?，F(xiàn)有三種情況：(1)執(zhí)行"取指微指令后，微程序按IR的OP字段(IR3-IR0)進(jìn)展16路分支；(2)執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時(shí)，按進(jìn)位標(biāo)志C的狀態(tài)進(jìn)展2路分支；(3)執(zhí)行控制臺(tái)指令微程序時(shí)，按IR4，IR5的狀態(tài)進(jìn)展4路分支。 請(qǐng)按多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計(jì)微地址轉(zhuǎn)移邏輯。答：按所給設(shè)計(jì)條件，微程序有三種判別測(cè)試，分別為P1，P2，P3。 由于修改A5-A0容具有很大靈活性，現(xiàn)分配如下：(1)用P1和IR3-IR0修改A3-A0；(2)用P2和C修改A0；(3)用P3和IR5，IR4修改A5，A4。 另外還要考慮時(shí)間因素T4(假設(shè)CPU周期最后一個(gè)節(jié)拍脈沖)，故轉(zhuǎn)移邏輯表達(dá)式如下：A5=P3·IR5·T4A4=P3·IR4·T4A3=P1·IR3·T4A2=P1·IR2·T4A1=P1·IR1·T4A0=P1·IR0·T4+P2·C·T4由于從觸發(fā)器強(qiáng)置端修改，故前5個(gè)表達(dá)式可用"與非門實(shí)現(xiàn)，最后一個(gè)用"與或非門實(shí)現(xiàn)。*機(jī)有8條微指令I(lǐng)1-I8，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。 a-j分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段為8位，請(qǐng)安排微指 令的控制字段格式。解：經(jīng)分析，d, i, j和e, f, h可分別組成兩個(gè)小組或兩個(gè)字段，然后進(jìn)展譯碼，可得六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)展直接控制，其整個(gè)控制字段組成如下：*流水線IFInstruction Fetch取指 IDInstruction Decode指令譯碼 E*E*ecution執(zhí)行 WB 結(jié)果寫回*今有4級(jí)流水線分別完成取值、指令譯碼并取數(shù)、運(yùn)算、送結(jié)果四步操作，今假設(shè)完成各步操作的時(shí)間依次為100ns,100ns,80ns,50ns。請(qǐng)問(wèn)：1流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少.2假設(shè)相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，而且在硬件上不采取措施，則第二條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)展。3如果在硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需推遲多少時(shí)間.解：(1)流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來(lái)考慮，即流水線時(shí)鐘周期性 (2)遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，就停頓第2條指令的執(zhí)行，直到前面指令的結(jié)果已經(jīng)產(chǎn)生，因此至少需要延遲2個(gè)時(shí)鐘周期。 (3)如果在硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，如采用專用通路技術(shù)，就可使流水線不發(fā)生停頓。五、總線總線定義：總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)構(gòu)，是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接，計(jì)算機(jī)在各系統(tǒng)功能部件之間實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換，并在爭(zhēng)用資源的根底上進(jìn)展工作。總線分類：部總線：CPU部連接各存放器及運(yùn)算器部件之間的總線。系統(tǒng)總線：CPU和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他高速功能部件相互連接的總線。 I/O總線：CPU和中低速I/O設(shè)備相互連接的總線?？偩€特性：物理特性：總線的物理連接方式根數(shù)、插頭、插座形狀、引腳排列方式等。功能特性：每根線的功能。電氣特性：每根線上信號(hào)的傳遞方向及有效電平圍。時(shí)間特性：規(guī)定了每根總線在什么時(shí)間有效?？偩€帶寬：總線帶寬定義為總線本身所能到達(dá)的最高傳輸速率，它是衡量總線性能的重要指標(biāo)。cpu 北橋 pci 南橋isa 之間相互連通通過(guò)橋CPU總線、系統(tǒng)總線和高速總線彼此相連。橋?qū)嵸|(zhì)上是一種具有緩沖、轉(zhuǎn)換、控制功能的邏輯電路。多總線構(gòu)造表達(dá)了高速、中速、低速設(shè)備連接到不同的總線上同時(shí)進(jìn)展工作，以提高總線的效率和吞吐量，而且處理器構(gòu)造的變化不影響高速總線。整個(gè)總線分為：數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。其構(gòu)造與簡(jiǎn)單總線相似，但一般是32條地址線，32或64條數(shù)據(jù)線。為了減少布線，64位數(shù)據(jù)的低32位數(shù)據(jù)線常常和地址線采用多路復(fù)用方式。仲裁總線：包括總線請(qǐng)求線和總線授權(quán)線。中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級(jí)的中斷操作，包括中斷請(qǐng)求線和中斷認(rèn)可線。公用線：包括時(shí)鐘信號(hào)線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時(shí)序信號(hào)線等。接口的典型功能：控制、緩沖、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、整理、程序中斷。總線的傳輸過(guò)程：串行傳送：使用一條傳輸線，采用脈沖傳送。主要優(yōu)點(diǎn)是只需要一條傳輸線，這一點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)距離傳輸顯得特別重要，不管傳送的數(shù)據(jù)量有多少，只需要一條傳輸線，本錢比較低廉。缺點(diǎn)就是速度慢。并行傳送：每一數(shù)據(jù)位需要一條傳輸線，一般采用電位傳送。分時(shí)傳送：總線復(fù)用或是共享總線的部件分時(shí)使用總線。*總線的信息傳送過(guò)程：請(qǐng)求總線、總線仲裁、尋址、信息傳送、狀態(tài)返回?？偩€數(shù)據(jù)傳送模式：讀、寫操作：讀操作是由從方到主方的數(shù)據(jù)傳送；寫操作是由主方到從方的數(shù)據(jù)傳送。塊傳送操作：只需給出塊的起始地址，然后對(duì)固定塊長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)一個(gè)接一個(gè)地讀出或?qū)懭?。?duì)于CPU主方存儲(chǔ)器從方而言的塊傳送，常稱為猝發(fā)式傳送，其塊長(zhǎng)一般固定為數(shù)據(jù)線寬度存儲(chǔ)器字長(zhǎng)的4倍。寫后讀、讀修改寫操作：這是兩種組合操作。只給出地址一次表示同一地址，或進(jìn)展先寫后讀操作，或進(jìn)展先讀后寫操作。播送、廣集操作：一般而言，數(shù)據(jù)傳送只在一個(gè)主方和一個(gè)從方之間進(jìn)展。但有的總線允許一個(gè)主方對(duì)多個(gè)從方進(jìn)展寫操作，這種操作稱為播送。與播送相反的操作稱為廣集，它將選定的多個(gè)從方數(shù)據(jù)在總線上完成AND或OR操作，用以檢測(cè)多個(gè)中斷源。菊花鏈方式優(yōu)先級(jí)判決邏輯電路圖獨(dú)立請(qǐng)求方式優(yōu)先級(jí)判別邏輯電路圖*橋：在PCI總線體系構(gòu)造中有三種橋。其中HOST橋又是PCI總線控制器，含有中央仲裁器。橋起著重要的作用，它連接兩條總線，使彼此間相互通信。橋又是一個(gè)總線轉(zhuǎn)換部件，可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上，從而使系統(tǒng)中任意一個(gè)總線主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表。橋本身的構(gòu)造可以十分簡(jiǎn)單，如只有信號(hào)緩沖能力和信號(hào)電平轉(zhuǎn)換邏輯，也可以相當(dāng)復(fù)雜，如有規(guī)程轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)快存、裝拆數(shù)據(jù)等。 *1*總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為33MHz，總線帶寬是多少"2如果一個(gè)總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為66MHz，總線帶寬是多少"解：1設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時(shí)鐘周期用T=1/f表示，一個(gè)總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，根據(jù)定義可得Dr=D/T=D×1/T=D×f=4B×33×106/s=132MB/s264位=8BDr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s*總線的一次信息傳送過(guò)程大致分哪幾個(gè)階段.假設(shè)采用同步定時(shí)協(xié)議，請(qǐng)畫出讀數(shù)據(jù)的同步時(shí)序圖?？偩€的一次信息傳送過(guò)程，大致可分為：請(qǐng)求總線，總線仲裁，尋址，信息傳送，狀態(tài)返回。20. 70*8 = 560MHz/s*總線仲裁：按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為集中式和分布式兩種。集中式仲裁有三種：鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑弘x中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán)，離總線控制器越遠(yuǎn)，優(yōu)先權(quán)越低。優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且這種鏈?zhǔn)綐?gòu)造很容易擴(kuò)大設(shè)備。缺點(diǎn)：是對(duì)詢問(wèn)鏈的電路故障很敏感，優(yōu)先級(jí)固定。計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式：總線上的任一設(shè)備要求使用總線時(shí)，通過(guò)BR線發(fā)出總線請(qǐng)求。中央仲裁器接到請(qǐng)求信號(hào)以后，在BS線為"0的情況下讓計(jì)數(shù)器開(kāi)場(chǎng)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過(guò)一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接口都有一個(gè)設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請(qǐng)求總線的設(shè)備地址相一致時(shí)，該設(shè)備置"1BS線，獲得了總線使用權(quán)，此時(shí)中止計(jì)數(shù)查詢。每次計(jì)數(shù)可以從"0開(kāi)場(chǎng)，也可以從中止點(diǎn)開(kāi)發(fā)始。如果從"0開(kāi)場(chǎng)，各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄒ粯?，?yōu)先級(jí)的順序是固定的。如果從中止點(diǎn)開(kāi)場(chǎng)，則每個(gè)設(shè)備使用總線的優(yōu)級(jí)相等?？煞奖愕母淖儍?yōu)先級(jí)。獨(dú)立請(qǐng)求方式：每一個(gè)共享總線的設(shè)備均有一對(duì)總線請(qǐng)求線BRi和總線授權(quán)線BGi。當(dāng)設(shè)備要求使用總線時(shí)，便發(fā)出該設(shè)備的請(qǐng)求信號(hào)。總線仲裁器中有一個(gè)排隊(duì)電路，它根據(jù)一定的優(yōu)先次序決定首先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求，給設(shè)備以授權(quán)信號(hào)BGi。獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少，用不著一個(gè)設(shè)備接一個(gè)設(shè)備地查詢。其次，對(duì)優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活。它可以預(yù)先固定，例如BR0優(yōu)先級(jí)最高，BR1次之BRn最低；也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽制止*個(gè)請(qǐng)求的方法，不響應(yīng)來(lái)自無(wú)效設(shè)備的請(qǐng)求。因此當(dāng)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請(qǐng)求方式。優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少。對(duì)優(yōu)先次序的控制也是相當(dāng)靈活的。分布式仲裁：不需要中央仲裁器，而是多個(gè)仲裁器競(jìng)爭(zhēng)使用總線。當(dāng)它們有總線請(qǐng)求時(shí)，把它們唯一的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個(gè)仲裁器將仲裁總線上得到的號(hào)與自己的號(hào)進(jìn)展比較。如果仲裁總線上的號(hào)大，則它的總線請(qǐng)求不予響應(yīng)，并撤消它的仲裁號(hào)。最后，獲勝者的仲裁號(hào)保存在仲裁總線上。顯然，分布式仲裁是以優(yōu)先級(jí)仲裁策略為根底。*總線仲裁*CPU采用集中式仲裁方式，使用獨(dú)立請(qǐng)求與菊花鏈查詢相結(jié)合的二維總線控制構(gòu)造。每一對(duì)請(qǐng)求線BRi和授權(quán)線BGi組成一對(duì)菊花鏈查詢電路。每一根請(qǐng)求線可以被假設(shè)干個(gè)傳輸速率接近的設(shè)備共享。當(dāng)這些設(shè)備要求傳送時(shí)通過(guò)BRi線向仲裁器發(fā)出請(qǐng)求，對(duì)應(yīng)的BGi線則串行查詢每個(gè)設(shè)備，從而確定哪個(gè)設(shè)備享有總線控制權(quán)。請(qǐng)分析說(shuō)明圖6.14所示的總線仲裁時(shí)序圖。解：從時(shí)序圖看出，該總線采用異步定時(shí)協(xié)議。當(dāng)*個(gè)設(shè)備請(qǐng)求使用總線時(shí)，在該設(shè)備所屬的請(qǐng)求線上發(fā)出申請(qǐng)信號(hào)BRi1。CPU按優(yōu)先原則同意后給出授權(quán)信號(hào)BGi作為答復(fù)2。BGi鏈?zhǔn)讲樵兏髟O(shè)備，并上升從設(shè)備答復(fù)SACK信號(hào)證實(shí)已收到BGi信號(hào)3。CPU接到SACK信號(hào)后下降BG作為答復(fù)4。在總線"忙標(biāo)志BBSY為"0情況該設(shè)備上升BBSY，表示該設(shè)備獲得了總線控制權(quán)，成為控制總線的主設(shè)備5。在設(shè)備用完總線后，下降BBSY和SACK6釋放總線。在上述選擇主設(shè)備過(guò)程中，可能現(xiàn)行的主從設(shè)備正在進(jìn)展傳送。此時(shí)需等待現(xiàn)行傳送完畢，即現(xiàn)行主設(shè)備下降BBSY信號(hào)后7，新的主設(shè)備才能上升BBSY，獲得總線控制權(quán)。*分布式仲裁示意圖1所有參與本次競(jìng)爭(zhēng)的各主設(shè)備將設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)號(hào)取反后打到仲裁總線AB上，以實(shí)現(xiàn)"線或邏輯。AB線低電平時(shí)表示至少有一個(gè)主設(shè)備的i為1，AB線高電平時(shí)表示所有主設(shè)備的i為0。2競(jìng)爭(zhēng)時(shí)與AB逐位比較，從最高位b7至最低位b0以一維菊花鏈方式進(jìn)展，只有上一位競(jìng)爭(zhēng)得勝者Wi+1位為1。當(dāng)i=1，或i=0且ABi為高電平時(shí)，才使Wi位為1。假設(shè)Wi=0時(shí)，將一直向下傳遞，使其競(jìng)爭(zhēng)號(hào)后面的低位不能送上AB線。3競(jìng)爭(zhēng)不到的設(shè)備自動(dòng)撤除其競(jìng)爭(zhēng)號(hào)。在競(jìng)爭(zhēng)期間，由于W位輸入的作用，各設(shè)備在其部的線上保存其競(jìng)爭(zhēng)號(hào)并不破壞AB線上的信息。4由于參加競(jìng)爭(zhēng)的各設(shè)備速度不一致，這個(gè)比較過(guò)程反復(fù)自動(dòng)進(jìn)展，才有最后穩(wěn)定的結(jié)果。競(jìng)爭(zhēng)期的時(shí)間要足夠，保證最慢的設(shè)備也能參與競(jìng)爭(zhēng)。*總線周期類型PCI總線周期由當(dāng)前被授權(quán)的主設(shè)備發(fā)起。PCI支持任何主設(shè)備和從設(shè)備之間點(diǎn)到點(diǎn)的對(duì)等訪問(wèn)，也支持*些主設(shè)備的播送讀寫。存儲(chǔ)器讀/寫總線周期存儲(chǔ)器寫和使無(wú)效周期特殊周期配置讀/寫周期*PCI總線周期的操作過(guò)程有如下特點(diǎn)：1采用同步時(shí)序協(xié)議?？偩€時(shí)鐘周期以上跳沿開(kāi)場(chǎng)，半個(gè)周期高電平，半個(gè)周期低電平?？偩€上所有事件，即信號(hào)電平轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在時(shí)鐘信號(hào)的下跳沿時(shí)刻，而對(duì)信號(hào)的采樣出現(xiàn)在時(shí)鐘信號(hào)的上跳沿時(shí)刻。2總線周期由被授權(quán)的主方啟動(dòng)，以幀F(xiàn)RAME*信號(hào)變?yōu)橛行?lái)指示一個(gè)總線周期的開(kāi)場(chǎng)。3一個(gè)總線周期由一個(gè)地址期和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)期組成。在地址期除給出目標(biāo)地址外，還在C/BE*線上給出總線命令以指明總線周期類型。4地址期為一個(gè)總線時(shí)鐘周期，一個(gè)數(shù)據(jù)期在沒(méi)有等待狀態(tài)下也是一個(gè)時(shí)鐘周期。一次數(shù)據(jù)傳送是在掛鉤信號(hào)IRDY*和TRDY*都有效情況下完成，任一信號(hào)無(wú)效在時(shí)鐘上跳沿被對(duì)方采樣到，都將參加等待狀態(tài)。5總線周期長(zhǎng)度由主方確定。在總線周期期間FRAME*持續(xù)有效，但在最后一個(gè)數(shù)據(jù)期開(kāi)場(chǎng)前撤除。即以FRAME*無(wú)效后，IRDY*也變?yōu)闊o(wú)效的時(shí)刻說(shuō)明一個(gè)總線周期完畢。由此可見(jiàn)，PCI的數(shù)據(jù)傳送以猝發(fā)式傳送為根本機(jī)制，單一數(shù)據(jù)傳送反而成為猝發(fā)式傳送的一個(gè)特例。并且PCI具有無(wú)限制的猝發(fā)能力，猝發(fā)長(zhǎng)度由主方確定，沒(méi)有對(duì)猝發(fā)長(zhǎng)度加以固定限制。6主方啟動(dòng)一個(gè)總線周期時(shí)要求目標(biāo)方確認(rèn)。即在FRAME*變?yōu)橛行Ш湍繕?biāo)地址送上AD線后，目標(biāo)方在延遲一個(gè)時(shí)鐘周期后必須以DEVSEL*信號(hào)有效予以響應(yīng)。否則，主設(shè)備中止總線周期。7主方完畢一個(gè)總線周期時(shí)不要求目標(biāo)方確認(rèn)。目標(biāo)方采樣到FRAME*信號(hào)已變?yōu)闊o(wú)效時(shí)，即知道下一數(shù)據(jù)傳送是最后一個(gè)數(shù)據(jù)期。目標(biāo)方傳輸速度跟不上主方速度，可用TRDY*無(wú)效通知主方參加等待狀態(tài)時(shí)鐘周期。當(dāng)目標(biāo)方出現(xiàn)故障不能進(jìn)展傳輸時(shí)，以STOP*信號(hào)有效通知主方中止總線周期。六、外圍設(shè)備 *磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。存儲(chǔ)區(qū)域徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)/分。問(wèn)：(1)共有多少柱面"(2)盤組總存儲(chǔ)容量是多少"(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少"(4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么"尋址命令中如何表示磁盤地址"(5)如果*文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上"解：(1)有效存儲(chǔ)區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)因?yàn)榈烂芏?40道/cm，所以40×55=220道，即220個(gè)圓柱面。(2)層磁道周長(zhǎng)為2R=2×3.14×11=69.08(cm)每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B每面信息量=3454B×220=759880B盤組總?cè)萘?759880B×10=7598800B(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rNN為每條磁道容量，N=3454Br為磁盤轉(zhuǎn)速，r=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒Dr=rN=100×3454B=345400B/s(4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊(一個(gè)扇區(qū))，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式： 此地址格式表示有4臺(tái)磁盤2位，每臺(tái)有16個(gè)記錄面/盤面4位，每面有256個(gè)磁道8位，每道有16個(gè)扇區(qū)4位。(5)如果*文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀/寫速度快。*磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn) / 分，共有4個(gè)記錄面，每毫米5道，每道記錄信息為12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道。問(wèn)：1 磁盤存貯器的容量是多少.2 最高位密度與最低位密度是多少.3 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少.4 平均等待時(shí)間是多少.5 給出一個(gè)磁盤地址格式方案。解：1 每道記錄信息容量 = 12288字節(jié)每個(gè)記錄面信息容量 = 275×12288字節(jié)共有4個(gè)記錄面，所以磁盤存儲(chǔ)器總?cè)萘繛?：4 ×275×12288字節(jié) = 13516800字節(jié)2 最高位密度D1按最小磁道半徑R1計(jì)算R1 = 115mm：D1 = 12288字節(jié) / 2R1 = 17字節(jié) / mm最低位密度D2按最大磁道半徑R2計(jì)算：R2 = R1 + 275 ÷ 5 = 115 + 55 = 170mmD2 = 12288字節(jié) / 2R2 = 11.5 字節(jié) / mm3 磁盤傳輸率 C = r · N r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288字節(jié)信道信息容量C = r · N = 50 × 12288 = 614400字節(jié) / 秒4平均等待時(shí)間 = 1/2r = 1 / (2×50) = 10毫秒 (5)此地址格式表示有4臺(tái)磁盤，每臺(tái)有4個(gè)記錄面，每個(gè)記錄面最多可容納512個(gè)磁道，每道有16個(gè)扇區(qū)。*有一臺(tái)磁盤機(jī)，其平均尋道時(shí)間為了30ms,平均旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間為120ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為500B/ms，磁盤機(jī)上存放著1000件每件3000B 的數(shù)據(jù)。現(xiàn)欲把一件數(shù)據(jù)取走，更新后在放回原地，假設(shè)一次取出或?qū)懭胨钑r(shí)間為：平均尋道時(shí)間+平均等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳送時(shí)間 另外，使用CPU更新信息所需時(shí)間為4ms, 并且更新時(shí)間同輸入輸出操作不相重疊。 試問(wèn)：1 盤上全部數(shù)據(jù)需要多少時(shí)間.2 假設(shè)磁盤及旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍，更新全部數(shù)據(jù)需要多少間.解：1磁盤上總數(shù)據(jù)量 = 1000×3000B = 3000000B 讀出全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間為 3000000B ÷ 500B / ms = 6000ms 重新寫入全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間 = 6000ms 所以，更新磁盤上全部數(shù)據(jù)所需的時(shí)間為 ：2×平均找道時(shí)間 + 平均等待時(shí)間 + 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間 + CPU更新時(shí)間 = 230 + 120 + 6000ms + 4ms = 12304ms(2) 磁盤機(jī)旋轉(zhuǎn)速度提高一倍后，平均等待時(shí)間為60ms；數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍后，數(shù)據(jù)傳送時(shí)間變?yōu)椋?000000B ÷ 1000B / ms = 3000ms更新全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間為：2 ×30 + 60 + 3000ms + 4ms = 6184ms*刷新：電子束打在熒光粉上引起的發(fā)光只能維持幾十毫秒的時(shí)間。因此必須讓電子束反復(fù)不斷地掃描整個(gè)屏幕，該過(guò)程稱為刷新。刷新頻率越高，顯示越?jīng)]有閃爍。50Hz至少刷新存儲(chǔ)器視頻存儲(chǔ)器、顯存：為刷新提供信號(hào)的存儲(chǔ)器。容量取決于分辨率和灰度級(jí)。M=r·C*刷存的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。實(shí)際工作時(shí)顯示適配器的幾個(gè)功能局部要爭(zhēng)用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕，保存50%帶寬用于其他非刷新功能。(1)假設(shè)顯示工作方式采用分辨率為1024×768，顏色深度為3B，幀頻(刷新速率)為72Hz，計(jì)算刷存總帶寬應(yīng)為多少"(2)為到達(dá)這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施"解：(1) 刷新所需帶寬=分辨率×每個(gè)像素點(diǎn)顏色深度×刷新速率 1024×768×3B×72/s=165888KB/s=162MB/s 刷存總帶寬應(yīng)為162MB/s×100/50=324MB/s (2)為到達(dá)這樣高的刷存帶寬，可采用如下技術(shù)措施：使用高速的DRAM芯片組成刷存； 刷存采用多體穿插構(gòu)造；刷存至顯示控制器的部總線寬度由32位提高到64位，甚至128位 ；刷存采用雙端口存儲(chǔ)器構(gòu)造，將刷新端口與更新端口分開(kāi)。*刷新存儲(chǔ)器的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。假設(shè)顯示工作方式采用分辨率為1024×768，顏色深度為24位，幀頻刷新速率為72HZ，求：1刷新存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少.2刷新存儲(chǔ)器的貸款是多少.解：1因?yàn)樗⑿麓鎯?chǔ)器所需存儲(chǔ)容量 = 分辨率 × 每個(gè)像素點(diǎn)顏色深度 1024 × 768 × 3B 4MB2因?yàn)樗⑿滤鑾?= 分辨率 × 每個(gè)像素點(diǎn)顏色深度 × 刷新速度 1024 × 768 × 3B × 72 / S = 165888KB / S 162MB / S七、輸入輸出*中斷執(zhí)行過(guò)程：1.關(guān)中斷 2.保存現(xiàn)場(chǎng) 3.判別中斷條件轉(zhuǎn)入中斷效勞程序 4.開(kāi)中斷 5.執(zhí)行中斷效勞程序 6.關(guān)中斷 7.恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 8.開(kāi)中斷 9.返回*中斷：參見(jiàn)圖所示的二維中斷系統(tǒng)。請(qǐng)問(wèn)：(1)在中斷情況下，CPU和設(shè)備的優(yōu)先級(jí)如何考慮"請(qǐng)按降序排列各設(shè)備的中斷優(yōu)先級(jí)。(2)假設(shè)CPU現(xiàn)執(zhí)行設(shè)備B的中斷效勞程序，IM2，IM1，IM0的狀態(tài)是什么"如果CPU執(zhí)行設(shè) 備D的中斷效勞程序，IM2，IM1，IM0的狀態(tài)又是什么"(3)每一級(jí)的IM能否對(duì)*個(gè)優(yōu)先級(jí)的個(gè)別設(shè)備單獨(dú)進(jìn)展屏蔽"如果不能，采取什么方法可到達(dá)目的"(4)假設(shè)設(shè)備C一提出中斷請(qǐng)求，CPU立即進(jìn)展響應(yīng)，如何調(diào)整才能滿足此要求"解：(1)在中斷情況下，CPU的優(yōu)先級(jí)最低。各設(shè)備的優(yōu)先次序是：ABC DEFGHICPU。(2)執(zhí)行設(shè)備B的中斷效勞程序時(shí)IM2IM1IM0=111；執(zhí)行設(shè)備D的中斷效勞程序時(shí)，IM2IM1IM0=011。(3)每一級(jí)的IM標(biāo)志不能對(duì)*個(gè)優(yōu)先級(jí)的個(gè)別設(shè)備進(jìn)展單獨(dú)屏蔽?？蓪⒔涌谥械腅I(中斷允許)標(biāo)志清"0”，它制止設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求。(4)要使設(shè)備C的中斷請(qǐng)求及時(shí)得到響應(yīng)，可將設(shè)備C從第2級(jí)取出來(lái)，單獨(dú)放在第3級(jí)上，使第3級(jí)的優(yōu)先級(jí)最高，即令I(lǐng)M3=0即可。*參見(jiàn)例1所示的系統(tǒng)，只考慮A，B，C三個(gè)設(shè)備組成的單級(jí)中斷構(gòu)造，它要求CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令時(shí)對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)展效勞。假設(shè)：(1)CPU"中斷批準(zhǔn)機(jī)構(gòu)在響應(yīng)一個(gè)新的 中斷之前，先要讓被中斷的程序的一條指令一定要執(zhí)行完畢；(2)TDC為查詢鏈中每個(gè)設(shè)備的延遲時(shí)間；(3)TA，TB，TC分別為設(shè)備A，B，C的效勞程序所需的執(zhí)行時(shí)間； (4)TS,TR為保存現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)所需的時(shí)間；(5)主存工作周期為TM。 試問(wèn)：就這個(gè)中斷請(qǐng)求環(huán)境來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)在什么情況下到達(dá)中斷飽和"解：中斷處理流程，并假設(shè)執(zhí)行一條指令的時(shí)間也為TM。如果三個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求，則依次分別處理設(shè)備A、設(shè)備B、設(shè)備C的時(shí)間如下：tA = 2TM + TDC + TS + TA + TRtB = 2TM + 2TDC + TS + TB + TRtC = 2TM + 3TDC + TS + TC + TR處理三個(gè)設(shè)備所需的總時(shí)間為：T=tA+tB+tCT是到達(dá)中斷飽和的最小時(shí)間，即中斷極限頻率為：f=1/T*1394總線：串行接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE1394IEEE 1394是一種高速串行I/O標(biāo)準(zhǔn)接口。各被連接裝置的關(guān)系是平等的，不用PC介入也能自成系統(tǒng)。這意味著1394在家電等消費(fèi)類設(shè)備的連接應(yīng)用方面有很好的前景。(1)數(shù)據(jù)傳送的高速性(2)數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性(3)體積小易安裝，連接方便*協(xié)議集：. z.