计算机组成原理课程习题答案秦磊华

13×4⊿t=52⊿t，故加速比为：

而流水线的效率为：

6．有一条5段(S1-S5)组成的数据处理流水线如图7.22所示：其中，S1、S2、S3和S4的执行

时间为△t，S5的执行时间为3△t

输入 S1 S2 S3 S4 S5 输出

图7.22 某5段数据处理流水线结构

(1)画出连续处理5个数据的处理过程的时空图，并求出流水线的实际吞吐率和效率。 (2)采用瓶颈段细分方法对瓶颈段S5进行改造，画出改造后的流水线和连续处理5个数据的时空图，并求出流水线的实际吞吐率和效率。

解：（1）

S5

S4 S3 1 1 空间 1 2 2 2 3 3 3 4 4 5 5 5 5 5 S2 1 S1 1 4 2 3 4 2 3 4 时间 (b) 时空图

完成5条指令，花了19⊿t的时间，吞吐率为

而流水线的效率为：

(2)细分瓶颈段

由于瓶颈段的执行时间是其余各段的执行时间的3倍，将瓶颈段s3细分为3个子流水线功能段S5a、S5b、S5c，这样每个功能段或子功能段的执行时间均为⊿t，流水线转换为各段执行时间均相等的流水线，

S5c S5b S5a S4 S3

空间

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

S2

1 2 3 4 5 时间 S1 1 2 3 4 5

完成5条指令，花了11⊿t的时间，吞吐率为

而流水线的效率为：

7.某非线性流水线由四段组成，其中每当流经第3段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第四段。如果每段的时间都是△t，问：

1)当在该流水线输入端连续地每隔△t时间输入一个任务时，该流水线会发生什么情况？ 2)此流水线的最大吞吐率为多少?如果每隔离2△t输入一个任务,连续处理10个任务时的实际吞吐率和效率是多少?

3)当每段时间不变时,如何提高该流水线的吞吐率?仍连续处理10个任务时,其吞吐率提高到多少?

解：（1）会产生错误的输出，流水线不能正常工作。

（2）最大吞吐率为1/2⊿t，如果每隔离2△t输入一个任务,连续处理10个任务时的实际吞吐率

效率为

（3）每段时间不变时，可重复设置第三段来提高吞吐率，10个任务，每隔⊿t就可以输入一个任务，需要10+4⊿t时间完成，吞吐率提高到：

第八章 总线系统 习 题 八

8.1 解释下列名词

总线 系统总线 内存总线 I/O总线 三态门 总线事务 总线复用 总线带宽 突发传输 总线连接 总线仲裁 串行传送 并行传送 数据传输模式 总线标准 PCI总线 AGP总线 总线事务分离 波特率 桥 全双工 半双工 主设备 从设备 广播与广集 同步通信 异步通信 参考答案： 1.总线：部件之间信息传输的公共通路，通过总线可实现部件之间数据信息和控制信息的传输；

2.系统总线：连接CPU、主存、I/O模块等主要部件之间的信息传输线； 3.内存总线：连接处理器和存储器的总线称为内存总线； 4.I/O总线：主要用于计算机和I/O设备之间的通信连接线； 5.三态门：指输出具有高电平、低电平和高阻状态的逻辑门；

6.总线事务：把总线上一对设备之间的一次信息交换过程称为一个“总线事物”

7.总线复用：线指一组传输线具有多种用途,分时传送不同类型的信息。最常见的是地址总线和数据总线复用, 即将地址总线和数据总线共用一组物理线路，某一时刻该总线传输地址信号，另一时刻传输数据信号。

8.总线带宽：在总线上每秒能传输的最大字节量，一般单位为B/S

9.突发传输：是一种连续的、成批的数据传送方式。一般在数据开始传送前先给出批量传输数据的起始地址，然后连续传输多个数据，除首地址外，后续数据的地址依次通过前一个数据的地址加1的方式获得。由于减少了传送地址的时间，所以突发传输下数据的传输率大大提高。

10.总线连接：研究构成计算机的各大组成部件如何与总线相连并构成一个有机的整体，这与系统总线的结构紧密相关

11.总线仲裁：也称总线的控制。因为总线为多个部件共享，为防止同时有多个部件同时使用总线导致的数据冲突，需要有一个总线控制机构来解决总线使用权的仲裁，以某种方式选择其中一个设备作为主设备。

12.串行传送：指一个单位信息按从低位到高的顺序逐位以脉冲方式传送，它们共享一条传输线，一次只能传送一位。

13. 波特率:串行传送方式下,每秒钟传送的二进制位数称为波特率。

14.并行传送：指一个信息的所有位同时传送，每位都有各自的传输线，互不干扰，一次传送多位信息。

15.数据传输模式：当前的总线标准大都能支持以下四类数据传送模式，读、写操作，块传送操作，写后读、读修改写操作，广播、广集操作

16.总线标准：为实现系统与各模块、模块与模块之间的一个互连而指定的总线规范。 17.PCI总线：PCI总线是一个与处理器无关的高速外围总线，从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下总线之间的接口以协调数据的传送。它采用同步通信方式和集中式控制策略，并具有自动配置能力。 18.AGP总线：AGP( Accelerated Graphics Port)局部总线规范是Intel于1996年7月，PCI2.1版规范基础之上扩充修改而成, 专门为显卡量身打造的一种总线标准，以满足随着3D游戏的迅速普及,显卡的数据吞吐量越来越大的需求。

19.总线事务分离：一次总线事务一般包括地址阶段和数据阶段。在地址阶段，获得总线使用权的设备向被寻址的从设备发出地址信息，从设备确认该地址，并向主设备发回应答信号。在数据阶段，主从设备之间传输数据信息。

20.波特率：在信道上每秒钟传送的码元(波形)个数。

21.桥：是一个总线转换部件，通过它把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而实现不同总线之间的互联互通。

22.全双工：使数据在两个方向上同时进行传送操作。指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行。

23.半双工：息在两点之间能够在两个方向上进行发送，但双向传送需要分时进行。 24.主设备：获得总线使用权的设备。 25.从设备：数据传输过程中，被主设备寻址的设备或只能接受从其他设备发出信息的设备。 26.广播与广集：一般而言，数据传送只在一个主方和一个从方之间进行。但有的总线允许一个主方对多个从方进行写操作，这种操作称为广播。与广播相反的操作称为广集，它将选定的多个从方数据在总线上完成响应的操作（比如或操作或与操作）。 27.同步通信：通信双方在统一的时钟控制下进行信息的传输

28.异步通信：又称应答通信，是指通信联络的控制信号采用异步方式的一种通信方法，即总线上的部件通过总线传送信息时，源部件不只是单向发送信息，它在发出一个信息后，要等待目的部件发回确认信号，再发送下一个信息。

8.2简要回答下列问题

1)计算机系统为什么采用总线结构？

2)比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。 3)总线的信息传送方式有哪几种？各有什么特点？

4)集中式总线控制方下，确定总线使用权优先级的方法有哪几种？各有什么特点？ 5)影响总线性能的因素有哪些?

6)什么是突发传输模式?采用突发传输模式有什么优点? 解：

1. 计算机系统为什么采用总线结构

计算机所有功能的实现过程就是各种信息在计算机内各大功能部件之间进行交换的过程，因此，必须在部件之间构筑信息传输的公共通路，即总线。计算机系统通过总线将CPU、主存储器及输入输出设备连接起来，并在这个通路上传送地址信息、数据信息及控制信息。 2. 比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。

在单总线结构的计算机中只有一条系统总线，因此构成计算机系统的各部件如CPU、主存储器及输入输出设备等，都只能连接在这一条总线上并构成一个完整的计算机系统。 单总线结构具有如下优点：

总线结构简单，使用灵活，扩充容易。在总线上增加新的外设不涉及到总线的扩展和已经连接到总线上其它设备的变化。

单总线结构的不足主要表现在：

1)主存与外部设备采用统一编址,减少了主存的地址空间；

2)高速设备和低速设备连接在同一组总线上，高速设备的高速特性得不到发挥； 3)总线只能被分时使用，通信速度慢；

4)任何两部件之间的信息传递都共享受一组总线，系统总线负载重,系统性能低。 双总线在单总线结构的基础上，通过在CPU和主存储器之间增加一组高速的存储总线(也称主存总线)而得到。这种类型的双总线结构具有如下特点：

(1)仍然保持了单总线系统扩展容易的优点；

(2)存储总线的使用，大大降低了系统总线的负载；

在双总线的基础上，将主存从系统总线上分离出来，并将原来的系统总线分离成主存总线和I/O总线的三总线结构。

3. 总线的信息传送方式有哪几种？各有什么特点？

串行传送：特点是只需一条传输线，成本低。当远距离传输时，如几百米甚至几公里以上，采用这种方式比较经济。但是，串行传送速度慢。

并行传送：优点是传送速度快。然而，这种方式要求线数多，成本高。因此，在距离不远时可以采用并行传输。

并串行传送：将被传送信息分成若干组，组内采用并行传送，组间采用串行传送。它是对传送速度与传输线数进行折衷的一种传送方式。

分时传送：一是采用总线复用，指的是在某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息，其目的是为了减少线数，为此必须划分时间片，以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务。二是指共享总线的部件分时使用总线。总线资源是系统的公共资源，