第1章 计算机系统概论1.1 什么是计算机系统、计算机硬件[1]和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件即指计算机的实体部分,它由看得见摸得着的各种电子元器件[2],各类光、电、机设备的实物组成,如主机、外设等。软件是看不见摸不着的,由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成,用来充分发挥硬件功能,提高机器工作效率,便于人们使用机器,指挥整个计算机硬件系统工作的程序、资料、数据集合。硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。1.2 如何理解计算机系统的层次结构?解:(1)第一级:实际机器M1 (机器语言[3]机器),机器语言程序直接在M1上执行;(2)第二级:虚拟机器M2(汇编语言[4]机器),将汇编语言程序先翻译成机器语言程序,再在M1上执行;(3)第三级:虚拟机器M3(高级语言[5]机器),将高级语言程序先翻译成汇编语言程序,再在M2、M1(或直接到M1)上执行;(4)第零级:微程序机器M0(微指令[6]系统),由硬件直接执行微指令。(5)实际上,实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机,它是由操作系统软件构成,该级虚拟机用机器语言解释操作系统。(6)虚拟机器M3还可以向上延伸,构成应用语言虚拟系统。总线的传输周期:指总线完成一次完整而可靠的传输所需时间;总线的通信控制:指总线传送过程中双方的时间配合方式。3.6试比较同步通信和异步通信[7]。解:同步通信:指通信双方由统一时标控制数据传送[8]的通信,控制方式简单,灵活性差,当系统中各部件工作速度差异较大时,总线工作效率明显下降。适合于总线长度较短、各部件存取时间[9]比较一致的场合。异步通信:指没有统一时钟控制的通信,部件间采用应答方式进行联系,控制方式较同步复杂,灵活性高,当系统中各部件工作速度差异较大时,有利于提高总线工作效率。3.7画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互锁关系?解:有三种:不互锁方式、半互锁方式和全互锁方式。请求 请求 __ 请求-|||-回答 square 回答 回答A. 不互锁 B. 半互锁 C. 全互锁 D. 图3.2 异步通信中请求与回答的几种互锁关系 E. 3.8为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点? F. 解:半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制,又能像异步通信那样允许传输时间不一致,因此工作效率介于两者之间。 G. 3.9分离式通信有何特点,主要用于什么系统? 解:(1)各模块欲占用总线使用权都必须提出申请; (2)在得到总线使用权后,主模块在限定的时间内向对方传送信息,采用同步方式传送,不再等待对方的回答信号; (3)各模块在准备数据的过程中都不占用总线,使总线可接受其他模块的请求; (4)总线被占用时都在做有效工作,或者通过它发送命令,或者通过它传送数据,不存在空闲等待时间,充分地利用了总线的有效占用,从而实现了总线在多个主、从模块间进行信息交叉重叠并行式传送,这对大型计算机系统是极为重要的。 nd play?哪些总线有这一特点? 解:所谓总线标准,可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。 总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题; I、AGP、USB等; PCI、USB等具有此功能。 3.11画一个具有双向传送功能的总线逻辑图。 请求 请求 __ 请求-|||-回答 square 回答 回答 图3.3 具有双向传送功能的总线逻辑图 D四个寄存器,要求选用合适的74系列芯片,完成下列逻辑设计: →A、D→B和D→C寄存器间的传送; (2)设计一个电路,实现下列操作: T0时刻完成D→总线; T1时刻完成总线→A; T2时刻完成A→总线; T3时刻完成总线→B。 T打开三态门将 D寄存器中的内容送至总线bus,由cp脉冲同时将总线上的数据打入到 A、B、C寄存器中。 T和cp的时间关系如图3.4所示。 请求 请求 __ 请求-|||-回答 square 回答 回答 →A、D→B和D→C寄存器间的传送 T0+T1控制,以确保T0时刻D→总线,以及T1时刻总线→接收门1→A。三态门2受T2+T3控制,以确保T2时刻A→总线,以及T3时刻总线→接收门2→B。T0、T1、T2、T3波形图如图3.5所示。 请求 请求 __ 请求-|||-回答 square 回答 回答 →A→B寄存器间的传送 3.13 什么是总线的数据传送速率,它与哪些因素有关? 解:数据传送速率用波特率来衡量,波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数,单位用bps(位/秒)表示,记作波特。 MHz,一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据,试问总线的带宽是多少? MHz=0.125μs 总线周期=时钟周期=0.125μs。 T=16×8MHz=128Mbps64Mbps=16MBps。 MHz,假设总线最短传输周期为4个时钟周期,试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据的传输率,可采取什么措施? T=4×1个时钟周期=4×(1/66MHz)=4/66(μs)。 T=66MBps=528Mbps。 MHz。 3.16 在异步串行传送系统中,字符格式为:1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。若要求每秒传送120个字符,试求传送的波特率和比特率。 解:一个字符包括:1+8+1+2=12位 波特率为:12(位)×120(字符)=1440波特 有效数据位为8位,则比特率为=1440×(8/12)=960bps。

第1章 计算机系统概论

1.1 什么是计算机系统、计算机硬件^[1]和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?

解:计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件即指计算机的实体部分,它由看得见摸得着的各种电子元器件^[2],各类光、电、机设备的实物组成,如主机、外设等。软件是看不见摸不着的,由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成,用来充分发挥硬件功能,提高机器工作效率,便于人们使用机器,指挥整个计算机硬件系统工作的程序、资料、数据集合。硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。

1.2 如何理解计算机系统的层次结构?

解:(1)第一级:实际机器M1 (机器语言^[3]机器),机器语言程序直接在M1上执行;(2)第二级:虚拟机器M2(汇编语言^[4]机器),将汇编语言程序先翻译成机器语言程序,再在M1上执行;(3)第三级:虚拟机器M3(高级语言^[5]机器),将高级语言程序先翻译成汇编语言程序,再在M2、M1(或直接到M1)上执行;(4)第零级:微程序机器M0(微指令^[6]系统),由硬件直接执行微指令。(5)实际上,实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机,它是由操作系统软件构成,该级虚拟机用机器语言解释操作系统。(6)虚拟机器M3还可以向上延伸,构成应用语言虚拟系统。

总线的传输周期:指总线完成一次完整而可靠的传输所需时间;

总线的通信控制:指总线传送过程中双方的时间配合方式。

3.6试比较同步通信和异步通信^[7]。

解:同步通信:指通信双方由统一时标控制数据传送^[8]的通信,控制方式简单,灵活性差,当系统中各部件工作速度差异较大时,总线工作效率明显下降。适合于总线长度较短、各部件存取时间^[9]比较一致的场合。

异步通信:指没有统一时钟控制的通信,部件间采用应答方式进行联系,控制方式较同步复杂,灵活性高,当系统中各部件工作速度差异较大时,有利于提高总线工作效率。

3.7画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互锁关系?

解:有三种:不互锁方式、半互锁方式和全互锁方式。

A. 不互锁
B. 半互锁
C. 全互锁
D. 图3.2 异步通信中请求与回答的几种互锁关系
E. 3.8为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点?
F. 解:半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制,又能像异步通信那样允许传输时间不一致,因此工作效率介于两者之间。
G. 3.9分离式通信有何特点,主要用于什么系统?
解:(1)各模块欲占用总线使用权都必须提出申请;
(2)在得到总线使用权后,主模块在限定的时间内向对方传送信息,采用同步方式传送,不再等待对方的回答信号;
(3)各模块在准备数据的过程中都不占用总线,使总线可接受其他模块的请求;
(4)总线被占用时都在做有效工作,或者通过它发送命令,或者通过它传送数据,不存在空闲等待时间,充分地利用了总线的有效占用,从而实现了总线在多个主、从模块间进行信息交叉重叠并行式传送,这对大型计算机系统是极为重要的。
nd play?哪些总线有这一特点?
解:所谓总线标准,可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。
总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题;
I、AGP、USB等;
PCI、USB等具有此功能。
3.11画一个具有双向传送功能的总线逻辑图。

图3.3 具有双向传送功能的总线逻辑图


D四个寄存器,要求选用合适的74系列芯片,完成下列逻辑设计:
→A、D→B和D→C寄存器间的传送;
(2)设计一个电路,实现下列操作:
T0时刻完成D→总线;
T1时刻完成总线→A;
T2时刻完成A→总线;
T3时刻完成总线→B。
T打开三态门将 D寄存器中的内容送至总线bus,由cp脉冲同时将总线上的数据打入到 A、B、C寄存器中。 T和cp的时间关系如图3.4所示。

→A、D→B和D→C寄存器间的传送
T0+T1控制,以确保T0时刻D→总线,以及T1时刻总线→接收门1→A。三态门2受T2+T3控制,以确保T2时刻A→总线,以及T3时刻总线→接收门2→B。T0、T1、T2、T3波形图如图3.5所示。

→A→B寄存器间的传送
3.13 什么是总线的数据传送速率,它与哪些因素有关?
解:数据传送速率用波特率来衡量,波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数,单位用bps(位/秒)表示,记作波特。
MHz,一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据,试问总线的带宽是多少?
MHz=0.125μs
总线周期=时钟周期=0.125μs。
T=16×8MHz=128Mbps64Mbps=16MBps。
MHz,假设总线最短传输周期为4个时钟周期,试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据的传输率,可采取什么措施?
T=4×1个时钟周期=4×(1/66MHz)=4/66(μs)。
T=66MBps=528Mbps。
MHz。
3.16 在异步串行传送系统中,字符格式为:1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。若要求每秒传送120个字符,试求传送的波特率和比特率。
解:一个字符包括:1+8+1+2=12位
波特率为:12(位)×120(字符)=1440波特
有效数据位为8位,则比特率为=1440×(8/12)=960bps。