2011考研組成原理重點(diǎn)總結(jié)（三）_跨考網(wǎng)

18．比較硬布線控制器與微程序控制器

硬布線控制器與微程序控制器相比較，除在操作控制信號(hào)的形成上有較大的區(qū)別外，其他沒(méi) 有本質(zhì)的區(qū)別。對(duì)于實(shí)現(xiàn)相同的一條指令，不管是采用硬布線控制還是采用微程序控制技術(shù)，都 可以采用多種邏輯設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致了各種不同的控制器在具體實(shí)現(xiàn)方法和手段上的區(qū)別和性能差
異。 硬布線控制與微程序控制的主要區(qū)別可歸納為如下方面：

(1)實(shí)現(xiàn)方式

微程序控制器的控制功能是在存放微程序存儲(chǔ)器和存放當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令的寄存器直接 控；MT 實(shí)現(xiàn)的，而硬布線控制的功能則由邏輯門(mén)組合實(shí)現(xiàn)。微程序控制器的電路比較規(guī)整，各 條指令信號(hào)的差別集中在控制存儲(chǔ)器的內(nèi)容上。因此，無(wú)論是增加或修改指令都只要增加或修改 控制存儲(chǔ)器內(nèi)容即可，若控制存儲(chǔ)器是 ROM，則要更換芯片，在設(shè)計(jì)階段可以先用 RAM 或 EPROM 來(lái)實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證正確后或成批生產(chǎn)時(shí)，再用 ROM 代替。硬布線控制器的控制信號(hào)先用邏 輯式列出，經(jīng)化簡(jiǎn)后用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，顯得零亂復(fù)雜，當(dāng)需要修改指令或增加指令時(shí)就必須 重新設(shè)計(jì)電路，非常麻煩而且有時(shí)甚至無(wú)法改變。因此，微操作控制取代了硬布線控制并得到了
廣泛應(yīng)用，尤其是指令復(fù)雜的計(jì)算機(jī)，一般都采用微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。

(2)性能方面 在同樣的半導(dǎo)體工藝條件下，微程序控制的速度比硬布線控制的速度低，因?yàn)閳?zhí)行每條微程序指令都要從控制存儲(chǔ)器中讀取，影響了速度；而硬布線控制邏輯主要取決于電路延時(shí)，因而在 超高速機(jī)器中，對(duì)影響速度的關(guān)鍵部分如核心部件 CPU，往往采用硬布線邏輯實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)， 在一些新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，例如，RISC(精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))中，一般都選用硬布線邏輯電路。

19．闡述計(jì)算機(jī)并行處理形式和流水線的分類(lèi)

計(jì)算機(jī)自誕生到現(xiàn)在，人們追求的目標(biāo)之一是很高的運(yùn)算速度，因此，并行處理技術(shù)便成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的主流。廣義地講，并行性有著兩種含義：一是同時(shí)性，指兩個(gè)以上事件在同一時(shí)刻 發(fā)生；二是并發(fā)性，指兩個(gè)以上事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。

計(jì)算機(jī)的并行處理技術(shù)可貫穿于信息加工的各個(gè)步驟和階段，概括起來(lái)，主要有3種 形 式 ： 時(shí)間并行；空間并行和時(shí)間并行+空間并行。

(1)時(shí)間并行 指時(shí)間重疊，在并行性概念中引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。時(shí)間并行性概念的實(shí)現(xiàn)方式就 是采用流水處理部件。這是一種非常經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的并行技術(shù)，能保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有較高的性能 價(jià)格比。目前的高性能微型機(jī)幾乎無(wú)一例外地使用了流水技術(shù)。

(2)空間并行 指資源重復(fù)，在并行性概念中引入空問(wèn)因素，以“數(shù)量取勝”為原則來(lái)大幅度提高計(jì)算機(jī)的處理速度。大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展為空間并行技術(shù)帶來(lái)了巨大生機(jī)，因而成為目前實(shí)現(xiàn)并行處理的一個(gè)主要途徑。空間并行技術(shù)主要體現(xiàn)在多處理器系統(tǒng)和多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但是在 單處理器系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用。

(3)時(shí)間并行+空間并行 指時(shí)間重疊和資源重復(fù)的綜合應(yīng)用，既采用時(shí)間并行性又采用空間并行性。例如，奔騰 CPU采用了超標(biāo)量流水技術(shù)，在一個(gè)機(jī)器周期中同時(shí)執(zhí)行兩條指令，因而既具有時(shí)間并行性，又具有 空間并行性。顯然，這種并行技術(shù)帶來(lái)的高速效益是最好的。

(4)流水線

流水計(jì)算機(jī)中，CPU 按流水線方式組織，通常由三部分組成：指令部件、指令隊(duì)列、執(zhí)行部 件。這3個(gè)功能部件可以組成一個(gè)3級(jí)流水線。計(jì)算機(jī)的流水處理過(guò)程非常類(lèi)似于工廠中的流水 裝配線。為了實(shí)現(xiàn)流水，首先把輸入的任務(wù)(或過(guò)程)分割為一系列子任務(wù)，并使各子任務(wù)能在流 水線的各個(gè)階段并發(fā)地執(zhí)行。當(dāng)任務(wù)連續(xù)不斷地輸入流水線時(shí)，在流水線的輸出端便連續(xù)不斷地

吐出執(zhí)行結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)了子任務(wù)級(jí)的并行性。流水線有以下3種分類(lèi)。

①指令流水線 指指令步驟的并行。將指令流的處理過(guò)程劃分為取指令、譯碼、執(zhí)行、寫(xiě)回等幾個(gè)并行處理的過(guò)程段。目前，幾乎所有的高性能計(jì)算機(jī)都采用了指令流水線。

②算術(shù)流水線 指運(yùn)算操作步驟的并行。如流水加法器、流水乘法器、流水除法等?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)中已廣泛采用了流水的算術(shù)運(yùn)算器。

③處理機(jī)流水線 又稱(chēng)為宏流水線，是指程序步驟的并行。由一串級(jí)聯(lián)的處理機(jī)構(gòu)成流水線的各個(gè)過(guò)程段，每臺(tái)處理機(jī)負(fù)責(zé)某一特定的任務(wù)。數(shù)據(jù)流從第一臺(tái)處理機(jī)輸入，經(jīng)處理后被送入與
第二臺(tái)處理機(jī)相 連的緩沖存儲(chǔ)器中。第二臺(tái)處理機(jī)從該存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后傳送給第三臺(tái)處理機(jī)， 如此串聯(lián)下去。隨著高檔微處理芯片的出現(xiàn)，構(gòu)造處理機(jī)流水線將變得容易了。處理機(jī)流水線應(yīng) 用在多機(jī)系統(tǒng)中。

20．有哪些總線?

任何一個(gè)微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接，但如果將各部件和每一種外圍設(shè) 備都分別用一組線路與 CPU 直接連接，那么連線將會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)化硬件 電路設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍設(shè)備連接， 這組共用的連接線路被稱(chēng)為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，尤其制定了統(tǒng)一的總線

標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實(shí)現(xiàn)互連。

(1)按相對(duì)于 CPU 或其他芯片的位置，總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總 線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級(jí)的互連；而系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級(jí)的互連；外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，
微機(jī)作為一種設(shè)備，通過(guò)該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級(jí)的互連。

(2)按總線功能來(lái)劃分又可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線三類(lèi)，我們通常所說(shuō)的總線都 包括上述三個(gè)組成部分。地址總線(ABus)用來(lái)傳送地址信息，數(shù)據(jù)總線(DBus)用來(lái)傳送數(shù)據(jù)信
息，控制總線(CBus)用來(lái)傳送各種控制信號(hào)。

(3)按其功用來(lái)劃分主要有局部總線、系統(tǒng)總線、通信總線3種類(lèi)型。局部總線是在傳統(tǒng)的 ISA 總線和 CPU 總線之間增加的一級(jí)總線或管理層，它的出現(xiàn)是由于電腦軟硬件功能的不斷發(fā)展， 系統(tǒng)原有的 ISA／EISA 等已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)系統(tǒng)高傳輸能力的要求，而成為整個(gè)系統(tǒng)的主要瓶頸。 局部總線主要可分為三種：專(zhuān)用局部總線、VI 總線(VESA Local Bus)、PCI(Peripheral Component Interconnect：)總線。前兩種已被淘汰。系統(tǒng)總線是電腦系統(tǒng)內(nèi)部各部件(插板)之間進(jìn)行連接和 傳輸信息的一組信號(hào)線等。而通信總線是系統(tǒng)之間或微機(jī)系統(tǒng)與設(shè)備之間進(jìn)行通信的一組信號(hào)
線。

(4)各種總線有：I2C，SPI，SCI，ISA，EISA，VESA，PCI，Compact PCI，RS-232-C，RS-485。IEEE-488，USB，PCI Express，AGP，AMR，CNR，ACR，IEEEl394等。

(5)決定總線性能的主要有總線時(shí)鐘頻率(總線的工作頻率，單位 MHz)，總線寬度(數(shù)據(jù)總線 的位數(shù)，單位為 bit 位)和總線傳輸速率(總線帶寬，在總線上每秒鐘傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù) MB／s， 每秒處理多少兆字節(jié))。它們的相關(guān)計(jì)算公式為：傳輸速率一總線時(shí)鐘頻率×總線寬度／8。

21．闡述典型總線的特點(diǎn)

(1)ISA、EISA

ISA 總線又稱(chēng) AT 總線，是在 PC／AT 微機(jī)上所配備的擴(kuò)展系統(tǒng)總線。
最早的 PC 總線是 IBM 公司1981年在 PC／XT 電腦采用的系統(tǒng)總線，它基于8 bit 的8088處 理器，被稱(chēng)為 PC 總線或者 PC／XT 總線。在1984年的時(shí)候，IBM 推出基于16-bitIntel 80286處 理器的 PC／AT 電腦，系統(tǒng)總線也相應(yīng)的擴(kuò)展為16 bit，并被稱(chēng)呼為 PC／AT 總線。PC／AT 的 擴(kuò)展總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大速度為8 MHz，比 PC／XT 總線幾乎快了近一倍，而最佳的數(shù)據(jù)傳輸 率達(dá)20 MB／s。不過(guò)80286CPU 的執(zhí)行速度更快，因此要增加額外的等待周期，方能使擴(kuò)展總 線與 CPU 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了充分地發(fā)揮80286的優(yōu)良性能，同時(shí)又要最大限度地與 PC

／AT 總線兼容，ISA 總線在原 XT 總線的基礎(chǔ)上，又增加了一個(gè)36腳的擴(kuò)展槽，將數(shù)據(jù)總線擴(kuò) 展為16位，地址總線擴(kuò)展為24位，將中斷的數(shù)目從8個(gè)擴(kuò)充到15個(gè)，并提供了中斷共享功能，而 DMA 通道也由4個(gè)擴(kuò)充到8個(gè)。為了開(kāi)發(fā)與 IBM PC 兼容的外圍設(shè)備，行業(yè)內(nèi)便逐漸確立了以 IBM PC 總線規(guī)范為基礎(chǔ)的 ISA(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)：Industry Standard Architecture)總線。

ISA 是8／16 bit 的系統(tǒng)總線，最大傳輸速率僅為8 MB／s，但允許多個(gè) CPU 共享系統(tǒng)資源 。 由于兼容性好，它在上個(gè)世紀(jì)80年代是被最廣泛采用的系統(tǒng)總線，不過(guò)它的弱點(diǎn)也是顯而易見(jiàn) 的，比如傳輸速率過(guò)低、CPU 占用率高、占用硬件中斷資源等。后來(lái)在 PC’98規(guī)范中，就開(kāi)始

放棄了 ISA 總線，而 Intel 從 i810芯片組開(kāi)始，也不再提供對(duì) ISA 接口的支持。 在1988年，康柏、惠普等9個(gè)廠商協(xié)同把 ISA 擴(kuò)展到32-bit，這就是著名的 EISA (Extended

?ISA，擴(kuò)展 ISA)總線。EISA 總線的工作頻率仍舊僅有8 MHz，并且與8／16 bit 的 ISA 總線完全兼容，由于是32-bit 總線的緣故，帶寬提高了一倍，達(dá)到了32 MB／s。可惜的是，EISA 仍舊由 于速度有限。并且成本過(guò)高，在還沒(méi)成為標(biāo)準(zhǔn)總線之前，在20世紀(jì)90年代初的時(shí)候，就被 PCI 總線取代了。

除了一些特殊工業(yè)使用以外，ISA 已經(jīng)不再使用了，而且現(xiàn)在的主板都不帶 ISA 接口。甚至 在一些設(shè)備要用上 ISA 時(shí)，系統(tǒng)生產(chǎn)商也不對(duì)消費(fèi)者提及“ISA 總線”這個(gè)被遺忘的術(shù)語(yǔ)，而稱(chēng)
它為“舊式總線(Legacy Bus)”。盡管 ISA 已經(jīng)幾乎沒(méi)人使用了，但以它為基礎(chǔ)的其他總線依然被應(yīng)用。PC／104，一種派生 自 ISA 的擴(kuò)展接口，目前仍被用于工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)，這種接口利用與 ISA 相同的信號(hào)傳輸線 連接不同的連接器。IPC 總線在現(xiàn)在的一些主板上取代 ISA 總線，連接一些老式的 I／O 設(shè) 備 ； 盡管物理層上與傳統(tǒng)的 ISA 有區(qū)別，但是一般軟件都會(huì)把 IPC 看成是 ISA，因此一些 ISA 的缺陷依然存在，比如16 MB 的 DMA 尋址極限。

(2)PCI

PCI 即外設(shè)組件互連標(biāo)準(zhǔn)(Peripheral Component Interconnection)，一種由英特爾(Intel)公 司1991年推出的用于定義局部總線的標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)允許在計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝多達(dá)10個(gè)遵從 PCI 標(biāo)準(zhǔn) 的擴(kuò)展卡。最早提出的 PCI 總線工作在33 MHz 頻率之下，傳輸帶寬達(dá)到133 MB／s(33 MHz*32 bit／s)，基本上滿足了當(dāng)時(shí)處理器的發(fā)展需要。隨著對(duì)更高性能的要求，1993年又提出了64 bit 的 PCI 總線，后來(lái)又提出把 PCI 總線的頻率提升到66 MHz。目前廣泛采用的是32一 bit、33 MHz 的 PCI 總線，64 bit 的 PCI 插槽更多是應(yīng)用于服務(wù)器產(chǎn)品。從結(jié)構(gòu)上看，PCI 是在 CPU 和原來(lái) 的系統(tǒng)總線之間插入的一級(jí)總線，具體由一個(gè)橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的 接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供信號(hào)緩沖，能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能，社和為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，MODEM 等設(shè)備提供連接接口，工作頻率為33 MHz／66 MHz。

PCI 總線系統(tǒng)要求有一個(gè) PCI 控制卡，它必須安裝在一個(gè) PCI 插槽內(nèi)。這種插槽是目前主 板帶有最多數(shù)量的插槽類(lèi)型，在當(dāng)前流行的臺(tái)式機(jī)主板上，ATX 結(jié)構(gòu)的主板一般帶有5～6個(gè) PCI 插槽，而小一點(diǎn)的 MATX 主板也都帶有2～3個(gè) PCI 插槽。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式不同，PCI 控制器可以 與 CPU 一次交換32位或64位數(shù)據(jù)，它允許智能 PCI 輔助適配器利用一種總線主控技術(shù)與 CPU 并行地執(zhí)行任務(wù)。PCI 允許多路復(fù)用技術(shù)，即允許一個(gè)以上的電子信號(hào)同時(shí)存在于總線之上。

由于 PCI 總線只有133 MB／s 的帶寬，對(duì)聲卡、網(wǎng)卡、視頻卡等絕大多數(shù)輸入／輸出設(shè)備顯 得綽綽有余，但對(duì)性能日益強(qiáng)大的顯卡則無(wú)法滿足其需求。Intel 在2001年春季的 IDF 上，正式 公布了旨在取代 PCI 總線的第三代 I／O 技術(shù)，該規(guī)范由 Intel 支持的 AWG(Arapahoe Working Group)負(fù)責(zé)制定。2002年4月17日，AWG 正式宣布3GIO1．0規(guī)范草稿制定完畢，并移交 PCI-SIG(PCI 特別興趣小組，PCI-Special Interest：Group)進(jìn)行審核。

開(kāi)始的時(shí)候大家都以為它會(huì)被命名為 Serial PCI(受到串行 ATA 的影響)，但最后卻被正式命 名為 PCI Express，Express 意思是高速、特別快的意思。

2002年7月23日，PCI-SIG 正式公布了 PCI Expressl．0規(guī)范，并于2007年初推出2．0規(guī)范(Spec2．O)，將傳輸率由 PCI Expressl．1的2．5 GB／s 提升到5 GB／s。

(3)AGP

AGP 全稱(chēng)為加速圖形接口(Accelerated Graphics Port)，1996年由 Intel 提出，是在66 MHz PCI Revision2．1規(guī)范上建立起來(lái)的一種顯卡專(zhuān)用接口。推出原因使視頻處理器與系統(tǒng)主內(nèi)存直 接相連，避免了經(jīng)過(guò) PCI 總線而造成的系統(tǒng)瓶頸，增加3D 圖形數(shù)據(jù)傳輸速度。這樣系統(tǒng)主內(nèi)存 可以與視頻芯片共享，在顯存不足的情況下，調(diào)用系統(tǒng)主內(nèi)存用于存儲(chǔ)紋理。AGP 可把幀緩沖內(nèi)存更有效地使用，除3D 繪圖外，2D 繪圖的表現(xiàn)也得以加強(qiáng)。

AGP 又分為 AGP1X、AGP2X、AGP4X、AGP8X，AGP Pro 則是 AGP 的改進(jìn)型，它使工 作站級(jí)主板也能利用 AGP 的加速性能，其電力需求較大，長(zhǎng)度也比標(biāo)準(zhǔn)的 AGP 卡為長(zhǎng)。該種 顯卡多用于電腦輔助設(shè)計(jì)的繪圖加速上。直至2004年，新版本 AGP 的資料傳輸量為早期版本的
2至8倍，現(xiàn)有版本如下：

AGP2x：使 用32-bit 傳輸通道，時(shí)脈66 MHz，透過(guò)雙泵增至133 MHz，資料傳輸量為每秒533MB，信號(hào)電壓與 AGPlx 相同。

AGP 4x：使用32-hit 傳輸通道，時(shí)脈66 MHz，透過(guò)四泵增至266 MHz，資料傳輸量為每秒1066 MB，信號(hào)電壓1．5 V。

AGP 8x：使用32-bit 傳輸通道，時(shí)脈66 MHz，透過(guò)八泵增至533 MHz，資料傳輸量為每秒2133 MB，信號(hào)電壓0．8 V。

AGP 通常會(huì)被視為電腦總線的一種，但這樣的分法嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是錯(cuò)誤的，因?yàn)橐唤M總線可容 許多個(gè)設(shè)備共享，而 AGP 卻不是，不能多個(gè)插槽共享一組總線。一些主機(jī)版設(shè)有多條獨(dú)立的 AGP
插槽，現(xiàn)時(shí) AGP 正逐漸被 PCI-E 所取代。

(4)PCI Express
PCI Express，簡(jiǎn)稱(chēng) PCIe 或稱(chēng) PCI—Ex，沿用了現(xiàn)有的 PCI 編程概念及通訊標(biāo)準(zhǔn)，是新一 代的總線接口，而采用此類(lèi)接口的顯卡產(chǎn)品，從2004年下半年開(kāi)始已經(jīng)全面面世。早
在2001年的春季“英特爾開(kāi)發(fā)者論壇”上，英特爾公司就提出了要用新一代的技術(shù)取代 PCI 總線和多種芯片的內(nèi)部連接，并稱(chēng)之為第三代 I／0總線技術(shù)。隨后在2001年底，包括 Intel、AMD、 DELL、IBM 在內(nèi)的20多家業(yè)界主導(dǎo)公司開(kāi)始起草新技術(shù)的規(guī)范，并在2002年完成，對(duì)其正式命
名為 PCI Express。
PCI Express 僅應(yīng)用于內(nèi)部互連。由于 PCI Express 是基于現(xiàn)有的 PCI 系統(tǒng)，只需修改物理 層而無(wú)須修改軟件就可將現(xiàn)有 PCI 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為 PCI Express。PCI Express 擁有更快的速率，以
取代幾乎全部現(xiàn)有的內(nèi)部總線(包括 AGP 和 PCI)。Intel 希望將來(lái)能用一個(gè)PCI Express 控制器和所有外設(shè)交流，取代現(xiàn)有的南橋／北橋方案。

PCI Express 采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起 PCI 以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的 共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專(zhuān)用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳 輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到 PCI 所不能提供的高帶寬。相對(duì)于傳統(tǒng) PCI 總線在單一時(shí)間 周期內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)單向傳輸，PCI Express 的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質(zhì)量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類(lèi)似。

PCI Express 的接口根據(jù)總線位寬不同而有所差異，包括1X、4X、8X 以及16X(2X 模式將 用于內(nèi)部接口而非插槽模式)。較短的 PCI Express 卡可以插入較長(zhǎng)的 PCI Express 插槽中使用。 PCI Express 接口能夠支持熱拔插，這也是個(gè)不小的飛躍。PCI Express 卡支持的三種電壓分別 為十3．3 V、3．3 Vaux 以及+12 V。PCI Express x16是專(zhuān)有顯不卡所設(shè)計(jì)的，用于取代 AGP 接口，能夠提供上行、下行2×4 GB／s 的帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) AGP 8X 的2．1 GB／s 的帶寬。16x
的最大提供功率達(dá)到了70 W，比 AGP 8X 接口有了很大的提高。 基本可以滿足未來(lái)中高端顯卡的需求。

PCI Express 最大的意義在于它的通用性，不僅可以讓它用于南橋和其他設(shè)備的連接，衛(wèi)可 以延伸到芯片組間的連接，甚至也可以用于連接圖形芯片，這樣，整個(gè) I／O 系統(tǒng)重新統(tǒng)一起來(lái) ，
將更進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，增加計(jì)算機(jī)的可移植性和模塊化。 在2005年，PCI Express 已近乎成為新的個(gè)人電腦主板標(biāo)準(zhǔn)。

(5)RS232，RS422，RS485

RS-232-C 標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù) 通信設(shè)備 DCE(Data Communication Equipment)而制定的。因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來(lái)用于計(jì)算機(jī)(更準(zhǔn)確地說(shuō)，是計(jì)算機(jī)接口)與終端 或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至是相 矛盾的。有了對(duì)這種背景的了解，我們對(duì) RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。

RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在 DTE 立場(chǎng)上，而不是站在 DCE 的立 場(chǎng)來(lái)定義的。由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，往往是 CPU 和 I／O 設(shè)備之間傳送信息，兩者都是 DTE，
因此雙方都能發(fā)送和接收。

①RS 一232一 C

RS-232一 C 是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA(E1ectronic Industry Association)制定的一種串行物 理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS 是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě)，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C 表示修改次數(shù)。RS-232-C 總線標(biāo) 準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一
般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。

RS-232一 C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400,4800、9600、19200波特。

RS-232-c 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500 pF 的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如， 采用150 pF／m 的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15 m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可 以增加。傳輸距離短的另一原因是 RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾
等問(wèn)題，因此一般用于20 m 以內(nèi)的通信。

②RS-485
?
RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用 RS-485串行總線。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢 測(cè)低至200 mV 的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。Rs-485采用半雙工工作方式，任何 時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連 時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用 RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。
由于 RS-232-c 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：

1．接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c TTL 電平不兼容故需使用電 平轉(zhuǎn)換電路方能與 TTL 電路連接。Ⅱ．傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20 Kbps。叭接 口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾， 所以抗噪聲干擾性弱。Ⅳ．傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 50英尺，實(shí)際上也只能用在
50米左右。
針對(duì) RS-232-C 的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，．RS--485就是其中之一，它 有以下特點(diǎn)：

a．RS 485的電氣特性：邏輯“1”以兩線問(wèn)的電壓差為十(2—6)V 表示；邏輯“o”以兩線間的 電壓差為 (2—6)V 表示。接口信號(hào)電平比 RS 232-C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且
該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。

b．RS 一485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10 Mbps．

c．RS 一485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干 擾性好。

d．RS 一485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS-232-C 接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而 RS-485接口在總線上是允 許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的 RS-485接口方便地建立
起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

因 RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選 的串行接口。因?yàn)?RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以 RS485接口均采用 屏蔽雙絞線傳輸。RS485接口連接器采用 DB-9的9芯插頭座，與智能終端 RS485接口采用 DB-
9(孔)，與鍵盤(pán)連接的鍵盤(pán)接口 RS485采用 DB-9(針)。

③RS 一422

RS422總線，RS485和 RS422電路原理基本相同，都是以差動(dòng)方式發(fā)送和接受，不需要數(shù) 字地線。差動(dòng)工作是同速率條件下傳輸距離遠(yuǎn)的根本原因，這正是二者與 RS232的根本區(qū)別，因?yàn)?RS232是單端輸入輸出，雙工工作時(shí)至少需要數(shù)字地線。發(fā)送線和接受線三條線(異步傳輸)，還 可以加其他控制線完成同步等功能。RS422通過(guò)兩對(duì)雙絞線可以全雙工工作收發(fā)互不影響，而RS485只能半雙工工作，發(fā)收不能同時(shí)進(jìn)行，但它只需要一對(duì)雙絞線。RS422和 RS485在19 Kpbs下能傳輸1200米。

(6)IEEEl394

IEEEl394是一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)，它允許把電腦、電腦外部設(shè)備、各種家電非常簡(jiǎn)單地連接 在一起。IEEEl394的原型是運(yùn)行在 Apple Mac 電腦上的 Fire Wire(火線)，由 IEEE 采用并且重 新進(jìn)行了規(guī)范。它定義了數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議及連接系統(tǒng)，可用較低的成本達(dá)到較高的性能，以增強(qiáng) 電腦與硬盤(pán)、打印機(jī)、掃描儀等外設(shè)，以及與數(shù)碼相機(jī)、DVD 播放機(jī)、視頻電話等消費(fèi)性電子

產(chǎn)品的連接能力。由于要求相應(yīng)的外部設(shè)備也具有 IEEEl394接口功能才能連接到1394總線上，所以，直到1995 年，Sony 推出的數(shù)碼攝像機(jī)加上了1394接口后，它才真正引起人們的廣泛注意。采用1394接口 的數(shù)碼攝像機(jī)可以毫無(wú)延遲地編輯處理影像、聲音數(shù)據(jù)，其性能得到了增強(qiáng)。數(shù)碼相機(jī)、DVD 播放機(jī)和一般消費(fèi)性家電產(chǎn)品，如 VCR、HDTV、音響等都可以利用1394接口來(lái)互相連接。電 腦的外部設(shè)備，例如硬盤(pán)、光驅(qū)、打印機(jī)、掃描儀等，也可利用1394接口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。機(jī)外總 線將改變當(dāng)前電腦本身?yè)碛斜姸喔郊硬蹇?、連接線的現(xiàn)狀，它把各種外設(shè)和各種家用電器連接起
來(lái)。

IEEEl394有以下特點(diǎn)：

a．采用“級(jí)聯(lián)”方式連接各外部設(shè)備1394在一個(gè)端口上最多可以連接63個(gè)設(shè)備，設(shè)備間采用樹(shù)形或菊花鏈結(jié)構(gòu)。設(shè)備間電纜的 最大長(zhǎng)度是4．5米，采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)時(shí)可達(dá)16層，從主機(jī)到最末端外設(shè)總長(zhǎng)可達(dá)72米。

b．能夠向被連接的設(shè)備提供電源1394的連接電纜(cable)中共有六條芯線。其中兩條線為電 源線，可向被連接的設(shè)備提供電源；其他四條線被包裝成兩對(duì)雙絞線，用來(lái)傳輸信號(hào)。電源的電 壓范圍是8～40 V 直流電壓，最大電流1．5 A。像數(shù)碼相機(jī)等一些低功耗設(shè)備可以從總線電纜內(nèi) 部取得動(dòng)力，而不必為每一臺(tái)設(shè)備配置獨(dú)立的供電系統(tǒng)。由于1394能夠向設(shè)備提供電源，即使
設(shè)備斷電或者出現(xiàn)故障也不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

c．采用基于內(nèi)存的地址編碼，具有高速傳輸能力 總線采用64位地址，將資源看做寄存器和內(nèi)存單元，可以按照 CPU 與內(nèi)存的傳輸速率進(jìn)行讀寫(xiě)操作，因此，具有高速傳輸能力。1394總線的數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)400 Mbps，因此，可以適用于各種高速設(shè)備。 Ⅳ．采用對(duì)等結(jié)構(gòu)(Peer to Peer)
任何兩個(gè)支持1394的設(shè)備可以直接連接，不需要通過(guò)電腦控制，例如在電腦關(guān)閉的情況下， 仍可以將 DVD 播放機(jī)與數(shù)字電視機(jī)連接，直接播放光盤(pán)節(jié)目。

d．安裝方便且容易使用，允許熱插拔，可即插即用，不必關(guān)機(jī)即可隨時(shí)動(dòng)態(tài)配置外部設(shè)備 。 增加或拆除某外設(shè)后，1394會(huì)自動(dòng)調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重設(shè)整個(gè)外設(shè)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

(7)USB

1994年，英特爾、康柏、Digital、IBM、微軟、NEC、北電等七家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信 公司成立了 USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)論壇，歷時(shí)近兩年形成了統(tǒng)一意見(jiàn)，于1995 年11月正式制定出 USB0．9通用串行總線規(guī)范，并在1997年開(kāi)始有真正符合 USB 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 外設(shè)出現(xiàn)。USBl．1是目前推出的在支持 USB 的計(jì)算機(jī)與外設(shè)上普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)。1999年 初 ， 在英特爾開(kāi)發(fā)者論壇大會(huì)上，與會(huì)者介紹了 USB2．0規(guī)范，該規(guī)范的支持者除了原有的康柏、 英特爾、微軟和 NEC 四家成員外，還增加了惠普、朗訊和飛利浦三家新成員。USB2．0向下兼 容 USBl．1，數(shù)據(jù)的傳輸率將達(dá)到120 Mbps～240 Mbps，同時(shí)支寺寬帶數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備及下一代 掃描儀、打印機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備。目前普遍采用的 USBl．1主要應(yīng)用在中低速外部設(shè)備上，它提供 的傳輸速度有低速1．5 Mbps 和全速12 Mbps 兩種，低速支持低速設(shè)備，如顯示器、調(diào)制解調(diào) 器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀、打印機(jī)、光驅(qū)、磁帶機(jī)、軟驅(qū)等；全速將支持大范圍的多媒體設(shè)備。
USB 的主要特點(diǎn)如下：

a．使用方便

使用 USB 接口可以連接多個(gè)不同的設(shè)備，支持熱插拔。在軟件方面，為 USB 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程 序和應(yīng)用軟件可以自動(dòng)啟動(dòng)，無(wú)需用戶干預(yù)。uSB 設(shè)備也不涉及 IRQ 沖突等問(wèn)題，它單獨(dú)使用 自己的保留中斷，不會(huì)同其他設(shè)備爭(zhēng)用 PC 機(jī)有限的資源，為用戶省去了硬件配置的煩惱。USB
設(shè)備能真正做到即插即用。
b．速度加快快速性能是 USB 技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。USB 接口的最高傳輸率目前可達(dá)12 Mbps．比串口 快了整整100倍，比并口也快了十幾倍。今后 USB 的速度還將提高到100 Mbps 以上。

c．連接靈活

USB 接口支持多個(gè)不同設(shè)備的串行連接，一個(gè) USB 接口理論上可以連接127個(gè) USB 設(shè)備。 連接方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可以使用中樞轉(zhuǎn)接頭(Hub)，把多個(gè)設(shè)備連接在 一起，再同 PU 機(jī)的 USB 口相接。在 USB 方式下，所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，不必打開(kāi)機(jī)箱 ； 允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。USB 采用“級(jí)聯(lián)”方式，即每個(gè) USB 設(shè)備用一個(gè) USB 插頭連接到一個(gè)外設(shè)的 USB 插座上，而其本身又提供一個(gè) USB 插座供下一個(gè) USB 外設(shè)連接用 。 通過(guò)這種類(lèi)似菊花鏈?zhǔn)降倪B接，一個(gè) USB 控制器可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)，而每個(gè)外設(shè)間距離(線纜長(zhǎng)度)可達(dá)5米。USB 還能智能識(shí)別 USB 鏈上外圍設(shè)備的接人或拆卸。

d．獨(dú)立供電

普遍使用串口、并口的設(shè)備都需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)，而 USB 設(shè)備則不需要，因?yàn)?USB 接口 提供了內(nèi)置電源。USB 電源能向低壓設(shè)備提供5 V 的電源，因此，新的設(shè)備就不需要專(zhuān)門(mén)的交
流電源了，從而降低了這些設(shè)備的成本，并提高了性價(jià)比。

e．支持多媒體

USB 提供了對(duì)電話的兩路數(shù)據(jù)支持，可支持異步以及等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，使電話可與 PC 集成，共享語(yǔ)音郵件及其他特性。USB 還具有高保真音頻。由于 USB 音頻信息生成于計(jì)算機(jī)外，因而減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機(jī)會(huì)，從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度。

USB 和 IEEEl394在功能和設(shè)計(jì)思想上有許多相似的地方，但是它們的傳輸速率不同，因而 適用范圍也不同。從目前情況看，PC97標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)納入了 USB 規(guī)范，新的芯片組都支持 USB，
并且越來(lái)越多的外設(shè)都支持 USB。

22．列舉基本輸入輸出方式，并說(shuō)明其各自特點(diǎn) 輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展大致分為五種方式，即程序控制的輸入輸出方式(程序查詢方式)、中斷方式，DMA 方式、通道方式和 I／O 處理機(jī)等5種方式。

程序查詢方式和程序中斷方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較低的外部設(shè)備，而 DMA 方式、通道方 式和 I／O 處理機(jī)方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較高的設(shè)備。目前，小型機(jī)和微型機(jī)大都采用程序查 詢方式、程序中斷方式和 DMA 方式。通道方式、I／O 處理機(jī)方式大都用在中、大型計(jì)算機(jī)中。

為方便，把通道方式和 I／O 處理機(jī)方式視為一種方式。

(1)程序查詢方式

程序查詢方式又叫程序控制 I／O 方式。在這種方式中，數(shù)據(jù)在 CPU 和外部設(shè)備之間的傳送 完全靠程序控制，是在 CPU 主動(dòng)控制下進(jìn)行的，當(dāng)輸入／輸出時(shí)，CPU 暫停執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去 執(zhí)行輸入／輸出的服務(wù)程序，根據(jù)服務(wù)程序中的 I／O 指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。這是一種最簡(jiǎn)單、最 經(jīng)濟(jì)的輸入／輸出方式，它只需很少的硬件，因此幾乎所有的機(jī)器都具有程序查詢方式，特別是在微、小型機(jī)中，常用程序查詢方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低速設(shè)備的輸入輸出管理。

(2)程序中斷方式

“中斷”概念的提出，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重大變革。在程序中斷方式中，某一外設(shè) 的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后，它“主動(dòng)”向 CPU 發(fā)請(qǐng)求中斷的信號(hào)，請(qǐng)求 CPU 暫時(shí)中斷目前的工作而進(jìn) 行數(shù)據(jù)交換。當(dāng) CPU 響應(yīng)這個(gè)中斷時(shí)，便暫停運(yùn)行主程序，并自動(dòng)轉(zhuǎn)移到該設(shè)備的中斷服務(wù)程 序。當(dāng)中斷服務(wù)程序結(jié)束以后，CPU 又回到原來(lái)的主程序。其原理和調(diào)用子程序相仿，不過(guò)， 這里要求轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)子程序的請(qǐng)求是由外部設(shè)備發(fā)出的。中斷方式特別適合于隨機(jī)出現(xiàn)的服 務(wù)。

(3)DMA 方式

直接訪問(wèn)內(nèi)存 DMA 方式，是一種完全由硬件執(zhí)行 I／O 交換的工作方式。在這種方式中，DMA 控制器從 CPU 中完全接管對(duì)總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò) CPU，而直接在內(nèi)存儲(chǔ)器和 I／O 設(shè) 備之間進(jìn)行。DMA 方式一般用于高速地傳送成組的數(shù)據(jù)。DMA 控制器將向內(nèi)存發(fā)出地址和控制信號(hào)、修改地址、對(duì)傳送的字的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，并且以中斷方式向 CPU 報(bào)告?zhèn)魉筒僮鞯慕Y(jié)束。

DMA 方式的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快。由于 CPU 根本不參加傳送操作，因此就省去了 CPU 取指 令、取數(shù)、送數(shù)等操作。在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，也不像中斷方式那樣，要進(jìn)行保存現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 之類(lèi)的工作。內(nèi)存地址修改、傳送字個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)等，也不是由軟件實(shí)現(xiàn)，而是由硬件線路直接實(shí)
現(xiàn)的。
?
(4)通道方式

DMA 控制器的出現(xiàn)已經(jīng)減輕了 CPU 對(duì)數(shù)據(jù)輸入輸出的控制，使得 CPU 的效率有顯著的提 高。而通道的出現(xiàn)則進(jìn)一步提高了 CPU 的效率。這是因?yàn)橥ǖ朗且粋€(gè)具有特殊功能的處理器， 它有自己的指令和程序?qū)ｉT(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制，而 CPU 將“傳輸控制”的功能下放給 通道后只負(fù)責(zé)“數(shù)據(jù)處理”功能。這樣，通道與 CPU 分時(shí)使用內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了 CPU 內(nèi)部運(yùn)算與 I／O 設(shè)備的并行工作。

23．常用的直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(DMA)方式有哪幾種?它們的工作原理和主要優(yōu)缺點(diǎn)各是什么?

常用的 DMA 方式有如下三種：

(1)周期竊取方式

在每一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，CPU 測(cè)試有沒(méi)有 DMA 服務(wù)申請(qǐng)，如果有，則 CPU 進(jìn)入一個(gè) DMA 周期。在 DMA 周期中借用 CPU 完成上面所列出的 DMA 工作流程。包括數(shù)據(jù)和主存地址的傳 送，交換個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器中的內(nèi)容減“l(fā)”，主存地址的增值及一些測(cè)試判斷等。周期竊取方式的優(yōu)點(diǎn) 是硬件結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是在數(shù)據(jù)輸入或輸出過(guò)理中實(shí)際上占用了 CPU 的時(shí)間 。

(2)直接存取方式

DMA 控制器的數(shù)據(jù)傳送申請(qǐng)直接發(fā)往主存儲(chǔ)器。在得到主存儲(chǔ)器的響應(yīng)之后，整個(gè) DMA工作流程全部在 DMA 控制器中用硬件完成。直接存取方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)輸入或輸出過(guò)程沒(méi)有占 用 CPU 的時(shí)間。缺點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，成本較高。

(3)數(shù)據(jù)塊傳送方式 在設(shè)備控制器中設(shè)置一個(gè)比較大的數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器，一般要能夠存放下一個(gè)數(shù)據(jù)塊。據(jù)交
換以數(shù)據(jù)塊為單位，并采用程序中斷方式進(jìn)行。數(shù)據(jù)塊傳送方式實(shí)際上并不是 DMA 方式，只是 它在每次中斷輸入輸出過(guò)程中是以數(shù)據(jù)塊為單位獲得或發(fā)送數(shù)據(jù)的。

24．從一個(gè)中斷源發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，到這個(gè)中斷服務(wù)請(qǐng)求全部處理完成，程序返回到中斷點(diǎn) 所經(jīng)過(guò)的過(guò)程稱(chēng)為中斷處理過(guò)程。在一次完整的中斷處理過(guò)程中，主要做哪些工作?其中，哪些
必須用硬件實(shí)現(xiàn)?哪些必須用軟件實(shí)現(xiàn)?哪些既可以用硬件實(shí)現(xiàn)也可以用軟件實(shí)現(xiàn)?

在一次完整的中斷處理過(guò)程中，主要做以下工作：

(1)判斷現(xiàn)行指令執(zhí)行結(jié)束，且沒(méi)有更緊急的服務(wù)請(qǐng)求；

(2)關(guān) CPU 中斷，CPU 不能再響應(yīng)其他任何中斷源的中斷服務(wù)請(qǐng)求；

(3)撤銷(xiāo)設(shè)備的中斷服務(wù)請(qǐng)求，如果這個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求不撤銷(xiāo)的話，那么在 CPU 開(kāi)中斷 后，它必然將再次請(qǐng)求中斷服務(wù)；

(4)保存硬件現(xiàn)場(chǎng)，主要指保存處理機(jī)狀態(tài)字 PSW 及堆棧指針 SP 等中的內(nèi)容；

(5)識(shí)別中斷源；

(6)改變?cè)O(shè)備的屏蔽狀態(tài)；

(7)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序人口，一般還要在中斷服務(wù)程序中通過(guò)軟件才能找到具體中斷源的中 斷服務(wù)程序入口；

(8)保存軟件現(xiàn)場(chǎng)，主要指保存將要被中斷服務(wù)程序破壞的通用寄存器中的內(nèi)容等；

(9)開(kāi) CPU 中斷，CPU 可以響應(yīng)其他更高級(jí)中斷源的中斷服務(wù)請(qǐng)求，中斷源之間可實(shí)現(xiàn)中 斷嵌套；

(10)中斷服務(wù)；

(11)關(guān) CPU 中斷，CPU 不響應(yīng)任何中斷源的中斷服務(wù)請(qǐng)求。在下一次開(kāi) CPU 中斷之前， 正在運(yùn)行的程序不允許被中斷；

(12)恢復(fù)軟件現(xiàn)場(chǎng)，恢復(fù)被中斷服務(wù)程序破壞的通用寄存器中的內(nèi)容等；

(13)恢復(fù)屏蔽狀態(tài)；

(14)恢復(fù)硬件現(xiàn)場(chǎng)，包括恢復(fù)處理機(jī)狀態(tài)字 PSW 及堆棧指針 SP 等中的內(nèi)容等，準(zhǔn)備返回 中斷點(diǎn)；

(15)開(kāi) CPU 中斷，如果用硬件實(shí)現(xiàn)，這條指令必須延遲執(zhí)行，要在程序回到中斷點(diǎn)之后才 能實(shí)際打開(kāi) CPU 的中斷；

(16)返回到中斷點(diǎn)。 其中“保存中斷點(diǎn)”和“轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序入口”這兩個(gè)功能是必須用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 “中斷服務(wù)”和“返回到中斷點(diǎn)”這兩個(gè)功能必須用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他功能既可以用軟件又可以用硬件實(shí)現(xiàn)。

25．中斷屏蔽的作用和實(shí)現(xiàn)方法是什么? 設(shè)置中斷屏蔽有如下3個(gè)用處：

(1)在中斷優(yōu)先級(jí)已經(jīng)由硬件確定了的情況下，改變中斷源的中斷服務(wù)順序

(2)決定設(shè)備是否采用中斷方式工作

(3)在多處理機(jī)系統(tǒng)中，可以通過(guò)中斷屏蔽，把對(duì)外圍設(shè)備的輸入輸出服務(wù)工作分配到各個(gè) 處理機(jī)中中斷屏蔽的實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種：

a.每個(gè)或每級(jí)中斷源設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽位的方法

中斷屏蔽位可以分布在各個(gè)中斷源中，也可以集中在處理機(jī)中。在為每個(gè)中斷源或每級(jí)中斷源設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽位的方法中，中斷優(yōu)先級(jí)實(shí)際上只在處理機(jī)響應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)請(qǐng)求時(shí)使 用，即在所有請(qǐng)求中斷服務(wù)的中斷源中選擇出一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的中斷源首先為它服務(wù)。而處理機(jī) 在執(zhí)行中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)，并沒(méi)有優(yōu)先級(jí)的區(qū)分。
b.改變處理機(jī)優(yōu)先級(jí)方法 中斷優(yōu)先級(jí)不僅在處理機(jī)響應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)請(qǐng)求時(shí)使用，而且為每個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序也賦予同樣的中斷優(yōu)先級(jí)。正常工作的情況，在各個(gè)中斷源的處理機(jī)狀態(tài)字中設(shè)置的中斷優(yōu) 先級(jí)應(yīng)該與這個(gè)中斷源本身的硬件中斷優(yōu)先級(jí)相同。這時(shí)，處理機(jī)響應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)請(qǐng)求和 完成中斷服務(wù)的過(guò)程將嚴(yán)格按照中斷源的硬件中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行。如果要改變中斷源的中斷服務(wù)順 序，即在有多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷服務(wù)時(shí)，讓某些硬件中斷優(yōu)先級(jí)較低的中斷源先得到處理機(jī) 的服務(wù)，可以通過(guò)修改相關(guān)中斷源的處理機(jī)狀態(tài)字來(lái)實(shí)現(xiàn)。

26．根據(jù)多臺(tái)外圍設(shè)備共享通道的不同情況，可將通道分為哪幾種類(lèi)型?各種類(lèi)型的通道的 工作原理是什么?

(1)字節(jié)多路通道

字節(jié)多路通道(Byte Multiplexer Channel)是一種簡(jiǎn)單的共享通道，主要為多臺(tái)低速或中速的 外圍設(shè)備服務(wù)。字節(jié)多路通道采用分時(shí)方式工作，依靠它與 CPU 之間的高速數(shù)據(jù)通路分時(shí)為多 臺(tái)設(shè)備服務(wù)。字節(jié)多路通道包含有多個(gè)子通道，每個(gè)子通道連接一個(gè)設(shè)備控制器。每個(gè)子通道最 少需要有一個(gè)字節(jié)緩沖寄存器，一個(gè)狀態(tài)／控制寄存器以及指明固定地址的少量硬件。當(dāng)通道在 邏輯上與某一臺(tái)設(shè)備連接時(shí)，就根據(jù)主存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址訪問(wèn)主存儲(chǔ)器，讀出或?qū)懭胍粋€(gè)字節(jié)， 并將交換字節(jié)個(gè)數(shù)減1，將主存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址增量至下一個(gè)數(shù)據(jù)的地址。在這些工作都完成之后，就將通道與該設(shè)備在邏輯上斷開(kāi)。

(2)選擇通道

選擇通道(selector Channel)在一段時(shí)間內(nèi)單獨(dú)為一臺(tái)外圍設(shè)備服務(wù)，但在不同的時(shí)間內(nèi)仍可 以選擇不同的設(shè)備。一旦選中某一設(shè)備，通道就進(jìn)入“忙”狀態(tài)，直到該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸工作全部 結(jié)束為止。選擇通道可以認(rèn)為是只有一個(gè)以成組方式工作的子通道，只有一套完整的硬件，它逐個(gè)為幾臺(tái)物理上連接的高速外圍設(shè)備服務(wù)。

(3)數(shù)組多路通道 數(shù)組多路通道每次選擇一個(gè)高速設(shè)備后傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊(對(duì)于磁盤(pán)和磁帶等磁表面存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)塊大小通常為512個(gè)字節(jié))，并輪流為多臺(tái)外圍設(shè)備服務(wù)。數(shù)組多路通道可以被看做是以成組方 式工作的高速多路通道。

27．試述靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)的概念以及各自特點(diǎn)

靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)是指在各結(jié)點(diǎn)間有專(zhuān)用的連接通路，且在運(yùn)行中不能改變的網(wǎng)絡(luò)。在靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)開(kāi)關(guān)元件固定地與一個(gè)結(jié)點(diǎn)相連，建立該結(jié)點(diǎn)與鄰近結(jié)點(diǎn)之間的連接通路，直接 實(shí)現(xiàn)兩結(jié)點(diǎn)之間的通信。這種網(wǎng)絡(luò)比較適合于構(gòu)造通信模式可預(yù)測(cè)或可用靜態(tài)連接實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)。動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有源開(kāi)關(guān)，因而可根據(jù)需要借助控制信號(hào)對(duì)連接通路加以重新組合，實(shí)現(xiàn)所要 求的通信模式。

28．并行處理機(jī)從結(jié)構(gòu)上可以分為哪幾類(lèi)？ 并行處理機(jī)從結(jié)構(gòu)上可以分為分布式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和共享式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。分布式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

的 SIMD 計(jì)算機(jī)包含重復(fù)設(shè)置的多個(gè)同樣的處理單元 PE，通過(guò)數(shù)據(jù)尋徑網(wǎng)絡(luò)以一 定方式互相 連接。每個(gè) PE 有各自的本地存儲(chǔ)器 LM。在統(tǒng)一的陣列控制部件作用下，實(shí)現(xiàn)并行操作。共享 式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是一種集中設(shè)置存儲(chǔ)器的方案。共享的多體并行存儲(chǔ)器 SM 通過(guò)對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)與各處理 單元 PE 相連。

29．并行處理機(jī)與流水線向量處理機(jī)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

SIMD 計(jì)算機(jī)利用大量處理單元對(duì)向量所包含的各個(gè)分量同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，與流水線向量處理 機(jī)相比，SIMD 計(jì)算機(jī)依靠的并行措施是資源重復(fù)，而不是時(shí)間重疊；而且它的每個(gè)處理單元要 擔(dān)負(fù)多種處理功能，其效率比多個(gè)單功能流水線部件要低一些。所以，只有在硬件價(jià)格大幅度下 降，加上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，SIMD 計(jì)算機(jī)才具有較好的性能價(jià)格比。但是，要論提高運(yùn)算速 度，SIMD 計(jì)算機(jī)主要依靠增多處理單元的個(gè)數(shù)，與流水線處理機(jī)主要依靠縮短時(shí)鐘周期相比， 其提高速度的潛力要大得多；如果有很好的互連網(wǎng)絡(luò)相配合，則多處理單元的功能和靈活性將會(huì) 更強(qiáng)一些。流水線的向量處理機(jī)處理短向量時(shí)，流水線建立和排空時(shí)間的比例加大；而在 SIMD 計(jì)算機(jī)中，短向量對(duì)速度的影響較小。SIMD 計(jì)算機(jī)基本上是一臺(tái)向量處理專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。流水線 向量處理機(jī)接到主機(jī)上是為了執(zhí)行主機(jī)的一些有關(guān)操作或子程序，以此分擔(dān)主機(jī)的部分功能，從
而提高主機(jī)的有效運(yùn)算速度，它們還不能被認(rèn)為是系統(tǒng)的主體。

30．MIMD 處理機(jī)與 SIMD 處理機(jī)相比有哪些特點(diǎn)?

(1)MIMD 處理機(jī)有多個(gè)控制器，至少有多個(gè)指令部件，用以對(duì)各個(gè) PE 實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的控制，而 又相互協(xié)調(diào)配合。
(2)MIMD 多處理機(jī)的外圍設(shè)備要能夠被多個(gè) PE 分別調(diào)用，因而要通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接，而不 像并行處理機(jī)的外圍設(shè)備那樣統(tǒng)一訪問(wèn)主存儲(chǔ)器進(jìn)行程序和數(shù)組的有規(guī)則的傳送。
(3)并行處理機(jī)由于主要完成數(shù)組向量運(yùn)算，它的 PE 和 MM 之間的數(shù)據(jù)交往是比較有規(guī)則 的，存儲(chǔ)器訪問(wèn)的地址變換功能下不必要求太高，因而互連網(wǎng)絡(luò)的作用主要放在數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)上，可 以做得比較簡(jiǎn)單，但是，多處理機(jī)由于互連網(wǎng)絡(luò)必須滿足各個(gè) PE 隨機(jī)地訪問(wèn)主存儲(chǔ)器的要求， 所以，連接模式、頻帶和路徑選擇等問(wèn)題都要復(fù)雜得多。存儲(chǔ)映射部件對(duì)每一個(gè) PE 也是必需的 。

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