《计算机组成原理》 唐朔飞编 （第2版）复习重点梳理笔记

第1篇概论

第1章计算机系统概论

1.1复习笔记

一、计算机系统简介

1,计算机的软硬件概用编译程序翻译

⑴计算机系统由“他成汇编语言程序卖体部分，“软件”是指由

人们事先编制的具有各类米

⑵计算机的软件乂石窜机系统，监视服务，应用

软件是用户根据任务需要用

用汇编程序翻译

成机器语言程序

2.计算机系统的层次

计算机系统的层次结彳

用机器语言解释操作系统

用微程序解释机器指令

由硬件直接执行微指令

微程序机器M

(微指令系统)

图1T多级层次结构的计算机系统

3.计算机组成和计算机体系结构

(1)计算机体系结构

计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。

(2)计算机组成

计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。

二、计算机的基本组成

1.冯•诺依曼计算机的特点

冯•诺依曼机的特点可归结如下：

①计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成；

②指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访；

③指令和数据均用二进制数表示；

令山操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置;

⑤指令在存储器内按顺序存放；

⑥机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。

2.计第机的硬件框图

典型的冯・诺依曼计算机是以运算器为中心的，现代的计算机已转化为以存储器为中心，如图1-2所示。

控制线

反馈线

数据线

图1-2现代计算机结构框图

3,计算机的工作步骤

(1)上机前的准备

①建立数学模型

②确定计算方法

③编制解题程序

(2)计算机的工作过程

细化的计算机组成框图，如阁1-3所示。

存

储

体

M

I/O

设

MDR

备

MAR

主存储器

图1-3细化的计算机组成框图

三、计算机硬件的主要技术指标

1.机器字长

机器字长是指CPU一次能处理数据的位数。

2.存储容量

存储器的容量应该包括主存容量和辅存容量。主存容量是指主存中存放二进制代码的总位数。辅存容量通常

用字节数来表示，例如，某机辅存(如硬盘)容量为80GB。

3.运算速度

计算机的运算速度与机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度(主存速度快，取指、取数就快)等

都有关。

1.2课后习题详解

1，什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要？

答：计算机系统：由硬件和软件两部分组成，计算机系统能够接收和存储信息、根据程序快速计算和判断，

最终输出处理结果；

计算机硬件：计算机的实体部分，它由有形的各种电子元器件，各种类别的光、电、机设备的物体组成，如

主机、外部设备等；

计算机软件：所谓“软件”，它是无形的，由人们事先编写好的的具有指定功能的程序组成，如系统软件，

应用软件等；

计算机的硬件和软件是相互依存，相互制约的，缺一不可。计算机如果没有安装软件就会失去灵魂，只是一

堆机器；没有硬件的计算机只是一个幻想，没有实际意义。

2.如何理解计算机系统的层次结构？

答：计算机系统的结构根据其功能分为几个层次，有助于正确理解计算机系统的工作；同时对阐明软件，硬

件和固件在计算机系统中的地位和作用是有帮助的；层次结构使各级分工更加清晰，易于纠正和完善；对于了解

各种语言的实现和性质是有帮助的；它也有助于发现新的虚拟机实现方法，设计新的计算机系统。

3.说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。

答：高级语言：高级语言是面向用户的，用高级语言编写的程序称为高级语言源程序，计算机不能直接运行

高级语言源程序，一定要将它们翻译成计算机可以执行的机器语言目标程序。

汇编语言：可以反映指令作用的助记符表达的计算机语言称为汇编语言，它诞生在机器语言的前面。

机器语言：计算机可以识别和执行的唯一语言。二进制代码构成机器语言，每个二进制代码串称为指令。

只有高级语言是面向用户的，汇编语言和机器语言是面向机器的。高级语言和汇编语言需要由编译器解析成

为机器语言才能被计算机识别。

4.如何理解计算机组成和计算机体系结构？

答：计算机体系结构是指程序员可以看到的计算机系统的属性，即概念结构和功能特征。计算机系统的属性

通常指的是程序员(包括汇编语言程序员)利用机器语言编程的传统机器的属性，包括指令集，数据类型，内存

寻址技术，I/O机制等。它们几乎都是抽象属性。计算机组成是指如何实现计算机体系结构中已经存在的属性，

其中包含许多对程序员透明的硬件细节。例如，指令系统体现了机器的属性，属于计算机结构方面。但是指令的

实现，即怎样获得指令，分析指令，获得操作数，计算和发送结果，都属于计算机组成的问题。

5.冯・诺依曼计算机的特点是什么？

答：冯♦诺伊曼在研究EDVAC机时提出了“存储程序”的概念。基于这种概念的各种计算机通常被称为冯

诺依曼计算机。除了用来存储程序，它们的特点还包括：

(1)计算机由五部分组成：运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备。

(2)指令和数据存储在存储器中，它们的地位相同，并且可以通过地址访问。

(3)指令和数据以都可以表示为二进制形式。

(4)指令由两部分组成：操作码和地址码。操作码用于指示操作的性质，地址码用于指示操作数在存储器

中的位置。

(5)指令按顺序存储在存储器中，通常自动取出并顺序执行。

(6)运算器为机器的中心。

6.画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。

答：(1)计算机硬件组成框图如图1-4所示。

控制线

反馈线

数据线

图1-4计算机硬件组成框图

（2）图中每个组件的功能如下：

运算器：主要进行算术和逻辑运算；

存储器：用来存储数据和程序；

控制器：用于控制，命令程序和数据输入，操作和处理操作结果。

输入输出设备：用于将人们熟悉的信息与机器可.识别的信息相互转换。

（3）计算机硬件的主要技术指标

①机器字长：机器字长是指CPU一次能处理数据的位数。

②存储容量：存储器的容量应该包括主存容量和辅存容量。主存容量是指主存中存放二进制代码的总位数。

辅存容量通常用字节数来表示，例如，某机辅存（如硬盘）容量为80GB。

③运算速度：计算机的运算速度与机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度（主存速度快，取指、

取数就快）等都有关。

7.解释概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容

量、机器字长、指令字长。

答：主机：是计算机硬件的主要部分。主机分为CPU和主存储器。

CPU:中央处理器是计算机硬件的核心组件，包括运算器和控制器（早期计算器和控制器不在同一芯片上，

但现在CPU不仅包括运算储和控制器，而旦有高速缓存。

主存储器：存储计算机中运行的程序和数据，是计算机的主要工作存储器，可以随机访问。它由存储体，各

种逻辑组件和控制邨各组构成。

存储单元：可存储机器字并具有特定存储地址的存储单元。

存储元件：存储一生进制信息，是存储器中最小的存储单元，也称为存储元件或存储元件，不能单独访问。

存储原语：存储原语是存储元作，它们是存储单元的分支。它们可以存储一些二进制代码“1”或“0”，也

叫做存储元。

存储元：同上。

存储字：存储在存储单元中的二进制代码的逻辑单元。

存储字长：存储在存储单元中的二进制代码的位数。

存储容量：存储在内存中的二法制代码总量。

机器字长：指CPU一次可处理的二进制数据的位数。

指令字长：指令的二进制代碎立数。

8.解释英文代号:CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、L0>MIPS、CPEFLOPSo

答：CPU:CentnilProcessingUnit,中央处理机器，是计算机硬件的核心部件，主要分为运算器和控制器两

部分。

PC:ProgramCounter,程序计数器，其功能是存储要执行的指令的地址，而且自动加一形成下一条指令地

址。

IR:InstructionRegister,指令寄存器，其功能是存储正在执行的指令。

CU:ControlUnit,控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是生成微操作命令序列。

ALU:ArithmeticLogicUnit,算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术与逻辑运算。

ACC:Accumulator,累加器，不仅可以存储操作前的操作数，还可以存储操作的结果。

MQ:Multiplier-QuotientRogis/r,乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器.

X：此字母没有专指的缩写含义，可以作为任何部分的名称。这里它表示操作数寄存器，它是运算器中用于

存储操作数的工作寄存器之一。

MAR:MemoryAddressRegister,存储器地址寄存器，存储要在主存储器中访问的存储单元的地址。

MDR:MemoryDataRegister,存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存储从某单元读出、或要写入某存储

单元的数据。

I/0:Input/0utputequipment,输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内外数据的交换

和运输。

MIPS:Mi11ionInstructionPerSecond,每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种度量单位。

CPI;ClockCyclePurInslrucLiun,表示执行某个程序的指令平均时钟周期数。

FLOPS:Floating-pointOperationsPerSecond,每秒执行的浮点运算次数。

9.画出主机框图，分别以存数指令“STAM”和加法指令“ADDM”（M均为主存地址）为例，在图中按

序标出完成该指令（包括取指阶段）的信息流程（如汕。假设主存容量为256Mx32位，在指令字长、存储

字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。

答：主机框图如图1-5所示：

存

储

体

M

W

1口

设

MDR备

X

MAR

运算器控制器

L.主存储器

图1-5主机框图

(l)STAM指令：PC—MAR,MAR-MM,MM—MDR,MDR-4R,0P(IR)-CU,Ad(IR)TMAR,

ACJMDR,MAR—MM,WR;

(2)ADDM指令：PC—MAR,MAR—MM,MM—MDR,MDR->IRQP(IR)TCU,Ad(IR)-MAR,

MARTMM,MMTMDR,MDRTX,X—ALU,ACC—ALU,ALU—ACC,ACC—MDR,WR;

假设主存容量256Mx32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，ACC、X、IR、MDR寄存器

均为32位，PC和MAR寄存器均为28位。

10.根据迭代公式

设初态yo=l,要求精度为3试编制求W的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解

题过程。

答：先将y。事先存于yn+1单元中，图1-6展示了一种操作码及其相应操作，并给出了主存地址及内容

主存地址指令注释

操作码地址码

000000117取数yn+1至ACC

100001016存数，将yn+1存于yn单元中

200000113取数x至ACC

300011116除yn得x/yn存于ACC中

400010016加yn得yn+x/yn存于ACC中

500011115除2得（yn+x/yn）/2存于ACC中

600001017存数,将（yn+x/yn）/2存于yn+1单元中

700100016减yn得yn+1-Yn存于ACC中

8001001lyn十l-yn|存丁ACC中

900100()14|yn+l-yn|-£存于ACC中

100010100比较

1100010117打印

12000110--停机

13X

14E

152

16Yn

17Yn+1

图1-6

11.指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？

答：计算机有两种方法可以区分指令和数据：

（1）利用不同的时间段区分指令和数据，即在指令获取阶段（或取指微程序）得到的是指令，在指令执行

阶段（或相应微程序）得到的是数据；

（2）区分地址源，存储单元地址由PC提供，则得到的是指令，存储单元地址由指令地址码部分提供，则

得到的是操作数。

12.什么是指令?什么是程序？

答：指令：指令是机器执行某些操作的命令。典型指令通常包括两部分：操作代码和地址代码。操作码用于

指示执行了哪些操作（例如，添加和发送），并旦地址码用于指示操作数的位置。

程序：程序是软件开发人员根据用户需求开发的，用编程语言描述的，计算机可以识别和运行的一系列指令

（语句）。因此程序是指令的集合。

1.3考研真题详解

L冯•诺依曼结构计算机中数据采用二进制编码表示，其主要原因是（兀［2018年408统考］

1.二进制的运算规则简单

II.制造两个稳态的物理器件较容易

HH.便于用逻辑门电路实现算术运

算

A.仅I、II

B.仅I、m

c.仅n、in

DI、n和

in

【答案】D

【解析】冯•诺依曼结构计算机中数据采用二进制编码表示的原因有：①技术实现简单，即制造两个稳态的

物理器件较容易；②适合逻辑运算，便于用逻辑门电路实现算术运算：③简化运算规则，提高运算速度。因此I、

II和II都是其采用二进制的原因。

2.冯•诺依曼计算机的特点是（）。［北京邮电大学2016研］

I.采用二进制

1.存储程序

III.控制流驱动方式

IV.数据流驱动方式

A.仅I、II

B.仅I、II、in

c.仅I、II、IV

D.LII、IH、IV

【答案】A

【解析】冯•诺依曼计算机采用指令流驱动，并不采用数据流和控制流驱动，所以只有I、1I正确。

3.冯•诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（）o［2009

年408统考］

A.指令操作码的译码结果

B.指令和数据的寻址方式

C.指令周期的不同阶段

D.指令和数据所在的存储单元

【答案】C

【解析】首先，题干已经很明确池说明是在冯•诺依曼计算机中，所以就可以肯定指令和数据都是以二进制

的形式混乱地存储在一个存储器中，这样就无法通过指令和数据所在的存储单元来区分是指令还是数据，故排除

D项。CPU只有在确定取出的是指令之后，才会将其操作码部分送去译码，因此不可能依据译码的结果来区分

指令和数据，故排除A项。仅仅根据寻址方式来判断取出的是指令还是数据，显然不行，故排除B项。

完成一条指令可分为取指阶段和其他阶段（执行、间址、中断等），CPU可以根据指令周期的不同阶段来区

分是指令还是数据，通常在取指阶段取出的是指令，其他阶段取出的都是数据。

第2章计算机的发展及应用

2.1复习笔记

一、计算机的产生和发展

L第一代电子管计算机

2.第二代晶体管计算机

3.第三代集成电路计算机

4,微型计算机的出现和发展

微型计算机解决处理器和内存外设速度不匹配的方法为：

(1)处理器与主存之间解决方寞：加宽数据总线的宽度，在主存和处理器之间设置高速缓冲存储器(Cache)

并发展成片内Cache和分级Cache,采用高速总线和分层总线来缓冲和分流数据，从而提高处理器和存储器之间

的连接带宽。

(2)处理器和外设之间解决方案：通过各种缓冲机制、加上高速互连总线以及更精致的总线结构来解决它

们之间传输速率的不匹配问题。

5.软件技术的兴起和发展

软件发展有以下几个特点。

①开发周期长；

②W作成本昂贵；

③检测软件产品质量的特殊性。

二、计算机的应用

1.科学计算和数据处理

(1)科学计算

科学计算的特点是计算量大和数值变化范围大。

(2)数据处理

大量的数据信息，由计算机收集、存储、整理、检索、统计、修改、增删等，由此获得某种决策数据或趋势。

2.工业控制和实时控制

3.网络技术的应用

网络技术的基础是计算机技术与通信技术的结合，通常有：

①电子商务；

②网络教育；

③敏捷制造。

4.虚拟现实

5.办公自动化和管理信息系统

6.CAD/CAM/CIMS

8.多媒体技术

9.人工智能

2.2课后习题详解

1.通常，计算机的更新换代以什么为依据？

答：计算机的更新主要基于构成计算机基本电路的组件。元件正朝着小尺寸，低能耗和高可靠性的方向发展，

如电子管，晶体管，集成电路等。

电子管计算机：第一代电子管计算机（ENIAC）采用十进制运算，其电路结构非常复杂。它使用超过18,000

个电子管。它消耗150千瓦的电力，体积庞大，重量为30吨，不仅占地1500平方英尺，而且还需要手动移动开

关，拔出并插入电缆进行编程。虽然它使用起来非常不方便，但它比任何机械计算机都要快得多，每秒可以运行

超过5000次加法运算。

晶体管计算机:与电子管机701（1952年）相比,晶体管机7094（1964年）的主存储器容量从2K增加到

32K字；储存周期从30us减少到L4us;指令操作码的数量从24上升到185;并且运算速度从每秒10,000次增

加到每秒500,000次。7094机还使用数据通道和多路转换器等新技术。

集成电路计算机：尽管用晶体管替换电子管为电子计算机带来了崭新的面貌，但随着对计算机性能的不断追

求，新计算机中的晶体管数量已从大约10,000个增加到数十万个c人们需要将晶体管，电阻器.电容器元件焊

接到电路板上，然后各个电路板通过导线连接形成计算机。其复杂的工艺不仅严重影响制造计轴L的生产效率，

而且还使计算机工作的可靠性降低，因为数十万个部件产生了数百万个焊点。计算机的数据存储，数据处理，数

据传输和各种控制功能基本上由具有布尔逻辑功能的各种门电路完成，并且大量门电路由晶体管，电阻器，电容

器等构成。因此，当集成电路制造技术诞生后，可以使用光刻技术，将晶体管，电阻器和电容器组成的单个电路

在非常小的硅晶片上制造。这乂一次的使计算机的体积大大减小，功耗大大降低，计算机的可靠性也得到了很大

提高。

2.举例说明专用计算机和通用计算机的区别。

答：根据计算机的效率，速度，价格，经济性和实用性，计算机可分为通用计算机和专用计算机。

通用计算机：通用计算机的原型是IAS的总体结构。图2T是1AS计算机的总体结构示意图。通用计算机具

有很强的适应性，一般的场合都可以运行通用计算机。然而，通用计算机在处理信息方面的速度和效率非常低，

并且通用计算机的经济效益相对较低。

专用计算机：专用计算机针对专门的应用领域而设计，以满足而性能，低成本和低功耗的要求。它是最高效，

最经济，最快速的计算机。无论是从设计方法还是组件的选择，它都是针对特定需求的，因此专用计算机的适应

性和可移植性非常差。

图2-1IAS计算机结两

3.什么是摩尔定律?该定律是否永远生效?为什么？

答：摩尔定律是由Intel公司创始人之一GordonMoore提出的。摩尔定律指出，微芯片上的集成晶体管数量

每三年增加为原来的四倍。

摩尔定律不会永远起作用：由于物理极限的限制（VLSI晶体管的线宽约为0.05um量级），当计算机微芯片

上的集成晶体管数量达到极限时，晶体管的数量将不再每三年翻两番。因此，摩尔定律不可能永远有效。

4.举3个实例，说明网络技术的应用。

答：网络技术是通信技术和计算机技术的结合，目前正在形成一个新的全球互联网，网络技术应用的例子如

下：

（1）电子商务：任何组织都可以利用Internet改变与客户，供应商，业务合作伙伴和内部员工的沟通，也

可以籽其视为消费者、销售者和结算部门之间利用Internet完成商品采购和支付的过程。

(2)网络教育：学生受教可以通过网络进行，不受时间，空间和地域的限制，到达世界的每个角落，建立

真正开放的虚拟学校。每个学生都可以随时随地通过网络自由学习。无论学生是富人还是穷人，他们都可以“倾

听”一流教师的指导，他们可以咨询世界上最权威的专家，他们可以从世界任何角落获取最新的信息和资料.

(3)敏捷制造：由两部分组成：密接制造的基础结构和敏捷制造的虚拟企业。前者为虚拟企业的形成提供

了环境和条件，而后者则迅速应对市场中不可预测的变化。当市场机会出现时，由敏捷制造基础结构组成的虚拟

企业通过互联网联系几个具备核心资格的组织者。它们通过国家法律和相互的合同形成虚拟企业c企业不需要集

中办公空间和固定的组织结构，仅仅通过网络完全实现产品的技术设计，制造，在线销售和在线服务，充分发挥

各自优势，以最佳组合，最低成本实现利润最大化。这种虚拟企业是在敏捷制造基础结构环境下形成的独立的、

实体性的、社会性的团体。与此同时，它也是一个动态的联盟。他们可以根据市场的变化和要求解散原有的虚拟

企业，并与新的合作伙伴形成新的虚拟企业。

5.举例说明人工智能方面的应用有哪些？

答：人工智能是一项专门研究如何使计算机模拟人类智能的技术，其应用实例如下：

(1)模式识别是指对一些感兴趣对象的定量或结构的描述，以及自动生成技术的研究，其中计算机自动将

要识别的模式分配给它们各自的模式类。从该技术派生的图像处理技术和图像识别技术已被广泛使用。

(2)文字/语言识别和语言翻译是指计算机进行文字和语言的翻译。例如，手写计算机输入系统已被广泛使

用，并且语音输入计算机的软件已开始在市场上出现。

(3)专家系统是利用计算机构成存储量极大的知识库。它以数据的形式将各种专家的丰富知识和经验存储

在知识库中，并使用专用软件根据他们的查询要求为用户提供所需的答案。该系统已广泛应用于医疗、工程、军

事、法律等领域，尤其是Internet的兴起，可构成远程虚拟医疗、虚拟课堂、虚拟考试等。

(4)机器人也是人」二智能领域的重要应用，通常人们会让机器人做重复性的工作，特别是在一些不适合人

们工作的劳动场所，机器人的应用尤为重要。例如，海底探索，人类在海底的时间非常有限，但是机器人探索海

底会方便得多。机器人可以配备一个摄像头来模拟眼睛，一个双声道的声音接收器模拟耳朵，以及一个合适的机

械设备，使它能够移动，触摸，承受各种信息并将其直接传输到计算机处理，使其可以模仿人类完成海底检测。

6.举例说明哪些计算机的应用需采用多媒体技术。

答：多媒体技术是计算机技术与视频，音频和通信等技术结合的产物。它是用来实现人和计算机交互地对各

种媒体(如文字、图形、影像、音频、视频、动画等)进行采集、传输、转换、编辑、存储、管理，并由计算机

综合处理为文字、图形、动画、音响、影像等视听信息而有机合成的新媒体。因此，它可以将之前只能体现或保

存一种媒体的设备或手段转换为计算机集成。多媒体技术可以将声音，文本和图片合成后接着集成到计算机中。

使用计算机，可以产生和创建新的多媒体信息，例如合成音乐，电子动画等。它不仅使社会更加丰富多彩，生活

更加美好，而且对政治，经济，军事，工业，环境等都产生了巨大的影响。以下计算机应用需要使用多媒体技术：

飞行仿真训练系统、虚拟演播室、网上银行等都离不开多媒体技术。

7.设想一下计算机的未来。

答：自1946年ENIAC问世以来，计算机技术的进步促进了计算机在过去60年的发展和广泛应用，使计算

机在人类活动的各个领域都占有极其重要的地位。从超级巨型机到心脏起搏器，从电话网络到汽车的汽化器无处

不在。它们几乎可以填补甚至取代各种信息处理器，成为人类最坚强有力的助手。

未来人类社会中的几乎所有知识和信息都将被整合到计算机空间中，任何人都可以随时随地通过网络在线访

问所有知识和信息。计算机空间将会为崭新的信息方式、娱乐方式和教育方式提供基础，并会提供新层次的个人

服务和健康保健。随着超级智能机的出现，开展了价格低廉，使用方便，体积更小，形状多变，人性化的计算机

的研究和应用。光计算机使用光子代替电子进行计算和存储，并使用不同波长的光来表示不同的数据，这可以快

速完成复杂的计算。DNA(脱氧核糖核酸)生物计算机通过控制DNA分子之间的生化反应来完成计算。与此同

时，量子计算机的前景尤为光明。量子这种常人难以理解的特性，使得具有5000个量子位的量子计算机能在约

30s内解决传统硅芯片超级计算机要在100亿年才能解决的大数因子分解问题。

将来，每个波长携带几GB的光纤将广泛用于家庭用户，并且带宽在那时不会成为问题。计算机网络将更好

地服务于电话，视频电话，电视，网络访问，安全监控，家庭能源管理和其他设备。

2.3考研真题详解

木章内容不是考试重点，所以基木上没有学校的考研试题涉及到木章内容V因此，读者可以简单了解，不必

作为复习重点，本部分也就没有选用考研真题。

第2篇计算机系统的硬件结构

第3章系统总线

3.1复习笔记

一、总线的基本概念

总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。倘若将CPU、主存和I/O设备都挂到一组总

线上，便形成单总线结构的计算机。

在单总线基础上又开辟出的一条CPU与主存之间的存储总线，称为双总线结构，如图3-1所示。

系统总线

图3-1以存储器为中心的双总线结构框图

二、总线的分类

1.片内总线

片内总线是指芯片内部的总线。

2.系统总线

系统总线是指CPU、主存、I/O设备各大部件之间传输线。按系统总线传输信息的不同，又可分为三类：数

据总线、地址总线和控制总线。

3.通信总线

这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信。

三、总线特性及性能指标

1.总线特性

①特性

机械特性是指总线在机械连接方式上的一些性能。

②电气特性

电气特性是指总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围。

③功能特性

功能特性是指总线中每根传输线的功能。

④时间特性

时间特性是指总线中的任一根线在什么时间内有效。

2.总线性能指标

总线性能指标如表3-1所示。

表3-1总线性能指标

总线宽度通常是指数据总线的根数

总线带宽总线带宽可理解为总线的数据传输速率

时钟同步/异步总线上的数据与时钟同步(异步)工作的总线称为同步(异步)总线

总线复用一条信号线上分时传送多种信号

信号线数地址总线、数据总线利控制总线三种总线数的总和

总线控制方式包括突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等

其他指标如负载能力、电源电压、总线宽度能否扩展等

3.总线标准

对硬件设计而言，使各个模块的接口芯片设计相对独立；对软件设计而言，更有利丁接口软件的模块化设计。

B前流行的总线标准有以下几种：

(l)ISA总线

(2)E1SA总线

(3)VESA(VL-BUS)总线

(4)PCI总线

(5)AGP总线

(6)RS-232c总线

(7)USB总线

四、总线结构

1.单总线结构

这种结构简单，也便于扩充，但所有的传输都通过这组共享总线，因此极易形成计算机系统的瓶颈。它也不

允许两个以上的部件在同一时刻向总线传输信息，这就必然会影响系统工作效率的提高。如图3-2所示。

系统总线

2.多总线结构

双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构。而

在三总线结构中，任一时刻只能使用一种总线。主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取，I/O总线只有

在CPU执行I/O指令的时候才能用到。为进一步提高I/O设备性能，使其更快响应命令，出现了四总线结构，

如图3-3所示。

匚存

CPUCache/桥

局部总线系统总线

FAX串行接口

扩展总线

图3-3四总线结构

五、总线控制

L总线判优控制

(1)链式查询方式

为减少总线授权线数量，采用菊花链查询方式，其中A表示地址线，D表示数据线。BS线为1表示总线正

被某外设使用，如图3-4所示。

总

线

仲

裁

设备接口

器

①工作过程

链式查询中，总线授权信号BG串行地从一个I/O接口传送到下一个I/O接口。假如BG到达的接口无总线

请求，则继续往下查询；假如BG到达的接口有总线请求，BG信号便不再往下查询，这意味着该I/O接口就获

得了总线控制权。由此可见，离总线仲裁器越远，优先级越低。

②优缺点

优点：结构简单，只需较少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁；

缺点：对电路故隙很敏感，并且高优先级的设备频繁请求时，低优先级的设备可能长期不能使用总线。

(2)计数器定时杳询方式

计数器定时查询方式原理如图3-5所示。

数据线

.D

线

地址

总=>A

线

地址

仲设备

裁BS

器BR

接口

设备

接口

设备

接口

设备

n

1

方式

查询

定时

数器

-5计

图3

：