2017年上海交通大学生物医学工程学院408计算机学科专业基础综合[专业硕士]之计算机组成原理考研题库
● 摘要
一、简答题
1． 说明总线结构对计算机系统性能的影响。
【答案】总线结构对计算机系统的性能影响有以下四点：
（1）简化了硬件的设计。从硬件的角度看，面向总线是由总线接口代替了专门的
由总线规范给出了传输线或信号的规定，并对存储器、设备和
的规定，所以，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作插件等，将它们连入总线即可工作，而不必考虑总线的详细操作。
（2）简化了系统结构。整个系统结构清晰，连线少，底板连线可以印刷化。
（3）系统扩充性好。一是规模扩充，二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件；功能扩充 仅仅需要按总线标准设计一些新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充既简单又快速可靠，而且也便于查错。
（4）系统更新性能好。存储器、接口等都是按总线规约挂到总线上的，故只要总线设计恰当，可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，对系统进行更新，且这种更新只需更新需要更新 的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。
2． 为什么在页式虚拟存储器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址，而在段式虚拟 存储器地址变换时必须用段起址与段内偏移量相加才能得到物理地址？
【答案】由于物理页与虚拟页的页面大小相同，且为2的整数次幂，所以页式虚拟存储器地址变换时可以用物理 页号与页内偏移量直接拼接成物理地址。而段式虚拟存储器的各段大小不同，且段起始地址任意，所以必须用段 起址与段内偏移量相加才能得到物理地址。
3． 总线中三种桥的名称是什么? 它们的功能是什么？
【答案】（1）总线体系结构中的三种桥，即桥、总线桥、 桥。（2）桥连接两条总线，使彼此间相互通信。桥又是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到 另一条总线的地址空间上，从而使系统中的任意一个总线主设备都能看到通向的一份地址表。
4． 比较单总线、多总线结构的性能特点。
【答案】（1）单总线结构是通过一组总线连接整个计算机系统的各大功能部件，即各大部件之间的所有的信息传 送都通过这组总线。其结构如图1所示。优点是允许与内存之间直接交换信息，只需分配总线使用权，不需要
接口，如何挂在总线上都作了具体插件、存储器插件以及设备之间或设备干预信息的交换，即总线资源是由各大功能部件分时共享的。缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上，总线的负载很重，
可能使其吞量达到饱和甚至不能胜任的程度，故多为小型机 和微型机采用。
图1 单总线结构
（2）双总线结构有两条总线，一条是内存总线，用于
另一条是
构中，通道是计算机系统 中的一个独立部件，使
理器，故双总线通常在大、中型计算机中采用。
内存和通道之间进行数据传送；总线，用于多个外围设备与通道之间进行数据传送。其结构如图2所示。双总线结的效率大为提高，并可以实现形式多样且更为复杂的数据传送。优点是以增加通道这一设备为代价的，通道实际上是一台具有特殊功能的处
图2 双总线结构
（3）三总线结构在计算机系统各部件之间采用三条各自独立的总线来构成信息通路。这三条总线是：内存总线，
输入瑜出
于总线和直接存储器访问总线供总线，如图所示。内存总线用
和各类外设之间通讯用
；总和内存之间传送地址、数据的控制信息
；线使内存和高速外设之间直接传送数据。通常在三总线系统中，任一时刻只使用一种总线，但若使用多入口存储器，内存总线可与
系统总线的工作效率较低。
总线同时工作，此时三总线系统比单总线系统运行得更快。或内存间接传送，所以三总线但是三总线系统中，设备不能直接进行信息传送，而必须经过
图3 三总线结构
5． 在虚存实现过程中，有些页面会在内存与外存之间被频繁地换入和换出，使系统效率急剧下降。这种现 象称为颠簸。请解释产生颠簸的原因，并说明防止颠簸的办法。
【答案】产生颠簸的原因主要有：
（1）分配的页面数太少；
（2）替换策略不佳。
防止颠簸的办法：
（1）适当增加分配给用户程序的页面数；
（2）选取
或更好的替换策略。
二、分析题
6． 设一个按位编制的虚拟存储器，它可以满足1K 个任务的需要，但在一段较长的时间内一般只有四个任务在使用，故用容量为四行的相连存储器组硬件来缩短被变换的虚地址中的用户位数，每个任务的程序空间最大可达4096个页，每页为512字节，实主存容量为220位，设快表用CAM 存储器构成，行数为22, 快表的地址是经过散列技术形成的。为减少散列冲突，配有两套独立的相等比较器电路（这时快表的每行包含两个单元，各存放一个进行地址交换的表目）。请设计该地址变换机构：
（1）画出其虚实地址经快表变换的逻辑示意图；
（2）求相连存储器组中每个寄存器的相连比较位数；
（3）求散列变换硬件的输入位数和输出位数；
（4）求每个相等比较器的位数；
（5）求快表的总位数。
【答案】（1）虚拟地址分为3个字段，最左边的字段是虚页号，中间字段是高速缓存块号，最右边的字段是块内字地址。逻辑示意图如图所示。
图
（2）相连存储器组中每个寄存器的相连比较位数由总的任务数决定。有1K 个任务，那么相