计算机系统结构答案

### 计算机系统结构知识点解析 #### 一、总线控制方式的优缺点及通讯可靠性分析 在《计算机系统结构》清华第二版教材中，针对三种常见的总线控制方式——集中式串行链接、定时查询和独立请求，进行了详细的比较分析。下面将对这三种总线控制方式的特点及在硬件故障时对通讯可靠性的影响进行深入探讨。 **1. 集中式串行链接** - **优点**： - 简单：实现较为简单，硬件成本较低。 - 易于实现：适用于小型系统或简单设备间的连接。 - **缺点**： - 可靠性差：一旦“总线可用”线出现故障，后续的部件将无法正常请求使用总线，导致系统瘫痪。 - 扩展性差：随着设备数量增加，效率下降明显。 - **通讯可靠性分析**： - 当“总线可用”线出现断路或碰地等故障时，后续部件的请求无法得到响应，系统整体可能陷入瘫痪状态。可以通过设置冗余线路来提高可靠性。 **2. 定时查询** - **优点**： - 可靠性较高：即使某个部件出现故障，也不会影响其他部件的查询，确保了系统的稳定性。 - 灵活性较好：支持更多的设备接入，扩展性强。 - **缺点**： - 效率相对较低：查询每个部件都需要一定的时间，尤其是在设备较多的情况下。 - **通讯可靠性分析**： - 总线控制器通过计数的方式查询各个部件，即使遇到故障部件，也能继续查询下一个部件，避免了系统整体瘫痪的风险。 **3. 独立请求** - **优点**： - 高效：每个部件都可以独立请求总线使用权，减少了等待时间。 - 可靠性高：能够通过软件或硬件措施屏蔽故障部件，不影响其他部件的正常使用。 - **缺点**： - 成本较高：每个部件都需要独立的请求线路，增加了硬件成本。 - 复杂度增加：管理和调度更加复杂。 - **通讯可靠性分析**： - 即使某个部件发生故障，也不会影响其他部件的正常工作，保证了系统的稳定性和可靠性。 #### 二、中断处理次序分析 **问题**：假设中断级屏蔽位“1”代表开放，“0”代表屏蔽，根据表3.1所示的各级中断处理程序的中断级屏蔽位设置情况，分析以下两个问题： 1. 当中断响应优先次序为l→2→3→4时，中断处理的实际次序是什么？ 2. 如果所有中断处理都需要3个单位时间，且中断响应和中断返回时间相对于中断处理时间来说非常短。当机器正在运行用户程序时，同时收到第2、3级中断请求；经过两个单位时间后，又同时收到第1、4级中断请求，请绘制出程序运行过程示意图。 **解答**： 1. **中断处理次序**： - 根据表3.1中的中断级屏蔽位设置情况，可以得出以下结论： - 中断1处理程序屏蔽了所有级别，因此它总是优先处理。 - 中断2处理程序开放了第1和第4级中断，因此它可以被第1级和第4级中断打断。 - 中断3处理程序只开放了第1级中断，因此只能被第1级中断打断。 - 中断4处理程序开放了第1和第3级中断，因此它可以被第1级和第3级中断打断。 - 因此，当中断响应优先次序为l→2→3→4时，中断处理的实际次序遵循以下规则： - 中断1始终最先处理。 - 中断2可以在第1级中断完成后处理，除非在处理过程中再次受到第1级或第4级中断。 - 中断3可以在第1级中断完成后处理，但不受第2级或第4级中断的影响。 - 中断4可以在第1级或第3级中断完成后处理。 2. **程序运行过程示意图**： - **初始状态**：用户程序正在运行。 - **T=0**：第2、3级中断请求到达，由于第1级中断未被触发，中断2处理程序开始执行（中断3被屏蔽）。 - **T=1**：中断2处理程序仍在执行。 - **T=2**：中断2处理程序完成，此时第1、4级中断请求到达，中断1处理程序开始执行。 - **T=3**：中断1处理程序仍在执行。 - **T=4**：中断1处理程序完成，此时中断3处理程序开始执行。 - **T=5**：中断3处理程序完成，中断4处理程序开始执行。 - **T=6**：中断4处理程序完成，用户程序恢复执行。 通过对集中式串行链接、定时查询和独立请求三种总线控制方式的对比分析，我们可以清楚地了解它们各自的优缺点以及在硬件故障时对通讯可靠性的影响。此外，通过分析不同级别的中断请求以及它们之间的关系，我们还可以深入了解中断处理的机制及其对系统性能的影响。这些知识点对于深入理解计算机系统结构具有重要意义。