#计组章节测 04：总线 与 输入输出系统

覆盖《总线》《输入输出系统》两章（计组收官两章），共 27 题（第 1-23 题选择，第 24-27 题大题），全部为模拟题。限时 60 分钟，先做后看答案。做错的题请登记到错题本。知识点回顾见总线与输入输出系统。

第 1 题 关于总线的"分时"与"共享"特性，下列说法正确的是（ ）。 A. 同一时刻可以有多个部件向总线发送信息 B. 同一时刻只允许一个部件发送信息，但多个部件可以同时接收 C. 同一时刻只允许一个部件接收信息 D. 发送与接收都必须逐个串行进行

第 2 题 系统总线中，数据总线、地址总线的方向特点分别是（ ）。 A. 数据总线双向，地址总线单向（由 CPU 发出） B. 数据总线单向，地址总线双向 C. 两者均双向 D. 两者均单向

第 3 题 某机按字节编址，地址总线宽度为 32 位，数据总线宽度为 64 位。该系统最大寻址空间与一次总线传输数据量分别为（ ）。 A. 4 GB、8 B B. 4 GB、4 B C. 8 GB、8 B D. 2 GB、8 B

第 4 题 某总线工作频率 33 MHz，每个时钟周期传输一次，每次并行传送 32 位数据，总线带宽为（ ）。 A. 33 MB/s B. 66 MB/s C. 132 MB/s D. 264 MB/s

第 5 题 某同步总线时钟频率 400 MHz，每次总线传输需 2 个时钟周期完成（含地址期），数据线 64 位。有效数据传输率约为（ ）。 A. 3200 MB/s B. 1600 MB/s C. 800 MB/s D. 400 MB/s

第 6 题 链式查询方式下，总线优先级的高低取决于（ ）。 A. 设备编号大小 B. 设备的传输速度 C. 设备离总线仲裁器的物理距离 D. 设备发出请求的先后

第 7 题 某系统采用计数器定时查询仲裁，接有 16 个设备。除总线请求线和总线忙线外，还需设备地址线（ ）根。 A. 16 B. 5 C. 4 D. 3

第 8 题 要求总线仲裁优先级可以由程序灵活改变、响应速度最快，应采用（ ）。 A. 链式查询 B. 计数器定时查询 C. 独立请求方式 D. 分布式仲裁

第 9 题 关于计数器定时查询方式，下列说法错误的是（ ）。 A. 计数从 0 开始时优先级固定，类似链式查询 B. 计数从上次终止点开始可实现循环优先级，避免低优先级设备饿死 C. 其查询速度慢于链式查询 D. 其控制线数多于链式查询

第 10 题 分布式仲裁的主要特点是（ ）。 A. 由一个中央仲裁器集中排队 B. 每个模块都有自己的仲裁器和仲裁号，通过共同仲裁线竞争 C. 只适用于两个设备的总线系统 D. 各设备按物理距离确定优先级

第 11 题 下列最适合采用同步定时方式的总线场景是（ ）。 A. 总线较长、设备速度差异大 B. 总线较短、各设备存取时间接近 C. 连接远距离串行外设 D. 设备速度差异大且需要握手确认

第 12 题 全互锁异步方式中，从设备撤销回答信号的条件是（ ）。 A. 固定延时结束 B. 发出数据之后 C. 主设备撤销请求信号之后 D. 收到主设备新的请求

第 13 题 半互锁与不互锁方式相比，"半"体现在（ ）。 A. 主设备撤销请求需等回答信号，从设备撤销回答仍按固定延时 B. 从设备撤销回答需等主设备确认，主设备按固定延时撤销请求 C. 双方各等待对方一半时间 D. 只允许半数设备使用总线

第 14 题 半同步定时方式与分离事务方式的共同点、本质区别是（ ）。 A. 都有统一时钟；前者插入等待周期但不释放总线，后者准备期间释放总线 B. 都没有统一时钟；前者释放总线，后者不释放 C. 都释放总线；前者靠握手，后者靠时钟 D. 两者无共同点

第 15 题 关于总线标准，下列说法错误的是（ ）。 A. PCIe 采用串行、点对点差分传输，可按 lane 数扩展带宽 B. USB 是串行总线，支持热插拔和 hub 级联扩展 C. SATA 由 IDE（PATA）演化而来，由并行改为串行 D. PCI 与 CPU 之间直接相连，无需任何桥接

第 16 题 某机采用统一编址（存储器映射 I/O），下列说法正确的是（ ）。 A. 必须设置专门的 IN/OUT 指令访问端口 B. 可用普通访存指令访问端口，但端口占用主存地址空间 C. I/O 端口地址与主存地址相互独立 D. 端口地址译码比独立编址更快

第 17 题 I/O 接口中，能被 CPU 直接访问的寄存器称为（ ）；接口中匹配 CPU 与外设速度差异的关键部件是（ ）。 A. 端口；数据缓冲寄存器 B. 接口；地址译码器 C. 端口；地址译码器 D. 接口；数据缓冲寄存器

第 18 题 某外设准备一个数据需 50 μs，CPU 查询并传送一个数据需 2 μs（含查询与传送的全部 CPU 介入时间）。程序查询方式下 CPU 的利用效率约为（ ）。 A. 100% B. 50% C. 4% D. 2%

第 19 题 CPU 响应外部中断请求的时间点通常是（ ）。 A. 任意时钟周期结束 B. 一条指令执行完毕（指令周期结束） C. 一个机器周期内的任意时刻 D. 取指令周期结束

第 20 题 下列由中断隐指令（硬件自动）完成的是（ ）。 ① 关中断 ② 保存断点 ③ 引出中断服务程序入口 ④ 保护通用寄存器 ⑤ 执行设备服务 A. ①②③ B. ①②④ C. ②③⑤ D. ①④⑤

第 21 题 关于中断屏蔽字，下列说法错误的是（ ）。 A. 屏蔽字中对应自身的位必须为 1 B. 屏蔽字中 1 的个数越多，该中断源的处理优先级越低 C. 处理优先级可通过修改屏蔽字动态调整 D. 响应优先级由硬件排队器决定，不能通过屏蔽字改变

第 22 题 DMA 方式中，"周期挪用"在 DMA 与 CPU 同时申请访存时，通常（ ）。 A. DMA 优先，CPU 等待 B. CPU 优先，DMA 等待 C. 随机仲裁 D. 先申请者优先

第 23 题 关于 DMA 与程序中断的比较，下列说法错误的是（ ）。 A. DMA 的数据传送不经过 CPU，主存与外设直接交换 B. DMA 传送前的初始化和传送结束的处理仍需 CPU（通过程序/中断）完成 C. DMA 请求的响应发生在一条指令执行结束，与中断相同 D. 高速大批量数据传送适合 DMA，慢速字符设备适合程序中断

第 24 题（大题·屏蔽字设计） 某机 4 个中断源 L1、L2、L3、L4，响应优先级 L1 > L2 > L3 > L4。现要求处理次序为 L1 > L3 > L4 > L2。屏蔽字从左到右依次对应 L1、L2、L3、L4，1 表示屏蔽。（1）写出 4 个中断源服务程序的屏蔽字；（2）验证：L1 的服务程序执行期间，哪些中断请求能将其打断？

第 25 题（大题·中断响应次序推演） 承第 24 题。CPU 执行主程序时，L2、L4 同时发出请求；随后（各事件间隔足够长，且每次服务程序执行中都已开中断）L3 发出请求；再随后 L1 发出请求。给出每个中断源实际完成服务的先后次序，并写出推演过程。

第 26 题（大题·DMA 分析） 磁盘接口采用 DMA 方式传送数据，按"周期挪用"方式工作，主存存储周期 200 ns，每挪用一个存储周期传送 4 B。磁盘以 2 MB/s 的持续速率产生数据。（1）每秒需挪用多少个存储周期？（2）DMA 传送占用主存时间的比例是多少？（3）简述一批数据传送结束时 DMAC 如何通知 CPU。

第 27 题（大题·总线带宽综合） 某同步总线时钟频率 100 MHz，地址线 30 根（按字节编址），数据线 64 根。（1）最大可寻址空间为多少？（2）若每个时钟周期可完成一次传输，总线带宽是多少？（3）若改为每 4 个时钟周期完成一次传输，带宽降为多少？

#答案与解析

第 1 题 答案：B

• 考点标签：总线定义与分时共享特性
• 难度：易
• 解析：总线分时——同一时刻仅一个发送者（避免信号冲突）；共享——多个部件可同时接收。
• 错因提醒：把"共享"理解为"可同时发送"是典型概念错误。

第 2 题 答案：A

• 考点标签：系统总线三类信号线
• 难度：易
• 解析：数据要读要写故双向；地址总由主设备（CPU）发出故单向。
• 错因提醒：认为"读地址也要从主存送回来"——地址是命令不是数据。

第 3 题 答案：A

• 考点标签：地址线寻址范围与数据线宽度
• 难度：易
• 解析：32 位地址按字节编址可寻址 $2^{32}$ B = 4 GB；64 位数据线一次传 8 B。
• 错因提醒：把数据线宽度也算进寻址范围。

第 4 题 答案：C

• 考点标签：总线带宽计算
• 难度：易
• 解析：$\frac{33\text{M} \times 32}{8}\ \text{B/s} = 132\text{ MB/s}$。
• 错因提醒：忘记除以 8（bit 转 Byte）。

第 5 题 答案：B

• 考点标签：总线带宽计算（含传输占用周期数）
• 难度：中
• 解析：每 2 个周期传 8 B：$\frac{400\text{M} \times 8}{2}\ \text{B/s} = 1600\text{ MB/s}$。
• 错因提醒：漏除"每 2 个时钟周期完成一次传输"中的 2，误选 A。

第 6 题 答案：C

• 考点标签：链式查询方式优先级
• 难度：易
• 解析：BG 信号从仲裁器逐级下传，物理上离仲裁器越近优先级越高。
• 错因提醒：按"设备号"或"先来先服务"理解成软件排队。

第 7 题 答案：C

• 考点标签：计数器定时查询控制线数
• 难度：易
• 解析：$\lceil \log_2 16 \rceil = 4$ 根设备地址线，另有 BR、BS 各 1 根（题目已排除）。
• 错因提醒：控制线总数公式是 $\lceil \log_2 n \rceil + 2$，本题问的只是地址线部分。

第 8 题 答案：C

• 考点标签：三种集中式仲裁对比
• 难度：中
• 解析：独立请求方式每台设备一对 BR/BG 线，仲裁器内排队电路可编程改变优先级，且无需逐个查询，响应最快。
• 错因提醒：被"分布式仲裁也能竞争"迷惑——分布式无中央仲裁器，但题目要求"程序灵活改变优先级 + 最快响应"是独立请求的标志。

第 9 题 答案：C

• 考点标签：计数器定时查询特性
• 难度：中
• 解析：C 错误。计数器定时查询通过计数广播直接命中设备，速度快于链式查询的逐级传递。A、B、D 均正确。
• 错因提醒：把链式查询"逐级传递慢"的特点错安到计数器查询上。

第 10 题 答案：B

• 考点标签：分布式仲裁概念
• 难度：中
• 解析：分布式仲裁无中央仲裁器，各模块带仲裁号在共同仲裁线上逐位竞争，胜者占用总线。
• 错因提醒：以为没有中央仲裁器就无法确定优先级——竞争机制本身就决定了优先级。

第 11 题 答案：B

• 考点标签：同步定时适用场景
• 难度：易
• 解析：同步方式按统一时钟节拍工作，迁就最慢设备，适合总线短、设备速度接近的场景；A、D 是异步的场合，C 是远距离串行（异步）。
• 错因提醒：设备速度差异大时用同步会被慢设备拖垮。

第 12 题 答案：C

• 考点标签：全互锁握手时序
• 难度：中
• 解析：全互锁：主设备收到回答才撤销请求 → 从设备发现请求撤销才撤销回答 → 主设备发现回答撤销才撤销（或结束）。从设备撤销回答以"请求已撤销"为前提。
• 错因提醒：把主、从设备两侧的撤销条件对调（那是"半互锁"的错记）。

第 13 题 答案：A

• 考点标签：半互锁方式定义
• 难度：中
• 解析："半"= 主设备侧互锁（等回答才撤请求），从设备侧不互锁（回答按固定延时撤销）。
• 错因提醒：B 选项是把两侧对调的镜像陷阱。

第 14 题 答案：A

• 考点标签：半同步与分离事务对比
• 难度：中
• 解析：两者都可基于统一时钟；半同步靠 WAIT 信号插入等待周期、总线不放手；分离事务在从设备准备数据期间释放总线给其他设备。
• 错因提醒：认为"插入等待周期也是释放总线"——等待期间主设备仍占用总线。

第 15 题 答案：D

• 考点标签：总线标准（了解层次）
• 难度：中
• 解析：D 错误。PCI 是局部总线，经桥芯片与 CPU 相连（主机桥/南桥），并非直接相连。A、B、C 均正确。
• 错因提醒：PCIe 串行点对点、USB 串行、PATA→SATA 并转串是三个常考判断点。

第 16 题 答案：B

• 考点标签：统一编址与独立编址
• 难度：易
• 解析：统一编址：端口占用主存地址空间，用访存指令访问，无需专用 I/O 指令。
• 错因提醒：A 是独立编址特征；D 正相反——统一编址地址位数多、译码更慢。

第 17 题 答案：A

• 考点标签：I/O 接口结构与端口概念
• 难度：中
• 解析：端口 = 接口中可被 CPU 直接访问的寄存器；速度匹配靠数据缓冲寄存器。
• 错因提醒："接口"是整块电路，"端口"是其中寄存器，两者混用是常见审题失误。

第 18 题 答案：C

• 考点标签：程序查询方式 CPU 利用率
• 难度：中
• 解析：$\eta = \frac{2}{50 + 2} \approx 3.8\% \approx 4\%$。
• 错因提醒：误用 $\frac{2}{50} = 4\%$ 恰好同答案；更典型错误是算成 $\frac{50}{52}$（把等待当有效时间）。

第 19 题 答案：B

• 考点标签：中断响应时间
• 难度：易
• 解析：外中断在每条指令执行周期结束时检测请求线并响应。
• 错因提醒：D 选项"取指令周期结束"是干扰——检测发生在整条指令执行完毕，不是取指后。

第 20 题 答案：A

• 考点标签：中断隐指令三件事
• 难度：易
• 解析：隐指令 = 关中断、保存断点、引出服务程序入口；保护现场与设备服务是服务程序（软件）职责。
• 错因提醒：④保护通用寄存器是软件干的，最容易误归给硬件。

第 21 题 答案：B

• 考点标签：中断屏蔽字规则
• 难度：中
• 解析：B 错误。1 越多屏蔽的源越多，自己越难被打断，处理优先级越高。A、C、D 均正确。
• 错因提醒：对角线（自身位）必为 1，检查屏蔽字正误先看对角线。

第 22 题 答案：B

• 考点标签：周期挪用冲突规则
• 难度：易
• 解析：同时申请时 CPU 优先，DMA 等待当前访存结束再挪用，保证 CPU 不停顿。
• 错因提醒：凭"DMA 快所以优先"的直觉误选 A。

第 23 题 答案：C

• 考点标签：DMA 与中断对比
• 难度：中
• 解析：C 错误。DMA 响应发生在存储周期（总线周期）结束，比中断（指令结束）更及时。
• 错因提醒：DMA 结束处理仍靠中断通知（B 正确），别认为"DMA 全程无中断"。

第 24 题 答案与解析

• 考点标签：屏蔽字设计
• 难度：中
• （1）规则：放行处理优先级高于自己的源（0），屏蔽自己与低于自己的源（1）。处理次序 L1 > L3 > L4 > L2：
  • L1（最高）：1111
  • L3：放行 L1，屏蔽 L3、L4、L2 → 1011
  • L4：放行 L1、L3，屏蔽 L4、L2 → 1001
  • L2（最低）：只屏蔽自己 → 0001
• （2）L1 屏蔽字 1111 屏蔽包括自己在内的全部中断源，故 L1 服务程序执行期间没有任何中断请求能将其打断。
• 错因提醒：L3 的位序是（L1,L2,L3,L4），屏 L2 不屏 L3 的对立面要逐位核对；最常见的错是漏屏"低于自己的源"或把自己的位置 0。

第 25 题 答案与解析

• 考点标签：中断响应次序推演（响应优先级 vs 处理优先级）
• 难度：难
• 推演（打断与否只看当前正在执行的服务程序的屏蔽字）：
  1. 主程序中 L2、L4 同时请求：响应优先级 L2 > L4，先响应 L2，执行 L2 服务程序（屏蔽字 0001，仅屏蔽自身）
  2. L4 处理优先级高于 L2，立即打断 L2 → 执行 L4 服务程序（1001，屏蔽 L2、L4）
  3. L3 到达：L4 的屏蔽字放行 L3（位 L3 = 0），L3 打断 L4 → 执行 L3 服务程序（1011，屏蔽 L2、L3、L4）
  4. L1 到达：L3 的屏蔽字放行 L1，L1 打断 L3 → 执行 L1 服务程序（1111），完成后返回 L3
  5. 逐级返回：L3 完成 → 返回 L4 → L4 完成 → 返回 L2 → L2 完成 → 返回主程序
• 最终完成次序：L1 → L3 → L4 → L2（恰好等于处理优先级从高到低）。
• 错因提醒：第一步用响应优先级（L2 先被响应）没问题，但之后每次能否打断要看当前服务程序的屏蔽字；若误用响应优先级判断嵌套，会错推成 L1 → L2 → L3 → L4。

第 26 题 答案与解析

• 考点标签：DMA 周期挪用定量分析
• 难度：中
• （1）每秒数据量 $\frac{2\text{ MB}}{4\text{ B}} = 524288 \approx 5.24\times10^{5}$ 次挪用，即每秒需挪用约 $5.24 \times 10^{5}$ 个存储周期。
• （2）占用主存时间 $5.24 \times 10^{5} \times 200\text{ ns} \approx 104.9\text{ ms}$，占比约 10.5%。
• （3）字计数器 WC 计数到 0（溢出）时，DMAC 的中断机构向 CPU 发出中断请求，CPU 执行中断服务程序做结束处理（校验数据、释放缓冲区等）。
• 错因提醒：第三问答"DMAC 直接通知 CPU 寄存器"不规范——结束通知的标准机制是中断；另注意 MB/s 按 $10^6$ 口径。

第 27 题 答案与解析

• 考点标签：总线寻址范围与带宽综合计算
• 难度：中
• （1）30 根地址线按字节编址：$2^{30}$ B = 1 GB。
• （2）每周期传 64 位 = 8 B：$100\text{M} \times 8\ \text{B/s} = 800\text{ MB/s}$。
• （3）每 4 个周期传 8 B：$\frac{100\text{M} \times 8}{4}\ \text{B/s} = 200\text{ MB/s}$。
• 错因提醒：（2）（3）两问的比值关系（4 倍）常被算成 2 倍；地址线与数据线的作用不要互串。