计算机总线结构分析：单总线与双总线的优缺点

"《计算机组成原理》习题答案解析，涉及计算机系统结构、总线设计、性能评估等多个方面的知识。" 计算机系统采用总线结构的原因在于，总线能有效地连接CPU、主存储器以及输入输出设备，使得信息传输更为便捷。在总线结构中，地址信息、数据信息和控制信息通过同一公共通路交换，降低了硬件复杂性，提高了系统灵活性，便于系统扩展。 单总线结构简单易扩展，但存在一些缺点。例如，统一编址可能导致主存地址空间减少，不同速度设备共用总线会限制高速设备性能的发挥，总线的分时使用导致通信速度变慢，以及系统总线负载过重，影响系统整体性能。 相比之下，双总线结构在单总线基础上增加了一条高速的存储总线，这样CPU与主存储器之间的通信不再受其他设备影响，保持了单总线结构易于扩展的优点，同时提高了数据传输速率。 总线的信息传送方式主要包括串行传输和并行传输。串行传输是一次传输一位，而并行传输则同时传输多位，因此并行传输速度更快，但需要更宽的传输线路。 集中式总线控制方式下，确定总线使用权的优先级方法有多种，比如轮询、仲裁树结构等。轮询是按照预设顺序逐个分配总线使用权；仲裁树结构则是通过分布式仲裁器形成的树状结构来决定总线使用权，具有较高的效率。 突发传输模式是一种优化传输效率的方式，允许数据在满足一定条件的情况下连续传输，而不是每次传输单独的一位或一个字，从而减少总线的设置和等待时间，提高数据传输速度。 影响总线性能的因素包括总线带宽、总线时钟频率、总线宽度、传输协议以及总线仲裁机制等。其中，带宽决定了数据传输速率，时钟频率决定了数据传输的频率，总线宽度影响一次能传输的数据量，而传输协议和仲裁机制则影响到数据传输的效率和公平性。 此外，计算机组成原理还涉及许多其他知识点，如摩尔定律指出集成电路的发展趋势，主存是计算机中存放程序和数据的地方，控制器负责协调各个部件的工作，时钟周期是计算操作的基础时间单位。字长影响运算精度，存储容量关乎系统可存储信息的总量，CPI、MIPS是衡量处理器性能的指标，CPU时间反映任务执行所消耗的实际时间，计算机系统的层次结构从低到高包括微程序设计级、机器语言级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级。 基准测试程序用于评估计算机性能，软硬件功能等价性表明在完成特定功能上，硬件和软件可以互相替换。固件是介于硬件和软件之间的一种固化软件，以提高执行效率。可靠性、MTTF、MTTR和MTBF都是衡量系统稳定性和可用性的关键指标，可用性则表示系统在任意时刻能够正常工作的概率。