微机原理总线.doc

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习题4
4.1 什么叫总线？总线如何进行分类？各类总线的特点和应用场合是什么？
【解答】总线是指计算机中多个部件之间公用的一组连线，由它构成系统插件间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。
（1）微处理器芯片总线：元件级总线，是在构成一块CPU插件或用微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线，常用于CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片等之间的信息传送。
（2）内总线：板极总线或系统总线，是微型计算机系统内连接各插件板的总线，用以实现微机系统与各种扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的总线，一般用于模板之间的连接。在微型计算机系统中，系统总线是主板上微处理器和外部设备之间进行通讯时所采用的数据通道。
（3）外部总线：通信总线，主要用于微机系统与微机系统之间或微机与外部设备、仪器仪表之间的通信，常用于设备级的互连。数据可以并行传输，也可以串行传输，数据传输速率低。
4.2 什么叫总线的裁决？总线分配的优先级技术有哪些？各自的特点是什么？
【解答】当总线上的某个部件要与另一个部件进行通信时，首先应该发出请求信号，有时会发生同一时刻总线上有多个请求信号的情况，就要根据一定的原则来确定占用总线的先后次序，这就是总线裁决。
（1） 并联优先权判别法
通过优先权裁决电路进行优先级别判断，每个部件一旦获得总线使用权后应立即发出一个“总线忙”的信号，表明总线正在被使用。当传送结束后释放总线。
（2） 串联优先级判别法
采用链式结构，把共享总线的各个部件按规定的优先级别链接在链路的不同位置上，位置越前面的部件，优先级别越高。
（3） 循环优先权判别法
类似于并联优先权判别法，只是动态分配优先权，原来的优先权编码器由一个更为复杂的电路代替，该电路把占用总线的优先权在发出总线请求的那些部件之间循环移动，从而使每个总线部件使用总线的机会相同。
4.3 总线数据的传送方式有哪些？各自有何特点？
【解答】
（1）串行传送方式
只使用一条传输线，在传输线上按顺序传送信息的所有二进制位的脉冲信号，每次一位。适于长距离传输。
（2）并行传送方式
信息由多少个二进制位组成，机器就需要有多少条传输线，从而让二进制信息在不同的线上同时进行传送。
（3）并串行传送方式
是并行传送方式与串行传送方式的结合。传送信息时，如果一个数据字由两个字节组成，那么传送一个字节时采用并行方式，而字节之间采用串行方式。
4.4 在微型机系统中采用标准总线的好处有哪些？
【解答】标准总线不仅在电气上规定了各种信号的标准电平、负载能力和定时关系，而且在结构上规定了插件的尺寸规格和各引脚的定义。通过严格的电气和结构规定，各种模块可实现标准连接。各生产厂家可以根据这些标准规范生产各种插件或系统，用户可以根据自己的需要购买这些插件或系统来构成所希望的应用系统或者扩充原来的系统。
4.5 PC总线有哪些主要特点？它的信号线有哪几类？分析该总线的适用范围。
【解答】PC总线把CPU视为总线的唯一总控设备，其余外围设备均为从属设备。具有价格低、可靠性好、兼容性好和使用灵活等优点。
PC总线62条引脚信号分为地址线、数据线、控制线、状态线、辅助线与电源等5类。
PC总线支持8位数据传输和10位寻址空间，最大通信速率为5 MB/s。
4.6 ISA 总线有哪些特点？它的信号线有哪几类？适用范围如何？
【解答】ISA总线的数据传送速率最快为8MB/s，地址总线宽度为24位，可以支持16 MB的内存。总线中的地址、数据线采用非多路复用形式，使系统的扩展设计更为简便，可供选择的ISA插件卡品种也较多。
前62引脚的信号分为地址线、数据线、控制线、状态线、辅助线与电源等5类，新增加的36引脚插槽信号扩展了数据线、地址线、存储器和I/O设备的读写控制线、中断和DMA控制线、电源和地线等。
ISA总线由IBM公司推出，已经成为8位和16位数据传输总线的工业标准是早期比较有代表性的总线。
4.7 PCI总线有哪些主要特点，PCI总线结构与ISA总线结构有什么地方不同？
【解答】（1）线性突发传输；（2）支持总线主控方式和同步操作；（3）独立于处理器；（4）即插即用；（5）适合于各种机型；（6）多总线共存；（7）预留发展空间；（8）数据线和地址线复用结构，节约线路空间，降低设计成本。
PCI总线结构与ISA总线结构的不同：
典型PCI系统允许在一个总线中插入32个物理部件，每一个物理部件可含有最多8个不同的功能部件。处理器与RAM位于主机总线上，具有64位数据通道和更宽以及更高的运行速度。指令和数据在CPU和RAM之间快速流动，然后把数据交给PCI总线。PCI负责将数据交给PCI扩展卡或设备。驱动PCI总线的全部控制由PCI桥实现。
ISA总线构成的微机系统中，内存速度较快时通常采用将内存移出ISA总线并转移到自己的专用总线—内存总线上的体系结构。ISA总线以扩展插槽形式对外开放，磁盘控制器、显示卡、声卡、打印机等接口卡均可插在8MHz、8/16位ISA总线插槽上，以实现ISA支持的各种外设与CPU的通信。
4.8 EISA总线与ISA总线相比有哪些主要特点？
【解答】
（1）用于32 位微机中，支持32位寻址，寻址空间达4GB，支持64KBI/O端口寻址。
（2）具有32位数据线，大大提高了数据传输能力，最大数据传输速率达33 MB/S。
（3）支持多处理器结构，支持多主控总线设备。
（4）具有自动配置功能，可以根据配置文件自动地初始化，配置系统板和多扩展卡。
（5）扩展了DMA的范围和传输速度，支持7个DMA通道。DMA数据传输可在ISA方式下，也可在EISA方式下。在EISA方式下，使用32位数据总线和地址总线。
（6）采用同步数据传送协议，可支持一次传送，也支持突法方式传送。
4.9 VESA局部总线与ISA总线有什么不同之处？
【解答】EISA总线工作频率是8MHz，而VESA局部总线工作频率可以达到33MHz，其最大传输率可达132MB/s，可与CPU同步工作。因此，需要高速数据传输的系统可以采用VESA局部总线，它通常用于视频和磁盘到基于80486的PC机的接口。
VESA局部总线是ISA总线的扩展，不同之处在于VESA局部总线没有在16位ISA总线连接器上增加任何器件，而是在16 位ISA总线连接器的后面增加了第3个连接器，即VESA连接器。
VESA局部总线上的连线与EISA总线卡非常相似，VESA局部总线还包括一个32位地址和数据总线，用于将存储器和I/O设备连接到微处理器上。
5.10 简述PCI总线的主要特点，分析其系统组成结构，有那些主要引脚及其功能？
【解答】（1）线性突发传输；（2）支持总线主控方式和同步操作；（3）独立于处理器；（4）即插即用；（5）适合于各种机型；（6）多总线共存；（7）预留发展空间；（8）数据线和地址线复用结构，节约线路空间，降低设计成本。
PCI总线信号分为地址线、数据线、接口控制线、仲裁线、系统线、中断请求线、 高速缓存支持、出错报告等信号线。规定了长卡、短卡两种PCI扩展卡及连接器。长卡提供64位接口，插槽A、B两边共定义了188个引脚；短卡提供32位接口，插槽A、B两边共定义了124个引脚。
4.11 什么叫PCI桥？有哪些主要功能？
【解答】PCI桥实际是PCI总线控制器，实现主机总线与PCI总线的适配耦合。
主要功能如下：
（1）提供低延迟访问通路，使处理器能直接访问通过低延迟访问通路映射于存储器空间或I/O空间的PCI设备。
（2）提供能使PCI主设备直接访问主存储器的高速通路。
（3）提供数据缓冲功能，可以使CPU与PCI总线上的设备并行工作而不必相互等待。
（4）可以使PCI总线的操作与CPU总线分开，实现了PCI总线的全部驱动控制。
4.12 什么是AGP总线？它有哪些主要特点，应用在什么场合？
【解答】AGP总线是一种高速图形接口的局部总线标准。
主要特点如下：
（1）具有双重驱动技术，允许在一个总线周期内传输两次数据。
（2）采用带边信号传送技术，在总线上实现地址和数据的多路复用。
（3）采用内存请求流水线技术，隐含了对存储器访问造成的延迟，允许系统处理图形控制器对内存进行的多次请求。
（4）通过把图形接口绕行到专用的适合传输高速图形、图像数据的AGP通道上，解决了PCI带宽问题。
（5）AGP接口只能为图形设备独占，不具有一般总线的共享特性。
AGP接口只能应用于图形设备。
4.13 简述IEEE l394总线的特点和工作原理。
【解答】IEEE l394是一种新型的高速串行总线。特点：可达到较高的传输速率；总线采用同步传输模式和异步传输模式；可实现即插即用并支持热插拔等。它的应用范围主要是那些带宽要求超过100KB/s的硬盘和视频外设。
IEEE 1394总线通过一根1394桥接器与计算机的外部设备相连，把各设备当作寄存器或内存，采用内存编址方法，因而可以进行处理器到内存的直接传输。
4.14 简述I2C总线的特点和工作原理？
【解答】I2C总线主要具有以下特性：
（1）二线传输。
（2）当系统中有多个主器件时，在I2C总线工作时任何一个主器件都可成为主控制器。
（3）I2C总线传输时，采用状态码的管理方法。
（4）系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚地址的编址方法。
（5）所有带I2C接口的外围器件都具有应答功能。
（6）任何具有I2C总线接口的外围器件，都具有相同的电气接口，各节点的电源都可以单独供电，并可在系统带电情况下接入或撤出。
I2C总线的工作原理：
器件之间通过串行数据线SDA和串行时钟线SCL相连接并传送信息。I2C总线规定起始信号后的第一个字节为寻址字节，寻址被控器件，并规定传送方向。主控器发送起始信号后立即发送寻址字节，总线上的所有器件都将寻址字节中的7位地址与自己器件地址相比较。如果两者相同，则该器件认为被主控器寻址，并根据读/写位确定是被控发送器或被控接收器。
4.15 定性讨论在开发和使用微型计算机系统时，应该怎样合理地选择微机总线？需要注意的有哪些方面？
【解答】微型计算机总线的主要职能是负责计算机各模块间的数据传输，因此选择总线主要要衡量其性能。总线性能指标中最主要的是数据传输率，另外，可操作性、兼容性和性能-价格比也是很重要的技术特征。总线的主要性能指标有以下几项：
（1）总线宽度；（2）标准传输率Mb/s；（3）时钟同步/异步；（4）信号线数；（5）负载能力；（6）总线控制方法；（7）扩展板尺寸；（8）其它指标等。
第9章习题答案
一、 单选题
1. 计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时__C____。
A、减少了信息传输量 B、提高了信息传输的速度
C、减少了信息传输线的条数 D、加重了CPU的工作量
2. 描述PCI总线中基本概念不正确的句子是___B___。
A、定义了32位数据总线，可扩充到64位 B、PCI是异步型总线
C、PCI总线不受处理器的限制 D、支持并发工作
3. 在微型机系统中，外围设备通过__A____与主板的系统总线相连接。
A、适配器 B、设备控制器 C、计数器 D、寄存器
4. 同步传输之所以比异步传输具有较高的传输频率是因为同步传输___C___。
A、不需要应答信号 B、总线长度较短
C、用一个公共时钟信号进行同步 D、各部件存取时间较为接近
5. 系统总线中地址线的功能是___D___。
A、选择主存单元地址 B、选择进行信息传输的设备
C、选择外存地址 D、指定主存和I/O设备接口电路的地址
二、 判断题
1. 总线就是计算机各部件之间传送信息的公共通道。 （ T ）
2. 对于各种各样的总线，可以从不同角度对其进行分类。按总线的功能，可将总线分为并行总线和串行总线。 （ T ）
3. 总线完成一个数据传输周期，一般可分为4个阶段：总线请求和仲裁阶段、寻址阶段、数据传送阶段和结束阶段。这4个阶段必不可少。 （ F）
4. 同步通信方式是指通信双方（主从模块之间）使用统一的时钟信号来同步数据传输过程中的每一个步骤，即以该统一时钟作为双方动作的时间标准。 （ T ）
5. ISA总线能实现32位数据传送，寻址能力达16MB，工作频率为8MHz，数据传输率最高可达8MB/s。 （ F ）
三、 思考题
1. 什么叫总线？微机中的总线可分为哪几级？
2. 总线标准化的目的是什么？总线标准化包括那些内容？
3. 何谓局部总线？局部总线与系统总线有何区别？在系统中主要解决什么问题？
4. 何谓总线仲裁，常用仲裁方法有哪几种？简述串行仲裁和并行仲裁的工作过程。
1. 答: 总线（BUS）就是计算机各部件之间传送信息的公共通道。在微机中，有内部总线和外部总线两类：内部总线是指CPU内部之间的连接；外部总线是指CPU与其他部件之间的连接。日常所说的总线一般指的是外部总线，按其功能的不同，分为3种：数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）。
2. 答: 总线标准化的目的是提供一个规范化的通用的系统总线标准，不仅可使自己的产品具有广泛的市场，可以使尽可能多的功能部件、设备能连接到自己的系统上，而且也为计算机零部件生产厂家生产的标准化、系列化提供方便。
总线规范的基本内容如下:
机械结构规范：规定模块的大小、总线插头、边沿连接器等规格。
功能结构规范：确定引脚名称和功能以及相互作用的协议。功能结构规范是总线的核心，通常包括时序及状态描述信息交换与流向以及信息的管理规则。
电气规范：规定信号逻辑电平、负载能力及最大额定值、动态转换时间等。
3. 答: 局部总线也叫元件级总线,片总线.它是各种板、卡上芯片与芯片之间连接的总线，是为芯片器件之间提供的标准信息接口.该总线的表现形式是各芯片引用的延伸与连接。一般与CPU密切相关，在将接口电路与CPU连接时就要与片总线打交道，片总线是微机系统中的重要总线之一，是接口设计的重要内容。系统总线也叫内总线，或板级总线，通常所说的微机总线就是指这一总线。它用于微型机系统内各功能部件（存储器、I/0接口板、卡）之间的连接，是微型计算机内最重要的总线。
4. 答: 总线仲裁实现对总线使用权的合理分配与管理。它的作用就是对总线上多个主模块依据一定的仲裁规则进行管理，合理地分配总线使用权，使总线传输处于最佳状态。常用的仲裁方法有串行仲裁、并行仲裁及循环优先级判别法.
串行总线的工作过程如下:
· 总线上任何一个主模块都可以根据要求发出总线请求BR。
· 只有当检测到总线忙信号BUSY为0（空闲，无其他设备请求）时，BR信号才有可能被响应；否则BR信号不被响应。
· 当仲裁器发出响应信号BG后，它沿总线在各部件间串行传送。
· 当传到有总线申请的设备时，便停下来，不往下传。
· 后面优先级低的部件（或设备）有申请也不会得到响应。
并行仲裁的工作过程如下:
· 总线仲裁器直接识别所有模块的请求，并根据一定的优先级仲裁算法选中一个主模块N，向它直接发出总线响应信号BG。
· 被选中的主模块N撤消BR信号，并输出BS信号，使BS有效表示当前总线忙。
· 当N主模块传送结束时，便使BS信号撤消，释放总线，总线仲裁器也相应撤消允许信号BG。
· 总线仲裁器又根据各模块的请求输入情况，重新判决和分配总线控制权。