微機(jī)原理總線

1、 習(xí)題44.1 什么叫總線？總線如何進(jìn)行分類？各類總線的特點和應(yīng)用場合是什么？【解答】總線是指計算機(jī)中多個部件之間公用的一組連線，由它構(gòu)成系統(tǒng)插件間、插件的芯片間或系統(tǒng)間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。（1）微處理器芯片總線：元件級總線，是在構(gòu)成一塊CPU插件或用微處理機(jī)芯片組成一個很小系統(tǒng)時常用的總線，常用于CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片等之間的信息傳送。（2）內(nèi)總線：板極總線或系統(tǒng)總線，是微型計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線，用以實現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。在微型計算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時所采用的數(shù)據(jù)

2、通道。（3）外部總線：通信總線，主要用于微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)與外部設(shè)備、儀器儀表之間的通信，常用于設(shè)備級的互連。數(shù)據(jù)可以并行傳輸，也可以串行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率低。4.2 什么叫總線的裁決？總線分配的優(yōu)先級技術(shù)有哪些？各自的特點是什么？【解答】當(dāng)總線上的某個部件要與另一個部件進(jìn)行通信時，首先應(yīng)該發(fā)出請求信號，有時會發(fā)生同一時刻總線上有多個請求信號的情況，就要根據(jù)一定的原則來確定占用總線的先后次序，這就是總線裁決。（1） 并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法通過優(yōu)先權(quán)裁決電路進(jìn)行優(yōu)先級別判斷，每個部件一旦獲得總線使用權(quán)后應(yīng)立即發(fā)出一個“總線忙”的信號，表明總線正在被使用。當(dāng)傳送結(jié)束后釋放總線。（2） 串聯(lián)優(yōu)先

3、級判別法采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，把共享總線的各個部件按規(guī)定的優(yōu)先級別鏈接在鏈路的不同位置上，位置越前面的部件，優(yōu)先級別越高。（3） 循環(huán)優(yōu)先權(quán)判別法類似于并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法，只是動態(tài)分配優(yōu)先權(quán)，原來的優(yōu)先權(quán)編碼器由一個更為復(fù)雜的電路代替，該電路把占用總線的優(yōu)先權(quán)在發(fā)出總線請求的那些部件之間循環(huán)移動，從而使每個總線部件使用總線的機(jī)會相同。4.3 總線數(shù)據(jù)的傳送方式有哪些？各自有何特點？【解答】（1）串行傳送方式只使用一條傳輸線，在傳輸線上按順序傳送信息的所有二進(jìn)制位的脈沖信號，每次一位。適于長距離傳輸。（2）并行傳送方式信息由多少個二進(jìn)制位組成，機(jī)器就需要有多少條傳輸線，從而讓二進(jìn)制信息在不同的線上同時進(jìn)行

4、傳送。（3）并串行傳送方式是并行傳送方式與串行傳送方式的結(jié)合。傳送信息時，如果一個數(shù)據(jù)字由兩個字節(jié)組成，那么傳送一個字節(jié)時采用并行方式，而字節(jié)之間采用串行方式。4.4 在微型機(jī)系統(tǒng)中采用標(biāo)準(zhǔn)總線的好處有哪些？【解答】標(biāo)準(zhǔn)總線不僅在電氣上規(guī)定了各種信號的標(biāo)準(zhǔn)電平、負(fù)載能力和定時關(guān)系，而且在結(jié)構(gòu)上規(guī)定了插件的尺寸規(guī)格和各引腳的定義。通過嚴(yán)格的電氣和結(jié)構(gòu)規(guī)定，各種模塊可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)連接。各生產(chǎn)廠家可以根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范生產(chǎn)各種插件或系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的需要購買這些插件或系統(tǒng)來構(gòu)成所希望的應(yīng)用系統(tǒng)或者擴(kuò)充原來的系統(tǒng)。4.5 PC總線有哪些主要特點？它的信號線有哪幾類？分析該總線的適用范圍?！窘獯稹縋C總

5、線把CPU視為總線的唯一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。具有價格低、可靠性好、兼容性好和使用靈活等優(yōu)點。PC總線62條引腳信號分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等5類。PC總線支持8位數(shù)據(jù)傳輸和10位尋址空間，最大通信速率為5 MB/s。4.6 ISA 總線有哪些特點？它的信號線有哪幾類？適用范圍如何？【解答】ISA總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8MB/s，地址總線寬度為24位，可以支持16 MB的內(nèi)存?？偩€中的地址、數(shù)據(jù)線采用非多路復(fù)用形式，使系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計更為簡便，可供選擇的ISA插件卡品種也較多。前62引腳的信號分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等5類，新增加的

6、36引腳插槽信號擴(kuò)展了數(shù)據(jù)線、地址線、存儲器和I/O設(shè)備的讀寫控制線、中斷和DMA控制線、電源和地線等。ISA總線由IBM公司推出，已經(jīng)成為8位和16位數(shù)據(jù)傳輸總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是早期比較有代表性的總線。4.7 PCI總線有哪些主要特點，PCI總線結(jié)構(gòu)與ISA總線結(jié)構(gòu)有什么地方不同？【解答】（1）線性突發(fā)傳輸；（2）支持總線主控方式和同步操作；（3）獨立于處理器；（4）即插即用；（5）適合于各種機(jī)型；（6）多總線共存；（7）預(yù)留發(fā)展空間；（8）數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，節(jié)約線路空間，降低設(shè)計成本。PCI總線結(jié)構(gòu)與ISA總線結(jié)構(gòu)的不同：典型PCI系統(tǒng)允許在一個總線中插入32個物理部件，每一個物理部件可

7、含有最多8個不同的功能部件。處理器與RAM位于主機(jī)總線上，具有64位數(shù)據(jù)通道和更寬以及更高的運(yùn)行速度。指令和數(shù)據(jù)在CPU和RAM之間快速流動，然后把數(shù)據(jù)交給PCI總線。PCI負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)交給PCI擴(kuò)展卡或設(shè)備。驅(qū)動PCI總線的全部控制由PCI橋?qū)崿F(xiàn)。ISA總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，內(nèi)存速度較快時通常采用將內(nèi)存移出ISA總線并轉(zhuǎn)移到自己的專用總線內(nèi)存總線上的體系結(jié)構(gòu)。ISA總線以擴(kuò)展插槽形式對外開放，磁盤控制器、顯示卡、聲卡、打印機(jī)等接口卡均可插在8MHz、8/16位ISA總線插槽上，以實現(xiàn)ISA支持的各種外設(shè)與CPU的通信。4.8 EISA總線與ISA總線相比有哪些主要特點？【解答】（1）用于32

8、位微機(jī)中，支持32位尋址，尋址空間達(dá)4GB，支持64KBI/O端口尋址。（2）具有32位數(shù)據(jù)線，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力，最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)33 MB/S。（3）支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備。（4）具有自動配置功能，可以根據(jù)配置文件自動地初始化，配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。（5）擴(kuò)展了DMA的范圍和傳輸速度，支持7個DMA通道。DMA數(shù)據(jù)傳輸可在ISA方式下，也可在EISA方式下。在EISA方式下，使用32位數(shù)據(jù)總線和地址總線。（6）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，可支持一次傳送，也支持突法方式傳送。4.9 VESA局部總線與ISA總線有什么不同之處？【解答】EISA總線工作頻率是8MHz，而VESA局

9、部總線工作頻率可以達(dá)到33MHz，其最大傳輸率可達(dá)132MB/s，可與CPU同步工作。因此，需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)可以采用VESA局部總線，它通常用于視頻和磁盤到基于80486的PC機(jī)的接口。VESA局部總線是ISA總線的擴(kuò)展，不同之處在于VESA局部總線沒有在16位ISA總線連接器上增加任何器件，而是在16 位ISA總線連接器的后面增加了第3個連接器，即VESA連接器。VESA局部總線上的連線與EISA總線卡非常相似，VESA局部總線還包括一個32位地址和數(shù)據(jù)總線，用于將存儲器和I/O設(shè)備連接到微處理器上。5.10 簡述PCI總線的主要特點，分析其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，有那些主要引腳及其功能？【解答

10、】（1）線性突發(fā)傳輸；（2）支持總線主控方式和同步操作；（3）獨立于處理器；（4）即插即用；（5）適合于各種機(jī)型；（6）多總線共存；（7）預(yù)留發(fā)展空間；（8）數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，節(jié)約線路空間，降低設(shè)計成本。PCI總線信號分為地址線、數(shù)據(jù)線、接口控制線、仲裁線、系統(tǒng)線、中斷請求線、 高速緩存支持、出錯報告等信號線。規(guī)定了長卡、短卡兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器。長卡提供64位接口，插槽A、B兩邊共定義了188個引腳；短卡提供32位接口，插槽A、B兩邊共定義了124個引腳。4.11 什么叫PCI橋？有哪些主要功能？【解答】PCI橋?qū)嶋H是PCI總線控制器，實現(xiàn)主機(jī)總線與PCI總線的適配耦合。主要功能如

11、下：（1）提供低延遲訪問通路，使處理器能直接訪問通過低延遲訪問通路映射于存儲器空間或I/O空間的PCI設(shè)備。（2）提供能使PCI主設(shè)備直接訪問主存儲器的高速通路。（3）提供數(shù)據(jù)緩沖功能，可以使CPU與PCI總線上的設(shè)備并行工作而不必相互等待。（4）可以使PCI總線的操作與CPU總線分開，實現(xiàn)了PCI總線的全部驅(qū)動控制。4.12 什么是AGP總線？它有哪些主要特點，應(yīng)用在什么場合？【解答】AGP總線是一種高速圖形接口的局部總線標(biāo)準(zhǔn)。主要特點如下：（1）具有雙重驅(qū)動技術(shù)，允許在一個總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)。（2）采用帶邊信號傳送技術(shù)，在總線上實現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的多路復(fù)用。（3）采用內(nèi)存請求流水線技術(shù)，隱

12、含了對存儲器訪問造成的延遲，允許系統(tǒng)處理圖形控制器對內(nèi)存進(jìn)行的多次請求。（4）通過把圖形接口繞行到專用的適合傳輸高速圖形、圖像數(shù)據(jù)的AGP通道上，解決了PCI帶寬問題。（5）AGP接口只能為圖形設(shè)備獨占，不具有一般總線的共享特性。AGP接口只能應(yīng)用于圖形設(shè)備。4.13 簡述IEEE l394總線的特點和工作原理?！窘獯稹縄EEE l394是一種新型的高速串行總線。特點：可達(dá)到較高的傳輸速率；總線采用同步傳輸模式和異步傳輸模式；可實現(xiàn)即插即用并支持熱插拔等。它的應(yīng)用范圍主要是那些帶寬要求超過100KB/s的硬盤和視頻外設(shè)。IEEE 1394總線通過一根1394橋接器與計算機(jī)的外部設(shè)備相連，把各設(shè)

13、備當(dāng)作寄存器或內(nèi)存，采用內(nèi)存編址方法，因而可以進(jìn)行處理器到內(nèi)存的直接傳輸。4.14 簡述I2C總線的特點和工作原理？【解答】I2C總線主要具有以下特性：（1）二線傳輸。（2）當(dāng)系統(tǒng)中有多個主器件時，在I2C總線工作時任何一個主器件都可成為主控制器。（3）I2C總線傳輸時，采用狀態(tài)碼的管理方法。（4）系統(tǒng)中所有外圍器件及模塊采用器件地址及引腳地址的編址方法。（5）所有帶I2C接口的外圍器件都具有應(yīng)答功能。（6）任何具有I2C總線接口的外圍器件，都具有相同的電氣接口，各節(jié)點的電源都可以單獨供電，并可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。I2C總線的工作原理：器件之間通過串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL相連

14、接并傳送信息。I2C總線規(guī)定起始信號后的第一個字節(jié)為尋址字節(jié)，尋址被控器件，并規(guī)定傳送方向。主控器發(fā)送起始信號后立即發(fā)送尋址字節(jié)，總線上的所有器件都將尋址字節(jié)中的7位地址與自己器件地址相比較。如果兩者相同，則該器件認(rèn)為被主控器尋址，并根據(jù)讀/寫位確定是被控發(fā)送器或被控接收器。4.15 定性討論在開發(fā)和使用微型計算機(jī)系統(tǒng)時，應(yīng)該怎樣合理地選擇微機(jī)總線？需要注意的有哪些方面？【解答】微型計算機(jī)總線的主要職能是負(fù)責(zé)計算機(jī)各模塊間的數(shù)據(jù)傳輸，因此選擇總線主要要衡量其性能?？偩€性能指標(biāo)中最主要的是數(shù)據(jù)傳輸率，另外，可操作性、兼容性和性能-價格比也是很重要的技術(shù)特征。總線的主要性能指標(biāo)有以下幾項：（1）總

15、線寬度；（2）標(biāo)準(zhǔn)傳輸率Mb/s；（3）時鐘同步/異步；（4）信號線數(shù)；（5）負(fù)載能力；（6）總線控制方法；（7）擴(kuò)展板尺寸；（8）其它指標(biāo)等。第9章習(xí)題答案一、 單選題1. 計算機(jī)使用總線結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是便于實現(xiàn)積木化，同時_C_。A、減少了信息傳輸量B、提高了信息傳輸?shù)乃俣菴、減少了信息傳輸線的條數(shù)D、加重了CPU的工作量2. 描述PCI總線中基本概念不正確的句子是_B_。A、定義了32位數(shù)據(jù)總線，可擴(kuò)充到64位B、PCI是異步型總線C、PCI總線不受處理器的限制D、支持并發(fā)工作3. 在微型機(jī)系統(tǒng)中，外圍設(shè)備通過_A_與主板的系統(tǒng)總線相連接。A、適配器B、設(shè)備控制器C、計數(shù)器D、寄存器4.

16、 同步傳輸之所以比異步傳輸具有較高的傳輸頻率是因為同步傳輸_C_。A、不需要應(yīng)答信號B、總線長度較短 C、用一個公共時鐘信號進(jìn)行同步D、各部件存取時間較為接近 5. 系統(tǒng)總線中地址線的功能是_D_。A、選擇主存單元地址B、選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備C、選擇外存地址D、指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址二、 判斷題1. 總線就是計算機(jī)各部件之間傳送信息的公共通道。（ T ）2. 對于各種各樣的總線，可以從不同角度對其進(jìn)行分類。按總線的功能，可將總線分為并行總線和串行總線。（ T ）3. 總線完成一個數(shù)據(jù)傳輸周期，一般可分為4個階段：總線請求和仲裁階段、尋址階段、數(shù)據(jù)傳送階段和結(jié)束階段。這4個階段必不

17、可少。（ F）4. 同步通信方式是指通信雙方（主從模塊之間）使用統(tǒng)一的時鐘信號來同步數(shù)據(jù)傳輸過程中的每一個步驟，即以該統(tǒng)一時鐘作為雙方動作的時間標(biāo)準(zhǔn)。（ T ）5. ISA總線能實現(xiàn)32位數(shù)據(jù)傳送，尋址能力達(dá)16MB，工作頻率為8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)8MB/s。（ F ）三、 思考題1. 什么叫總線？微機(jī)中的總線可分為哪幾級？2. 總線標(biāo)準(zhǔn)化的目的是什么？總線標(biāo)準(zhǔn)化包括那些內(nèi)容？3. 何謂局部總線？局部總線與系統(tǒng)總線有何區(qū)別？在系統(tǒng)中主要解決什么問題？4. 何謂總線仲裁，常用仲裁方法有哪幾種？簡述串行仲裁和并行仲裁的工作過程。1. 答: 總線（BUS）就是計算機(jī)各部件之間傳送信息的公共通

18、道。在微機(jī)中，有內(nèi)部總線和外部總線兩類：內(nèi)部總線是指CPU內(nèi)部之間的連接；外部總線是指CPU與其他部件之間的連接。日常所說的總線一般指的是外部總線，按其功能的不同，分為3種：數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）、控制總線（CB）。2. 答: 總線標(biāo)準(zhǔn)化的目的是提供一個規(guī)范化的通用的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，不僅可使自己的產(chǎn)品具有廣泛的市場，可以使盡可能多的功能部件、設(shè)備能連接到自己的系統(tǒng)上，而且也為計算機(jī)零部件生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化提供方便?？偩€規(guī)范的基本內(nèi)容如下:機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)定模塊的大小、總線插頭、邊沿連接器等規(guī)格。功能結(jié)構(gòu)規(guī)范：確定引腳名稱和功能以及相互作用的協(xié)議。功能結(jié)構(gòu)規(guī)范是總線的核心，通常包括時序及狀態(tài)描述信息交換與流向以及信息的管理規(guī)則。電氣規(guī)范：規(guī)定信號邏輯電平、負(fù)載能力及最大額定值、動態(tài)轉(zhuǎn)換時間等。3. 答: 局部總線也叫元件級總線,片總線.它是各種板、卡上芯片與芯片之間連接的總線，是為芯片器件之間提供的標(biāo)準(zhǔn)信息接口.該總線的表現(xiàn)形式是各芯片引用的延伸與連接。一般與CPU密切相關(guān)，在將接口電路與CPU連接時就要與片總線打交道，片總線是微機(jī)系