6.3 习题解答
1.下列陈述中不正确的是( )。
A.总线结构传送方式可以提高数据的传输速度
B.与独立请求方式相比,菊花链式查询方式对电路的故障更敏感
C.PCI总线采用同步时序协议和集中式仲裁策略
D.总线带宽即总线本身所能达到的最高传输速率
解:A。
2.下列各项中,( )不是同步总线协议的特点。
A.不需要应答信号
B.各部件间的存取时间比较接近
C.总线长度较短
D.总线周期长度可变
解:D。
3.某系统总线的一个存取周期为3个总线时钟周期,在一个总线周期中可存取32位数据。若总线的时钟频率为8.33 MHz,则总线的带宽为________MB/s。
解
某系统总线的一个存取周期为3个总线时钟周期,一个总线周期可存取32位数据。若总线的时钟频率为8.33 MHz,则总线带宽为11.11 MB/s。
4.计算机系统与外部设备之间互相连接的总线称为________;连接系统内各插件板的总线称为_________;CPU内各寄存器和运算器之间的连接总线称为_________。
解
外部总线,内部总线,片内总线。
5.一次总线的信息传送大致可分为4个阶段,依次为________、________和________。当总线上有多个总线主模块时,前面还有一个_________。
解
寻址阶段、数据传输阶段、结束阶段。总线请求和总线仲裁阶段。
6.什么是总线?采用总线技术有哪些优点?总线操作应遵守哪些原则?
解
部件或设备之间传送信息的公用信号线称为总线。采用总线技术的优点是:连线数减少;可靠性提高;设备接口设计(软件及硬件)简化;维护容易;便于系统实现模块化设计;配置灵活;易于部件设计的通用化。但采用总线技术传输速度受总线带宽(吞吐量)的限制。
总线操作应遵守总线使用权的分配原则,而分配是由总线仲裁决定的。总线仲裁要解决任一时刻只允许一个总线主设备使用总线,以避免总线冲突(几个设备同时使用)。
7.总线是怎样分类的?各用于什么场合?
解
①按总线所处位置总线分为内部总线和外部总线。
a.内部总线又分为片内总线、板内总线、机内总线等。
·片内总线是连接芯片内部各模块的总线。
·板内总线是同一电路板上各部件间的公共连线。
·机内总线是连接机器内部各部件的总线。
b.外部总线是与其他设备交换信息的通路。
②按总线上连接部件的性质总线分为局部总线(本地总线)和全局总线(系统总线)。局部总线上的设备只有该总线上的主模块才可访问;而全局总线上的设备可为所有总线主模块所共享。
③按总线信息的传送格式总线可分为并行总线和串行总线。并行总线上的信息按“比特并行”的方式传送,因此传送距离有限。而串行总线按“比特串行”的格式传送,连线数目少,传送距离较远。
④还有其他的分类方法,如存储总线、I/O总线、指令总线等。
8.为什么要用总线联络?按联络区分,并行总线可分为哪几类?
解
总线联络是为了在信息可靠传送的前提下,尽可能提高传输速度。
按联络分类,并行总线可分为同步总线、异步总线、半同步总线和分离周期总线。
9.同步总线有哪些优点和缺点?主要用在哪些CPU中?
解
同步总线的总线周期固定,接口设计简单。同步总线接口是所有总线接口技术的基础。但因为它按总线上存取速度最慢的设备决定总线周期长度,所以速度慢。同步总线主要用在早期的和简单的系统中,如由MC6800构成的系统和由微控制器(单片机)构成的系统。
10.异步总线怎样实现总线联络?它有哪些优缺点?
解
典型异步总线的联络是在传输的每个阶段中的每个操作得到确认(响应)后,才进行下一步操作的,因此可靠性高,但联络信号的传输延时会影响速度的提高。
11.半同步总线怎样实现总线联络?什么是“零等待”?
解
半同步总线结合了同步总线和异步总线的优点,它只在被访问部件需要时,才发出“等待”请求,要求总线周期延长,因此,具有同步总线的接口简单和异步总线的总线周期灵活的特点。所谓“零等待”是按总线的最短周期(标准总线周期)而不插入任何“等待”周期的情况。
12.ISA总线采用哪种总线联络方式?采用哪一条信号线进行联络?
解
ISA总线是半同步总线。联络信号是I/O CH RDY。
13.给出链式查询电路的逻辑结构图,并说明这种总线的工作过程。
解
链式查询电路的逻辑结构图如图6.7所示,总线工作过程如下。
图6.7 链式查询电路的逻辑结构
①任何总线主设备均可发出“总线请求”信号BR。
②只有在某个主模块发出了BR,总线空闲(不忙,BUSY=0),且最优先(BGI=1)3个条件同时成立时,才能取得总线控制权。这时,它应:
·发出BUSY=1,以示总线“被占用”(忙);
·“阻断”确认信号的传播(使其BGO=0),以取消较优先主模块获取的总线的权利;
·在使用总线结束时,依次取消BR,使BUSY=0,同时释放总线(使其BGO=BGI)。
14.试说明ISA、PCI、SCSI、USB总线的特点和应用。
解
请参看本书对应的教材《微机原理与接口技术(第3版)》。
15.说明PCI总线是怎样决定一个总线周期执行何种操作的。说明PCI总线是如何进行地址/数据线的复用的。
解
PCI总线在其总线周期的地址阶段,其
上传递的是命令的编码。总线设备通过解读该编码,了解该周期是什么操作。PCI总线的地址/数据线的复用方法是:在总线周期的地址阶段,AD31～AD0上传送的是操作地址,而在数据阶段的各周期,传送的是操作数据。
16.画出ISA、PCI总线的读写时序图。
解
请参看本书对应的教材《微机原理与接口技术(第3版)》。
17.说明PCI总线是怎样支持PnP的。
解
PCI总线为了实现即插即用技术(PnP),使用了“配置空间”(configuration space)。配置空间由一组寄存器组成,是PCI设备的硬件与PCI设备的配置软件之间的信息传递区,以便软件对PCI设备进行识别和控制,以及PCI设备向软件反映设备状态和要求。通过配置空间中的信息,总线控制者可以动态分配设备的地址、中断号的信息,从而实现PnP。
18.说明USB总线上的设备种类及各自的功能。
解
USB总线上的设备有两种类型。①功能单元(functions)指的是具有USB接口、实现某种功能的外部设备,例如带有USB接口的硬件、打印机、扫描仪、局域网集线器等。②USB集线器(HUB)为USB总线提供额外的联接点设备,可以连接其他USB集线器或功能单元。
19.USB总线有几根信号线?都是什么?
解
USB总线通过一条四芯电缆传送电源和数据,USB接口的4条连接线分别是VBUS、GND、D+、D-。VBUS和GND用来向设备提供电源。D+和D-是发送和接收数据的半双工差分信号线。
20.两个USB功能设备能否连接在一起并进行通信?为什么?说明USB总线的拓扑结构。
解
USB总线的物理连接是一种层叠式的星形结构,所有的USB设备都连接到USB主机、USB系统中,只有一个USB主机,USB总线的通信实际上是发生在USBHOST和USB端点之间的。因此,两个USB总线功能设备不能连接在一起并进行通信。
虽然从物理连接上是分层的,但在实际通信过程中,所有USB设备对USB主机而言地位都是平等的,也就是说,USB总线的逻辑拓扑结构是不分层的星形拓扑。
21.按照你的理解,比较串行总线和并行总线在数据传送方面的特点。
解
按照总线信息的传送格式,总线可分为并行总线和串行总线。并行总线上的信息按“比特并行”的方式传输,因此传送的距离有限。而串行总线按“比特串行”的格式传送,连线数目少,传送距离较远。
另外,在并行总线上,一般具有明确的地址、数据、命令信息,各种信息通过不同的信号线或时序区分开来,每次操作都简单明确。串行总线则一般通过报文方式进行通信,对通信报文的解释由总线上的设备完成,其通信协议一般比较复杂,功能也更多样化。