第三章

3.1什么是總線?總線傳輸有何特點(diǎn)?為了減輕總線的負(fù)載,總線上的部件都應(yīng)具備什么特點(diǎn)？

答：
① 總線是連接多個(gè)部件的信息傳輸線,是個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)。
② 總線傳輸特點(diǎn):在某一時(shí)刻,只允許有一個(gè)部件向總線發(fā)送信息,而多個(gè)部件可以同時(shí)從總線上接受相同的信息。
③ 為減輕總線上的負(fù)載,各種I/O設(shè)備要通過(guò)I/O接口接在總線上,而且還要通過(guò)三態(tài)門(mén)掛在總線上,沒(méi)有數(shù)據(jù)交換時(shí)置成高阻態(tài)。

3.2總線如何分類(lèi)?什么是系統(tǒng)總線?系統(tǒng)總線又分為幾類(lèi),它們各有何作用,是單向的,還是雙向的,它們與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)單元有何關(guān)系?

答：
按照連接部件的不同,總線可以分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和通信總線。
系統(tǒng)總線:是連接 CPU、主存、 I/O 各部件之間的信息傳輸線。
系統(tǒng)總線按照傳輸信息不同又分為地址線、 數(shù)據(jù)線和控制線。
地址線是單向的,其根數(shù)越多,尋址空間越大,即 CPU 能訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)越多;
數(shù)據(jù)線是雙向的,其根數(shù)與存儲(chǔ)字長(zhǎng)相同,是機(jī)器字長(zhǎng)的整數(shù)倍。
控制總線是雙向的。

3.3 常用的總線結(jié)構(gòu)有幾種?不同的總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有什么影響?舉例說(shuō)明。

答：
常用的總線結(jié)構(gòu)有單總線結(jié)構(gòu),雙總線結(jié)構(gòu),三總線結(jié)構(gòu),四總線結(jié)構(gòu)。
（1） 單總線結(jié)構(gòu):將CPU,主存,I/O設(shè)備都掛在一組總線上,允許I/O之間或I/O與主存之間直接交換信息。因?yàn)樗械膫魉投纪ㄟ^(guò)這組共享總線,極易形成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的瓶頸,不允許兩個(gè)以上部件在同一時(shí)刻向總線傳輸信息,必然會(huì)影響系統(tǒng)工作效率的提高,其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)課本圖3.2，ISA、EISA總線是單總線結(jié)構(gòu) 。

（2） 雙總線結(jié)構(gòu):雙總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將速度較低的設(shè)備從總線上分離出來(lái),形成主存總線與I/O總線分開(kāi)的結(jié)構(gòu),見(jiàn)課本圖3.7。圖中通道是一個(gè)具有特殊功能的處理器,CPU將一部分功能下放給通道,使其對(duì)I/O設(shè)備具有統(tǒng)一管理的功能,系統(tǒng)的吞吐能力可以相當(dāng)大。如果將不同速率的I/O設(shè)進(jìn)行分類(lèi),然后將它們連接在不同的通道上,將成為總線結(jié)構(gòu)。
（3） 三總線結(jié)構(gòu):圖3.8:主存總線用于CPU與主存間的傳輸;I/O總線供CPU與各類(lèi)I/O之間傳遞信息,DMA總線用于高速外設(shè)(磁盤(pán),磁帶等)與主存之間直接交換信息。圖3.9:處理器于高速緩沖存儲(chǔ)器Cache之間怎叫一條局部總線,Cache可以通過(guò)系統(tǒng)總線與主存?zhèn)鬏斝畔?I/O 與主存之間也不必通過(guò)CPU。還有一條擴(kuò)展總線,可以支持相當(dāng)多的I/O設(shè)備。


（4）四總線結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3.10)在三總線基礎(chǔ)上,增加一條與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)密相連的高速總線,這種結(jié)構(gòu)對(duì)高速設(shè)備而言,其自身的工作可以很少依賴(lài)處理器,同時(shí)他們又比擴(kuò)展總線上的設(shè)備更貼近處理器。

3.4為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制?常見(jiàn)的集中式總線控制有幾種，各有何特點(diǎn)，哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快，哪種方式對(duì)電路故障最敏感?

答：
(1)如多個(gè)主設(shè)備同時(shí)要使用總線時(shí),就由總線控制器的判優(yōu)、仲裁邏輯按一定的優(yōu)先級(jí)順序,確定那個(gè)主設(shè)備能使用總線,只有獲得總線使用權(quán)的主設(shè)備才能開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。
(2)常見(jiàn)的集中式總線控制有三種
① 鏈?zhǔn)讲樵?xún):其特點(diǎn)是只需很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制,并且很容易擴(kuò)充設(shè)備,但對(duì)電路故障很敏感。
② 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún):其特點(diǎn)是,計(jì)數(shù)可以從“0”開(kāi)始,此時(shí)設(shè)備的優(yōu)先次序是固定的,計(jì)數(shù)也可以從終止點(diǎn)開(kāi)始,既是一種循環(huán)方式,此時(shí)設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)相等,計(jì)數(shù)器的初始值還可以由程序設(shè)置,故優(yōu)先次序可以改變。此外,對(duì)電路故障不如鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式敏感,但增加了主控線數(shù),控制也較復(fù)雜。
③ 獨(dú)立請(qǐng)求方式:其特點(diǎn)是:響應(yīng)速度快,優(yōu)先次序控制靈活(通過(guò)程序改變),但控制線數(shù)量多,總線控制更復(fù)雜。
④ 獨(dú)立請(qǐng)求方式響應(yīng)時(shí)間最快,鏈?zhǔn)讲樵?xún)對(duì)電路故障最敏感。

3.5 解釋概念:總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備(或主模塊)、總線的從設(shè)備(或從模塊)、總線的傳輸周期、總線的通信控制。

答：
總線寬度:通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù);
總線帶寬:總線的數(shù)據(jù)傳輸率,指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù);
總線復(fù)用:指同一條信號(hào)線可以分時(shí)傳輸不同的信號(hào)。
總線的主設(shè)備 (主模塊):指一次總線傳輸期間, 擁有總線控制權(quán)的設(shè)備 (模塊);
總線的從設(shè)備(從模塊) :指一次總線傳輸期間,配合主設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備(模塊),它只能被動(dòng)接受主設(shè)備發(fā)來(lái)的命令;
總線的傳輸周期:指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間;
總線的通信控制:指總線傳送過(guò)程中雙方的時(shí)間配合方式。

3.6試比較同步通信和異步通信。

答：
同步通信：指由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場(chǎng)合。
異步通信：指沒(méi)有統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，有利于提高總線工作效率。

3.7 畫(huà)圖說(shuō)明異步通信中請(qǐng)求與回答有哪幾種互鎖關(guān)系。

答：
異步通信的應(yīng)答方式可分為不互鎖、半互鎖和全互鎖三種，如下圖。

3.8為什么說(shuō)半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)?

答：
半同步通信既保留了同步通信的基本特點(diǎn)，比如所有的地址、命令、數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)出時(shí)間，都嚴(yán)格參照系統(tǒng)時(shí)鐘的某個(gè)前沿開(kāi)始，而接收方都采用系統(tǒng)時(shí)鐘后沿時(shí)刻來(lái)進(jìn)行判斷識(shí)別；同時(shí)又像異步通信那樣，允許不同速度的模塊和諧地工作。為此增設(shè)了一條“等待”（WAIT）響應(yīng)信號(hào)線。采用插入時(shí)鐘（等待）周期的措施來(lái)協(xié)調(diào)通信雙方的配合問(wèn)題。半同步通信適用于系統(tǒng)工作速度不高但又包含了由許多工作速度差異較大的各類(lèi)設(shè)備組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，半同步通信控制方式比異步通信簡(jiǎn)單，在全系統(tǒng)內(nèi)各模塊又在統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘控制下同步工作，可靠性較高，同步結(jié)構(gòu)較方便。其缺點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率不能要求太高，故從整體上來(lái)看，系統(tǒng)工作的速度還不是很高。
所以半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不一致，因此工作效率介于兩者之間，

3.9 分離式通信有何特點(diǎn)?主要用于什么系統(tǒng)?

答：
分離式通訊的特點(diǎn)是：
（1）各模塊欲占用總線使用權(quán)都必須提出申請(qǐng)；
（2）在得到總線使用權(quán)后，主模塊在先定的時(shí)間內(nèi)向?qū)Ψ絺魉托畔?，采用同步方式傳送，不再等待?duì)方的回答信號(hào)；
（3）各模塊在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的過(guò)程中都不占用總線，使總線可接受其它模塊的請(qǐng)求；
（4）總線被占用時(shí)都在做有效工作，或者通過(guò)它發(fā)送命令，或者通過(guò)它傳送數(shù)據(jù)，不存在空閑等待時(shí)間，充分利用了總線的占用，從而實(shí)現(xiàn)了總線在多個(gè)主、從模塊間進(jìn)行信息交叉重疊并行傳送。
分離式通訊主要用于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

3.10什么是總線標(biāo)準(zhǔn)?為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)?目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些?什么是即插即用,哪些總線有這一特點(diǎn)?

答：
　　所謂總線標(biāo)準(zhǔn)，可視為系統(tǒng)與各模塊、模塊與模塊之間的一個(gè)互連的標(biāo)準(zhǔn)界面。這個(gè)界面對(duì)它兩端的模塊都是透明的，即界面的任一方只需根據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)的要求完成自身一方接口的功能要求，而無(wú)須了解對(duì)方接口與總線的連接要求。因此，按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的接口可視為通用接口。
　　采用總線標(biāo)準(zhǔn)可以為計(jì)算機(jī)接口的軟硬件設(shè)計(jì)提供方便。對(duì)硬件設(shè)計(jì)而言，使各個(gè)模塊的接口芯片設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立；對(duì)軟件設(shè)計(jì)而言，更有利于接口軟件的模塊化設(shè)計(jì)。
　　目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：
　?。?）ISA 總線：
　　（2）EISA 總線；
　?。?）VESA（VL-BUS）總線：
　?。?）PCI總線：
　?。?）AGP總線；
　?。?）RS-232C總線；
　?。?）USB總線。
　　即插即用（Plug and Play）：即任何擴(kuò)展卡只要插入系統(tǒng)便可工作。PCI設(shè)備中配有存放設(shè)備具體信息的寄存器，這些信息可供 BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）和操作系統(tǒng)層的軟件自動(dòng)配置 PCI 總線部件和插件，使系統(tǒng)使用方便，無(wú)須進(jìn)行復(fù)雜的手動(dòng)配置。PCI，USB 等總線有即插即用的特點(diǎn)。

3.11 畫(huà)一個(gè)具有雙向傳送功能的總線邏輯圖。

答：
在總線的兩端分別配置三態(tài)門(mén)，就可以使總線具有雙向傳輸功能，如下圖：

3.12設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D 4個(gè)寄存器,要求選用合的74系列芯片,完成下列邏輯設(shè)計(jì):

(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路,在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)D→A、D→B和D→C寄存器間的傳送。
(2)設(shè)計(jì)一個(gè)電路,實(shí)現(xiàn)下列操作。

答：
(1)由T打開(kāi)三態(tài)門(mén)將 D寄存器中的內(nèi)容送至總線bus,由cp脈沖同時(shí)將總線上的數(shù)據(jù)打入到 A、B、C寄存器中。 T和cp的時(shí)間關(guān)系如下圖所示。

(2)三態(tài)門(mén)1受T0+T1控制,以確保T0時(shí)刻D→總線,以及T1時(shí)刻總線→接收門(mén)1→A。三態(tài)門(mén)2受T2+T3控制,以確保T2時(shí)刻A→總線,以及T3時(shí)刻總線→接收門(mén)2→B。T0、T1、T2、T3波形圖如下圖所示：

3.13什么是總線的數(shù)據(jù)傳送速率,它與哪些因素有關(guān)?

答：
總線的數(shù)據(jù)傳輸速率即總線帶寬,指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù),通常用每秒傳輸信息的字節(jié)數(shù)來(lái)衡量。
它與總線寬度和總線頻率有關(guān),總線寬度越寬,頻率越快,數(shù)據(jù)傳輸率越高。

3.14設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHz,一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù),試問(wèn)總線的帶寬是多少?

答：
由于:f=8MHz,T=1/f=1/8M秒,一個(gè)總線周期即是一個(gè)時(shí)鐘周期
所以:總線帶寬=16/(1/8M) = 128Mbps

3.15 在一個(gè)32位的總線系統(tǒng)中，總線的時(shí)鐘頻率為66 MHz,假設(shè)總線最短傳輸周期為4個(gè)時(shí)鐘周期,試計(jì)算總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高數(shù)據(jù)傳輸率,可采取什么措施?

答：
總線傳輸周期 =4*1/66M 秒
總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率 =32/(4/66M)=528Mbps
若想提高數(shù)據(jù)傳輸率,可以提高總線時(shí)鐘頻率、增大總線寬度或者減少總線傳輸周期包含的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)。

3.16 在異步串行傳送系統(tǒng)中,字符格式為:1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校驗(yàn)位、2個(gè)終止位。若要求每秒傳送120個(gè)字符,試求傳送的波特率和比特率。

答：
一幀包含: 1+8+1+2=12 位
故波特率為:(1+8+1+2)*120=1440bps
比特率為: 8 *120=960bps文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-412152.html

到了這里，關(guān)于計(jì)算機(jī)組成原理（第三版）唐朔飛-第三章系統(tǒng)總線-課后習(xí)題的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！