第3章 系统总线

 

1. 什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？

答：P41.总线是一种能由多个部件分时共享的公共信息传送线路。

    总线传输的特点是：某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。

    为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。

 

2. 总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用，是单向的，还是双向的，它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？

答：按照连接部件的不同，总线可以分为片内总线、系统总线和通信总线。

    系统总线是连接CPU、主存、I/O各部件之间的信息传输线。

    系统总线按照传输信息不同又分为地址线、数据线和控制线。地址线是单向的，其根数越多，寻址空间越大，即CPU能访问的存储单元的个数越多；数据线是双向的，其根数与存储字长相同，是机器字长的整数倍。

 

3. 常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。

答：略。见P52-55。

 

4. 为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？

答：总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；

    常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求；

    特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

 

5. 解释下列概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期和总线的通信控制。

答：P46。

    总线宽度：通常指数据总线的根数；

    总线带宽：总线的数据传输率，指单位时间内总线上传输数据的位数；

    总线复用：指同一条信号线可以分时传输不同的信号。

    总线的主设备（主模块）：指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备（模块）；

    总线的从设备（从模块）：指一次总线传输期间，配合主设备完成数据传输的设备（模块），它只能被动接受主设备发来的命令；

    总线的传输周期：指总线完成一次完整而可靠的传输所需时间；

    总线的通信控制：指总线传送过程中双方的时间配合方式。

 

6. 试比较同步通信和异步通信。

答：同步通信：指由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合。

    异步通信：指没有统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。

 

7. 画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互锁关系？

答：见P61-62，图3.86。

 

8. 为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点？

答：半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。

 

9. 分离式通讯有何特点，主要用于什么系统？

答：分离式通讯的特点是：

    （1）各模块欲占用总线使用权都必须提出申请；

    （2）在得到总线使用权后，主模块在先定的时间内向对方传送信息，采用同步方式传送，不再等待对方的回答信号；

    （3）各模块在准备数据的过程中都不占用总线，使总线可接受其它模块的请求；

    （4）总线被占用时都在做有效工作，或者通过它发送命令，或者通过它传送数据，不存在空闲等待时间，充分利用了总线的占用，从而实现了总线在多个主、从模块间进行信息交叉重叠并行传送。

    分离式通讯主要用于大型计算机系统。

 

10. 为什么要设置总线标准？你知道目前流行的总线标准有哪些？什么叫plug and play？哪些总线有这一特点？

答：总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；

    目前流行的总线标准有：ISA、EISA、PCI等；

    plug and play：即插即用，EISA、PCI等具有此功能。

 

11. 画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。

答：在总线的两端分别配置三态门，就可以使总线具有双向传输功能。

       http://s14/middle/6e3d73444af00d3b3a5bd&690

 

12. 设数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器，要求选用合适的74系列芯片，完成下列逻辑设计：

（1） 设计一个电路，在同一时间实现D→A、D→B和D→C寄存器间的传送；

（2） 设计一个电路，实现下列操作：

T0时刻完成D→总线；

T1时刻完成总线→A；

T2时刻完成A→总线；

T3时刻完成总线→B。

解：（1）由T打开三态门将 D寄存器中的内容送至总线bus，由cp脉冲同时将总线上的数据打入到 A、B、C寄存器中。 T和cp的时间关系如图（1）所示。

      http://s15/middle/6e3d73444af00d405361e&690

       图（1）

（2）三态门1受T0＋T1控制，以确保T0时刻D→总线，以及T1时刻总线→接收门1→A。三态门2受T2＋T3控制，以确保T2时刻A→总线，以及T3时刻总线→接收门2→B。T0、T1、T2、T3波形图如图（2）所示。

     http://s15/middle/6e3d73444af00d46a0cee&690

     图(2)

 

13. 什么是总线的数据传输率，它与哪些因素有关？

答：总线数据传输率即总线带宽，指单位时间内总线上传输数据的位数，通常用每秒传输信息的字节数来衡量。它与总线宽度和总线频率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高。

 

14. 设总线的时钟频率为8MHZ，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据，试问总线的带宽是多少？

解：由于：f=8MHz,T=1/f=1/8M秒，一个总线周期等于一个时钟周期

    所以：总线带宽=16/（1/8M） = 128Mbps

 

15. 在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHZ，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，可采取什么措施？

解：总线传输周期=4*1/66M秒

    总线的最大数据传输率=32/(4/66M)=528Mbps

    若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增大总线宽度或者减少总线传输周期包含的时钟周期个数。

 

16. 在异步串行传送系统中，字符格式为：1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。若要求每秒传送120个字符，试求传送的波特率和比特率。

解：一帧包含：1+8+1+2=12位

    故波特率为：（1+8+1+2）*120=1440bps

    比特率为：8*120=960bps