微機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版）習(xí)題與答案 第13章

微機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版）習(xí)題答案第13章習(xí)題答案13-1什么是總線？其特點(diǎn)是什么？【解答】總線是一組公用信號(hào)線的集合，是一種在各模塊或各設(shè)備間傳送信息的公共通路?？偩€的特點(diǎn)是：(1)共享性所謂共享性表現(xiàn)為總線是一組公共信號(hào)線，在總線上掛接多個(gè)芯片或部件，并分時(shí)享用總線。單根信號(hào)線不能稱(chēng)為總線，兩個(gè)芯片或部件之間的多根信號(hào)線也不能稱(chēng)為總線。(2)可擴(kuò)展性所謂可擴(kuò)充性表示在總線上的信號(hào)線一般具有通用性，像數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線都具有通用性，使連接的部件有較強(qiáng)兼容性，方便系統(tǒng)功能模塊擴(kuò)展。(3)競(jìng)爭(zhēng)仲裁共享必然引起爭(zhēng)用，總線在爭(zhēng)用的基礎(chǔ)上工作，爭(zhēng)用處理是總線分時(shí)共享的策略?？偩€設(shè)計(jì)為爭(zhēng)用解決設(shè)計(jì)算法，合理分配各共享資源的總線占用。13-2根據(jù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同層次，微型機(jī)系統(tǒng)中共有哪幾類(lèi)總線?根據(jù)總線長(zhǎng)度區(qū)分，總線可分為哪幾類(lèi)總線?【解答】根據(jù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同層次，微型機(jī)系統(tǒng)中共有四類(lèi)總線，分別為：片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、局部總線及外部總線。根據(jù)總線長(zhǎng)度區(qū)分，總線可分為：毫米級(jí)芯片內(nèi)總線、厘米級(jí)芯片間總線、分米級(jí)機(jī)箱內(nèi)總線（如ISA、PCI、I2C及SPI等）、十米級(jí)機(jī)柜間總線（RS232、VXI等）及千米級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF、Profibus等）。13-3試說(shuō)明ISA、PCI和USB總線的主要特點(diǎn)和用途?！窘獯稹縄SA的主要特點(diǎn)為：①I(mǎi)/O空間0100H～03FFH；②24位地址線(16MB尋址空間)；③時(shí)鐘頻率8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率16MB/s；④提供11個(gè)中斷請(qǐng)求輸入，7個(gè)DMA通道；⑤采用單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線最高16位；⑥采用獨(dú)立請(qǐng)求式的總線裁決，靜態(tài)優(yōu)先級(jí)算法；⑦數(shù)據(jù)同步傳送；⑧總線時(shí)鐘是系統(tǒng)主板頻率的1/8。主要用途為：ISA總線用于連接插件板，它以通道形式經(jīng)過(guò)擴(kuò)充和再驅(qū)動(dòng)而連接到擴(kuò)充槽上，擴(kuò)充插槽固定在系統(tǒng)主板上，每個(gè)系統(tǒng)主板上有多個(gè)ISA插槽，滿(mǎn)足不同需求和功能的插件板(顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡等)可插入ISA總線插槽中。PCI主要特點(diǎn)為：①高總線帶寬，最高時(shí)鐘速率為33MHz，32位和64位兩種數(shù)據(jù)通道；②多總線結(jié)構(gòu)，可與ISA、EISA和MCA微通道等多種總線兼容；③支持Pentium微處理器的成組數(shù)據(jù)傳送方式；④允許多處理器工作，支持總線主控方式，允許多處理器中的任何一個(gè)成為總線主控設(shè)備，對(duì)總線操作進(jìn)行控制。⑤具有自動(dòng)配置能力，配置軟件能夠自動(dòng)地根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的使用狀況，分配未被使用的地址和中斷，以解決可能出現(xiàn)的沖突。⑥實(shí)現(xiàn)觸發(fā)級(jí)的中斷，這種中斷支持中斷共享。⑦PCI總線支持高達(dá)10個(gè)外圍設(shè)備，而且其中的某些外圍設(shè)備必須嵌入到系統(tǒng)主板上。主要用途：PCI是高速外圍總線，又是至關(guān)重要的層間總線，將計(jì)算機(jī)主板上的各層總線“粘合”成一個(gè)整體。USB主要特點(diǎn)為：①共享性：具有廣泛的應(yīng)用性，適應(yīng)不同的設(shè)備，傳輸率從幾kbps到幾Mbps，乃至上百M(fèi)bps，并在同一根電纜上支持同步、異步兩種傳輸模式。②實(shí)時(shí)性：與PC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相一致，具有簡(jiǎn)單而完整的協(xié)議。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)今PC所要求的即插即用的體系結(jié)構(gòu)，并與現(xiàn)有的操作系統(tǒng)相適應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生任何沖突。③動(dòng)態(tài)性：其電纜連接和連接頭只有單一的模型，電氣特性與用戶(hù)無(wú)關(guān)?？梢宰孕袡z測(cè)外設(shè)，自行進(jìn)行設(shè)備設(shè)置和驅(qū)動(dòng)，提供動(dòng)態(tài)連接、動(dòng)態(tài)識(shí)別等特性。④聯(lián)合性：可以對(duì)多個(gè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行操作，最多可接127個(gè)外圍設(shè)備，在主機(jī)和設(shè)備之間可傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)和報(bào)文，并利用底層協(xié)議，提高了總線利用率。將外設(shè)和主機(jī)硬件進(jìn)行了最優(yōu)集成，并提供低價(jià)的電纜和連接頭等設(shè)備，因而也促進(jìn)了低價(jià)外設(shè)的發(fā)展。⑤容錯(cuò)性：在協(xié)議中規(guī)定了出錯(cuò)處理和差錯(cuò)恢復(fù)的機(jī)制，可以對(duì)有缺陷的設(shè)備進(jìn)行認(rèn)定，對(duì)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)或報(bào)告。⑥多能性：各個(gè)不同的接口可以使用不同的供電模式。主要用途：USB總線為計(jì)算機(jī)各模塊間的通信提供了共享的通道。USB總線解決了一些相對(duì)較慢設(shè)備的I/O操作需要。13-4PCI總線是通過(guò)什么與微處理機(jī)連接的？【解答】微處理機(jī)以及存儲(chǔ)器子系統(tǒng)與PCI總線以及擴(kuò)展總線之間是各自獨(dú)立的、非耦合的關(guān)系。所有的PCI總線上部件都與PCI總線相連,然后再經(jīng)由PCI總線橋依次與微處理機(jī)相連。13-5試說(shuō)明PCI局部總線結(jié)構(gòu)中，遺留總線是通過(guò)什么與微處理器連接的？【解答】遺留總線與PCI總線之間有一個(gè)PCI/遺留總線橋，將兩個(gè)總線連接在一起。微處理機(jī)以及存儲(chǔ)器子系統(tǒng)與PCI總線以及擴(kuò)展總線之間是各自獨(dú)立的、非耦合的關(guān)系。所有的PCI總線上部件都與PCI總線相連,然后再經(jīng)由PCI總線橋依次與微處理機(jī)相連。13-6什么是USB串行總線？【解答】USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是由COMPAQ、DIGITALEQUIPMENT、IBM、Intel、Microsoft、NEC等七家公司共同開(kāi)發(fā)的一種新型的外設(shè)連接技術(shù)，它在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入了網(wǎng)絡(luò)的某些技術(shù)，以最終解決和簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接?？偩€為計(jì)算機(jī)各模塊間的通信提供了共享的通道。USB總線解決了一些相對(duì)較慢設(shè)備的I/O操作需要。13-7USB串行總線是通過(guò)什么與微處理器連接的？【解答】USB支持熱插拔（Hotplug）和即插即用(Plug&Play)。當(dāng)設(shè)備插入時(shí)，主機(jī)枚舉（enumerate）此設(shè)備并加載所需的驅(qū)動(dòng)程序。USB的主機(jī)控制器(HOST)永遠(yuǎn)連接在PC的USB端上，所有的其他連接到主機(jī)控制器(HOST)上的都稱(chēng)為設(shè)備，設(shè)備與設(shè)備之間是無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接通信的，只有通過(guò)主機(jī)控制器(HOST)的管理與調(diào)節(jié)才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳送。在系統(tǒng)中，通常會(huì)有一個(gè)根集線器(HUB)，這個(gè)根集線器一般有兩個(gè)下行的端口。USB的設(shè)備處于USB結(jié)構(gòu)的末端，可以直接接在PC上的任意的USB接口上；也可使用集線器擴(kuò)展，使更多的USB設(shè)備連接到系統(tǒng)中。USB的集線器有一個(gè)上行端口，有多個(gè)下行端口(連接其他的設(shè)備)，從而可以使整個(gè)系統(tǒng)可以擴(kuò)展連接127個(gè)外設(shè)，其中HUB也算外設(shè)。13-8USB串行總線體系結(jié)構(gòu)分幾層？每層的作用是什么？【解答】分為三層，分別是物理層、鏈路層、應(yīng)用層。作用：物理層總線接口包括機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程等定義。鏈路層是主控設(shè)備(HOST)系統(tǒng)與USB設(shè)備之間建立的端點(diǎn)到端點(diǎn)的傳送協(xié)議，它能接收上層應(yīng)用層下達(dá)的無(wú)USB格式的控制命令和數(shù)據(jù)信息，并將其封裝成USB格式，發(fā)送到物理層；它還能接收下層傳送來(lái)的USB格式的狀態(tài)和數(shù)據(jù)幀，并將USB幀撤封，轉(zhuǎn)換成無(wú)USB的數(shù)據(jù)格式，傳送給上層。應(yīng)用層是用管道進(jìn)行操作的。一個(gè)USB管道是設(shè)備上的一個(gè)端點(diǎn)和主機(jī)上的軟件的結(jié)合體。13-9SCSI總線的主要特點(diǎn)是什么？【解答】SCSI主要特點(diǎn)：①SCSI是一種低成本的通用多功能的計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備并行外部總線，可以采用異步傳送，當(dāng)采用異步方式傳送8位的數(shù)據(jù)時(shí)，傳送速率可達(dá)1.5MB/s。也可以采用同步傳送，速率達(dá)5MB/s。其下一代SCSI-2(fastSCSI)的速率為10MB/s；UltraSCSI的傳輸速率為20MB/s；Ultra-WideSCSI(即數(shù)據(jù)為32位寬)的傳送速率高達(dá)40MB/s。②SCSI的啟動(dòng)設(shè)備(命令別的設(shè)備操作的設(shè)備)和目標(biāo)設(shè)備(接受請(qǐng)求操作的設(shè)備)通過(guò)高級(jí)命令進(jìn)行通信，不涉及外設(shè)的物理層如磁頭、磁道、扇區(qū)等物理參數(shù)，所以不管是否與磁盤(pán)或CD-ROM接口，都不必修改硬件和軟件，是一種連接很方便的通用接口。它也是一種智能接口，對(duì)于多媒體集成接口此標(biāo)準(zhǔn)更顯重要。③當(dāng)采用單端驅(qū)動(dòng)器和單端接收器時(shí)，允許電纜可長(zhǎng)達(dá)6m；當(dāng)采用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和差動(dòng)接收器時(shí)，允許電纜可長(zhǎng)達(dá)25m?？偩€上最多可掛接8臺(tái)總線設(shè)備(包括適配器和控制器)。但在任何時(shí)刻只允許兩個(gè)總線設(shè)備進(jìn)行通信。目前數(shù)據(jù)寬度有8位和32位兩種。13-10試說(shuō)明微機(jī)中采用AGP總線的原因?！窘獯稹緼GP以PCI為基礎(chǔ)，但在物理上、電氣上和邏輯上獨(dú)立于PCI。與PCI帶有多個(gè)連接器(插槽)的真正總線不同，AGP是專(zhuān)為系統(tǒng)中一塊視頻卡設(shè)計(jì)的點(diǎn)到點(diǎn)高性能連接，只有一個(gè)AGP插槽可以插入單塊視頻卡。AGP是一種高速連接，以66MHz的基頻運(yùn)行(實(shí)際為66.66MHz)，為標(biāo)準(zhǔn)PCI的兩倍。由于AGP獨(dú)立于PCI，使用AGP視頻卡將省出PCI總線用于更多的傳統(tǒng)輸入/輸出，如IDE/ATA或SCSI控制器、USB控制器、聲卡等。除了能獲得更快的視頻性能，AGP還允許視頻卡與系統(tǒng)RAM直接進(jìn)行高速連接。這將允許AGP視頻卡直接存取系統(tǒng)RAM，減少了越來(lái)越多視頻內(nèi)存的需求。AGP將使視頻卡的速度能滿(mǎn)足高速3D圖形渲染，以及將來(lái)在PC上顯示全活動(dòng)視頻的需要。13-11請(qǐng)對(duì)I2C、SPI兩種總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。【解答】①I(mǎi)2C總線不是全雙工，2根線SCLSDA。SPI總線實(shí)現(xiàn)全雙工，4根線SCKCSMOSIMISO②I2C總線是多主機(jī)總線，通過(guò)SDA上的地址信息來(lái)鎖定從設(shè)備。SPI總線只有一個(gè)主設(shè)備，主設(shè)備通過(guò)CS片選來(lái)確定從設(shè)備。③I2C總線傳輸速度在100kbps-4Mbps。SPI總線傳輸速度更快，可以達(dá)到30MHZ以上。④I2C總線空閑狀態(tài)下SDASCL都是高電平。SPI總線空閑狀態(tài)MOSIMISO也都是SCK是有CPOL決定的⑤I2C總線SCL高電平時(shí)SDA下降沿標(biāo)志傳輸開(kāi)始，上升沿標(biāo)志傳輸結(jié)束。SPI總線由SCLK提供時(shí)鐘脈沖，MOSI，MISO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的