微机原理与接口技术（第3版）习题与答案 第13章

微机原理与接口技术（第3版）习题答案第13章习题答案13-1什么是总线？其特点是什么？【解答】总线是一组公用信号线的集合，是一种在各模块或各设备间传送信息的公共通路。总线的特点是：(1)共享性所谓共享性表现为总线是一组公共信号线，在总线上挂接多个芯片或部件，并分时享用总线。单根信号线不能称为总线，两个芯片或部件之间的多根信号线也不能称为总线。(2)可扩展性所谓可扩充性表示在总线上的信号线一般具有通用性，像数据总线、地址总线和控制总线都具有通用性，使连接的部件有较强兼容性，方便系统功能模块扩展。(3)竞争仲裁共享必然引起争用，总线在争用的基础上工作，争用处理是总线分时共享的策略。总线设计为争用解决设计算法，合理分配各共享资源的总线占用。13-2根据微型计算机系统不同层次，微型机系统中共有哪几类总线?根据总线长度区分，总线可分为哪几类总线?【解答】根据微型计算机系统不同层次，微型机系统中共有四类总线，分别为：片内总线、系统总线、局部总线及外部总线。根据总线长度区分，总线可分为：毫米级芯片内总线、厘米级芯片间总线、分米级机箱内总线（如ISA、PCI、I2C及SPI等）、十米级机柜间总线（RS232、VXI等）及千米级现场总线（FF、Profibus等）。13-3试说明ISA、PCI和USB总线的主要特点和用途。【解答】ISA的主要特点为：①I/O空间0100H～03FFH；②24位地址线(16MB寻址空间)；③时钟频率8MHz，数据传输率16MB/s；④提供11个中断请求输入，7个DMA通道；⑤采用单总线结构，数据总线最高16位；⑥采用独立请求式的总线裁决，静态优先级算法；⑦数据同步传送；⑧总线时钟是系统主板频率的1/8。主要用途为：ISA总线用于连接插件板，它以通道形式经过扩充和再驱动而连接到扩充槽上，扩充插槽固定在系统主板上，每个系统主板上有多个ISA插槽，满足不同需求和功能的插件板(显示卡、声卡、网卡等)可插入ISA总线插槽中。PCI主要特点为：①高总线带宽，最高时钟速率为33MHz，32位和64位两种数据通道；②多总线结构，可与ISA、EISA和MCA微通道等多种总线兼容；③支持Pentium微处理器的成组数据传送方式；④允许多处理器工作，支持总线主控方式，允许多处理器中的任何一个成为总线主控设备，对总线操作进行控制。⑤具有自动配置能力，配置软件能够自动地根据当前系统的使用状况，分配未被使用的地址和中断，以解决可能出现的冲突。⑥实现触发级的中断，这种中断支持中断共享。⑦PCI总线支持高达10个外围设备，而且其中的某些外围设备必须嵌入到系统主板上。主要用途：PCI是高速外围总线，又是至关重要的层间总线，将计算机主板上的各层总线“粘合”成一个整体。USB主要特点为：①共享性：具有广泛的应用性，适应不同的设备，传输率从几kbps到几Mbps，乃至上百Mbps，并在同一根电缆上支持同步、异步两种传输模式。②实时性：与PC产业的发展相一致，具有简单而完整的协议。实现了现今PC所要求的即插即用的体系结构，并与现有的操作系统相适应，不会产生任何冲突。③动态性：其电缆连接和连接头只有单一的模型，电气特性与用户无关。可以自行检测外设，自行进行设备设置和驱动，提供动态连接、动态识别等特性。④联合性：可以对多个设备同时进行操作，最多可接127个外围设备，在主机和设备之间可传输多个数据和报文，并利用底层协议，提高了总线利用率。将外设和主机硬件进行了最优集成，并提供低价的电缆和连接头等设备，因而也促进了低价外设的发展。⑤容错性：在协议中规定了出错处理和差错恢复的机制，可以对有缺陷的设备进行认定，对错误的数据进行恢复或报告。⑥多能性：各个不同的接口可以使用不同的供电模式。主要用途：USB总线为计算机各模块间的通信提供了共享的通道。USB总线解决了一些相对较慢设备的I/O操作需要。13-4PCI总线是通过什么与微处理机连接的？【解答】微处理机以及存储器子系统与PCI总线以及扩展总线之间是各自独立的、非耦合的关系。所有的PCI总线上部件都与PCI总线相连,然后再经由PCI总线桥依次与微处理机相连。13-5试说明PCI局部总线结构中，遗留总线是通过什么与微处理器连接的？【解答】遗留总线与PCI总线之间有一个PCI/遗留总线桥，将两个总线连接在一起。微处理机以及存储器子系统与PCI总线以及扩展总线之间是各自独立的、非耦合的关系。所有的PCI总线上部件都与PCI总线相连,然后再经由PCI总线桥依次与微处理机相连。13-6什么是USB串行总线？【解答】USB(UniversalSerialBus，通用串行总线)是由COMPAQ、DIGITALEQUIPMENT、IBM、Intel、Microsoft、NEC等七家公司共同开发的一种新型的外设连接技术，它在传统计算机组织结构的基础上，引入了网络的某些技术，以最终解决和简化计算机与外部设备的连接。总线为计算机各模块间的通信提供了共享的通道。USB总线解决了一些相对较慢设备的I/O操作需要。13-7USB串行总线是通过什么与微处理器连接的？【解答】USB支持热插拔（Hotplug）和即插即用(Plug&Play)。当设备插入时，主机枚举（enumerate）此设备并加载所需的驱动程序。USB的主机控制器(HOST)永远连接在PC的USB端上，所有的其他连接到主机控制器(HOST)上的都称为设备，设备与设备之间是无法实现直接通信的，只有通过主机控制器(HOST)的管理与调节才能够实现数据的互相传送。在系统中，通常会有一个根集线器(HUB)，这个根集线器一般有两个下行的端口。USB的设备处于USB结构的末端，可以直接接在PC上的任意的USB接口上；也可使用集线器扩展，使更多的USB设备连接到系统中。USB的集线器有一个上行端口，有多个下行端口(连接其他的设备)，从而可以使整个系统可以扩展连接127个外设，其中HUB也算外设。13-8USB串行总线体系结构分几层？每层的作用是什么？【解答】分为三层，分别是物理层、链路层、应用层。作用：物理层总线接口包括机械、电气、功能和规程等定义。链路层是主控设备(HOST)系统与USB设备之间建立的端点到端点的传送协议，它能接收上层应用层下达的无USB格式的控制命令和数据信息，并将其封装成USB格式，发送到物理层；它还能接收下层传送来的USB格式的状态和数据帧，并将USB帧撤封，转换成无USB的数据格式，传送给上层。应用层是用管道进行操作的。一个USB管道是设备上的一个端点和主机上的软件的结合体。13-9SCSI总线的主要特点是什么？【解答】SCSI主要特点：①SCSI是一种低成本的通用多功能的计算机与外部设备并行外部总线，可以采用异步传送，当采用异步方式传送8位的数据时，传送速率可达1.5MB/s。也可以采用同步传送，速率达5MB/s。其下一代SCSI-2(fastSCSI)的速率为10MB/s；UltraSCSI的传输速率为20MB/s；Ultra-WideSCSI(即数据为32位宽)的传送速率高达40MB/s。②SCSI的启动设备(命令别的设备操作的设备)和目标设备(接受请求操作的设备)通过高级命令进行通信，不涉及外设的物理层如磁头、磁道、扇区等物理参数，所以不管是否与磁盘或CD-ROM接口，都不必修改硬件和软件，是一种连接很方便的通用接口。它也是一种智能接口，对于多媒体集成接口此标准更显重要。③当采用单端驱动器和单端接收器时，允许电缆可长达6m；当采用差动驱动器和差动接收器时，允许电缆可长达25m。总线上最多可挂接8台总线设备(包括适配器和控制器)。但在任何时刻只允许两个总线设备进行通信。目前数据宽度有8位和32位两种。13-10试说明微机中采用AGP总线的原因。【解答】AGP以PCI为基础，但在物理上、电气上和逻辑上独立于PCI。与PCI带有多个连接器(插槽)的真正总线不同，AGP是专为系统中一块视频卡设计的点到点高性能连接，只有一个AGP插槽可以插入单块视频卡。AGP是一种高速连接，以66MHz的基频运行(实际为66.66MHz)，为标准PCI的两倍。由于AGP独立于PCI，使用AGP视频卡将省出PCI总线用于更多的传统输入/输出，如IDE/ATA或SCSI控制器、USB控制器、声卡等。除了能获得更快的视频性能，AGP还允许视频卡与系统RAM直接进行高速连接。这将允许AGP视频卡直接存取系统RAM，减少了越来越多视频内存的需求。AGP将使视频卡的速度能满足高速3D图形渲染，以及将来在PC上显示全活动视频的需要。13-11请对I2C、SPI两种总线标准进行比较。【解答】①I2C总线不是全双工，2根线SCLSDA。SPI总线实现全双工，4根线SCKCSMOSIMISO②I2C总线是多主机总线，通过SDA上的地址信息来锁定从设备。SPI总线只有一个主设备，主设备通过CS片选来确定从设备。③I2C总线传输速度在100kbps-4Mbps。SPI总线传输速度更快，可以达到30MHZ以上。④I2C总线空闲状态下SDASCL都是高电平。SPI总线空闲状态MOSIMISO也都是SCK是有CPOL决定的⑤I2C总线SCL高电平时SDA下降沿标志传输开始，上升沿标志传输结束。SPI总线由SCLK提供时钟脉冲，MOSI，MISO则基于此脉冲完成数据传输。数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的