第三章 系统总线

第三章 系统总线

学习本章应重点掌握：

(1)	有关总线的基本概念。

(2)	如何克服总线的瓶颈。

(3)	如何对总线进行管理，包括判优控制和通信控制。

本章的难点是总线的通信控制，既要解决通信双方如何获知传输的开始和结束，又要使通信双方按规定的协议互相协调配合来完成通信任务。

必记知识点

1. 总线是连接多个部件(模块)的信息传输线，是各部件共享的传输介质

2. 总线的传输周期是指一次总线操作所需的时间，简称总线周期(包括申请阶段、寻址阶段、 传送阶段和结束阶段)

3. 总线标准是国际公布或推荐的互联各个模块的标准，它是把各种不同的模块组成计算机系统（或计算机应用系统）时必须遵守的规范
   

4. 总线的分类

划分依据	总线类型
连接部件不同	片内总线 、系统总线、通信总线
传输内容	地址总线、数据总线、控制总线
数据传输方式	同步总线、异步总线

5. 总线控制

• 总线控制包括总线判优和通信控制
• 判优控制分为集中式和分布式
• 集中式判优：链式查询、计数器定时查询、独立请求
• 通信控制：同步、异步、半同步、分离式
• 异步通信：不互锁、半互锁、全互锁

6. 为了减轻总线负载且避免多个部件同时占用总线，以CPU片内总线为例，在每个需要将信息送至总线的寄存器输出端接三态门，由三态门的控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出。当控制端无效时，寄存器和总线之间呈高阻状态。
7. 试比较链式查询方式、计数器定时査询方式和独立请求方式各自的特点

• 链式査询方式只需1根总线请求线(BR)、1根总线忙线(BS)和1根总线同意线 (BG)。BG线像链条一样，串联所有的设备，设备的优先级是固定的，结构简单，容易扩充设备,但对电路故障十分敏感，一旦第i个设备的接口电路有故障，则第i个设备以后的设备都不能进行工作。
• 计数器定时查询方式的总线请求(BR)和忙(BS)线是各设备共用的，但还需lbN(N为设备 数)根设备地址线实现查询。设备的优先级可以不固定,控制比链式查询复杂，电路故障不如链式査询方式敏感。
• 独立请求方式控制线数量多,N个设备共有W根总线请求线和N根总线同意线，总线仲裁线路更复杂。但响应时间快，且设备优先级的次序控制灵活，可以预先固定，也可通过程序来改 变优先次序，还可在必要时屏蔽某些设备的请求。

8. 总线的负载能力即驱动能力，是指当总线接上负载后，总线输入输出的逻辑电平是否能保持在正常的额定范围内。

• 波特率为单位时间内传输的二进制数据的位数
• 比特率为单位时间内传输的二进制有效数据的位数

选择题

1. 在三种集中式总线控制中，独立请求方式响应时间最快，是以增加控制线数为代价的（没有增加处理机的开销）。
2. 所谓三总线结构的计算机是指I/O总线、主存总线和DMA总线三组传输线
3. 一棵PCI总线树中可能具有多条PCI总线；PCI总线是一个与处理器时钟频率无关的高速外部总线
4. 在同步通信中，一个总线周期的传输过程是先传输地址，再传输数据
5. 计算机之间的远距离通信除了直接由网卡经网线传输外，还可用RS-232总线通过载 波电话线传输。
6. 在多机系统中，某个CPU需访问共享存储器(供所有CPU访问的存储器)，通常釆用半互锁类型的联络方式实现通信。
7. 在单机系统中，CPU向存储器写信息，通常釆用不互锁类型的联络方式。
8. 用户可采用USB总线方便地将键盘、打印机、U盘、鼠标等直接与PC连接。

填空题

1. 系统总线是连接主存、CPU、IO之间的信息传送线
2. Plug and Play的含义是即插即用 。 PCI和USB总线标准具有这种功能
3. 总线上的主模块是指获得总线控制权的设备，从模块是指被主设备访问的设备，只能响应从主设备发过来的各种总线命令 。
4. 每个总线部件一般都配有三态门电路，以避免总线访问冲突，当某个部件不占用总线时,由该电路禁止向总线输出信息。
5. 总线同步通信影响总线效率的原因**是必须按最慢速度的部件来设计公共时钟周期
6. USB总线便于实现PC与外设的简单快速连接，AGP总线有利于多媒体计算机处理三维数据

问答题

1. 什么是总线判优？为什么需要总线判优？

总线判优就是当总线上各个主设备同时要求占用总线时，通过总线控制器，按一定的优 先等级顺序确定某个主设备可以占用总线。

因为总线传输的特点就是在某一时刻，只允许一个部件向总线发送信息，如果有两个以上的部件同时向总线发送信息，势必导致信号冲突传输无效,故需用判优来解决。

2. 什么是总线通信控制？为什么需要总线通信控制？

总线通信主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调配合。

因为总线是众多部件共享的，在传送时间上只能用分时方式来解决，所以通信双方必须按某种约定的方式进行通信。

3. 什么是总线标准？为什么要制定总线标准？

总线标准是国际公布或推荐的互联各个模块的标准，这个标准为各模块互联提供一个标准界面（接口），这个界面对它两端的模块都是透明的，即界面的任一方只需根据总线标准的要求来完成自身一方接口的功能，而不必考虑对方与界面的接口方式。

制定总线标准使系统设计简化,便于模块生产批量化，确保其性能稳定，质量可靠，实现可移化，便于维护等，较好地解决了系统、模块、设备与总线之间不适应、不通用及不匹配等问题。

4. 在高档PC中，流行使用三总线(系统总线，PCI总线、ISA或EISA总线)结构。说明这三 种总线的连接关系，并举例说明每种总线上所连接的部件。

在高档PC机中，
系统总线主要连接CPU和存储器；
PCI总线主要连接多媒体卡、高速局 域网适配器、高性能图形板等高速部件；
ISA或EISA总线连接图文传真机、调制解调器、打印机等低速部件。

系统总线和PCI总线通过PCI桥路相连，
PCI总线又通过标准总线控制器与ISA 和EISA总线相连。

5. 计算机中采用总线结构有何优点？

计算机中釆用总线结构便于故障诊断与维护，便于模块化结构设计和简化系统设计，便于系统扩展和升级，便于生产各种兼容的软、硬件

6. 串行传输和并行传输有何区别？各应用于什么场合？

串行传输是指数据在一条线路上按位依次进行传输，线路成本低，但速度慢，适合于远距离的数据传输。

并行传输是每个数据位都有一条独立的传输线，所有的数据位同时传输,其传输 速度快、成本高,适合于近距离、高速传输的场合