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第六章 系统总线
第一节 总线的基本概念
一、总线的分类
1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。
2．系统总线：连接计算机系统中各个功能模块或设备的总线，作为计算机硬件系统的主干。 3．内部总线：连接CPU内部各部件的总线。 4．总线的分类：
① 按传送格式分为：串行总线、并行总线； ② 按时序控制方式分为：同步总线、异步总线；
③ 按功能分为：系统总线、CPU内部总线、各种局部总线。
④ 按数据传输方向分为：单工总线和双工总线，双工总线又分为半双工总线和全双工总线。
历年真题
1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。（2001年）
2．下列说法中正确的是（ ）。（2003年）
A．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息 B．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息 C．半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息 D．半双工总线可以在两个方向上同时传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息
【分析】根据总线上信号的传递方向，总线可分为单向传输（单工）总线和双向传输（双工）总线，而双工总线又可分为半双工总线和全双工总线。其中单工总线只能向一个方向传递信号，半双工总线可以在两个方向上轮流传递信号，全双工总线可以在两个方向上同时传递信号。
【答案】C
二、总线的信息传输方式
1．串行传输：是指数据的传输在一条线路上按位进行。（只需一条数据传输线，线路的成本低，适合于长距离的数据传输）。在串行传输时，被传输的数据在发送设备中进行并行到串行的变换，在接收设备中进行串行到并行的变换。
2．并行传输：每个数据位都需要单独一条传输线，所有的数据位同时进行传输。
3．复合传输：又称总线复用的传输方式，它使不同的信号在同一条信号线上传输，不同的信号在不同的时间片中轮流地身总线的同一条信号线上发出。（它与并串传输的区别在于分时地传输同一数据源的不同信息。）
4．消息传输方式：总线的信息传输方式之一，将总线需要传送的数据信息、地址信息、和控制信息等组合成一个固定的数据结构以猝发方式进行传输。
历年真题
1．串行总线主要用于（ ）。（2002年）
A．连接主机与外围设备 B．连接主存与CPU
C．连接运算器与控制器 D．连接CPU内部各部件
【分析】串行通信方式由于其信息传送速度慢、信息传送的距离较长、所使用的信号线数量较少等特点，主要用于连接主机和慢速的外围设备，例如主机与串行鼠标之间的信息传送。
【答案】A
2．不同信号在同一条信号线上分时传输的方式称为（ ）。（2005年） A．总线复用方式 B．并串行传输方式 C．并行传输方式 D．串行传输方式
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【分析】串行传输是指数据的传输在一条线路上按位进行。并行传输是每个数据位都需要单独一条传输
线，所有的数据位同时进行传输。不同信号在同一条信号线上分时传输的方式称为总线复用方式。
【答案】A
3．什么是串行总线?什么是并行总线?试比较它们的应用场合。（2004年、2008年）
【答案】串行总线的数据传输是在一条线路上按位进行。线路成本低，传送速度慢。适用场合：主机与低速外设间的传送、远距离通信总线的数据传送、系统之间的数据传送。
并行总线的每个数据位都需要单独一条传输线，所有的数据位同时进行传输。线路成本高，传送速度快。适用场合：短距离的高速数据传输。
三、总线的通信定时方式
1．同步通信：所有的设备都从一个公共的时钟信号中获得定时信息。适合各设备速度固定且一致（或差异不大）的场合。
2．异步通信：使用一个在CPU和设备之间的“握手”信号，去除了公共的时钟信号，从而使得操作变成异步的。有非互锁、半互锁、全互锁三种类型。适合：各设备速度差异较大的场合。
历年真题
1．在不同速度的设备之间传送数据，（ ）。（2001年）
A．必须采用同步控制方式 B．必须采用异步控制方式 C．可以选用同步方式，也可选用异步方式 D．必须采用应答方式
【分析】在不同速度的设备之间进行数据传送，既可以使用同步方式，也可以使用异步方式。异步方式主要是用于在不同的设备之间进行通信，而如果两种速度的设备使用同一个时钟信号进行控制，采用同步的数据传送方式，同样可以进行数据的传送，只是快速设备的速度性能发挥不出来。
【答案】C
2．异步传送方式常用于（ ）中，作为主要控制方式。（2002年） A．微型机的CPU内部控制 B．硬连线控制器 C．微程序控制器 D．串行I/O总线 【分析】异步传输方式主要用于控制两种速度有一定差别的设备的信息传送，一般用在快速CPU与慢速的外设之间进行串行通信的场合。
【答案】D
3．串行通信只能采用异步方式。（2003年）
【分析】串行通信是指数据的传输是在一条传输线路上按位进行，它可以采用异步方式，也可以采用同步方式。采用异步方式时，发送与接收设备之间采用“握手”信号来进行同步，而采用同步方式时，发送与接收设备都从同一个公共的时钟信号中获得定时信息。
【答案】串行通信可以采用异步方式，也可以采用同步方式。
4．波特率表示传输线路上（ ）。（2005年）
A．信号的传输速率 B．有效数据的传输速率 C．校验信号的传输速率 D．干扰信号的传输速率 【分析】波特率是码元传输速率，每秒通过信道传输的码元数。（传的是信号）。比特率是信息位传输速率，每秒钟通过信道传输的有效信息量。（传的是信息）
【答案】A
5．总线时钟频率为40MHz，每4个时钟周期传输一个数据字，每字为32位。该总线的数据传输率为多少字节/秒？（2006年）
【答案】每秒传送的数据字为：40×106÷4＝107字/秒 每字为32位，即4个字节
数据传输率为：107×4＝40×106字节/秒
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第二节 总线控制
一、总线控制的基本概念
1．主设备：获得总线控制权的设备。 2．从设备：被主设备访问的设备。
3．总线事务：从总线的请求到完成总线的使用的操作序列。 4．总线访问延迟：是主设备为获得总线控制权而等待的时间。 5．总线周期：是主设备占用总线的时间。
6．总线裁决方式：决定总线由哪个设备进行控制的方式。总线裁决方式可分为集中式裁决和分布式裁决两种。
历年真题 1．“总线忙”信号由（ ）建立。（2000年）
A．获得总线控制权的设备 B．发出“总线请求”的设备 C．总线控制器 D．CPU
【分析】在总线控制机制中，准备使用总线的设备向总线控制器发出“总线请求”由总线控制器进行裁决。如果经裁决允许该设备使用总线，就由总线控制器向该设备发出一个“总线允许”信号。该设备接收到此信号后，发出一个“总线忙”信号用来通知其他设备总线己被占用。当该设备使用完总线时，将“总线忙”信号撤销，释放总线。
【答案】A
2．挂接在总线上的多个部件（ ）。（2001年）
A．只能分时向总线发送数据，并只能分时从总线接收数据 B．只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据 C．可同时向总线发送数据，并同时从总线接收数据
D．可同时向总线发送数据，但只能分时从总线接收数据 【分析】为了使总线上的数据不发生“碰撞”，挂接在总线上的多个设备只能分时地向总线发送数据，即每一个时刻只能有一个设备可以向总线传送数据，而从总线上接收数据的设备可有多个，因为接收数据的设备不会对总线产生“干扰”。
【答案】B
3．在总线上，同一时刻（ ）。（2003年） A．只能有一个主设备控制总线传输操作 B．只能有一个从设备控制总线传输操作
C．只能有一个主设备和一个从设备控制总线传输操作 D．可以有多个主设备控制总线传输操作
【分析】总线上的设备要控制总线必须先获得总线的控制权，获得总线控制权的设备称为主设备，被主设备访问的设备称为从设备。在总线上信息的传输由主设备启动，一条总线上可以有多个设备能成为主设备，但在同一时刻只能有一个主设备控制总线的传输操作。
【答案】A
4．总线上信息的传输总是由（ ）。（2006年） A.CPU启动 B.总线控制器启动 C.总线主设备启动 D.总线从设备启动
【分析】主设备是获得总线控制权的设备，总线上信息的传输由总线主设备启动。 【答案】C
二、总线裁决的方式（没考过）
1．总线裁决方式可分为集中式裁决和分布式裁决两种。
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（1）集中式裁决将总线的控制功能用一个专门的部件实现，这个部件可以位于连接在总线的某个设备上。
当一个设备需要向共享总线传输数据时，它必须先发出请求，在得到许可时才能发出数据。裁决部件接收来自各个设备的总线使用请求信号，向其中某一个设备发出总线许可信号。
（2）分布式裁决将控制功能分布在连接在总线上的各设备中，一般是固定优先级的。每个设备分配一个优先号，发出总线请求的设备将自己的优先号送往请求线上，与其他设备的请求信号构成一个合成信号，并将这个合成裁决信号读入以判断是否有优先级更高的设备申请总线。这样可使得优先级最高的设备获得总线使用权。
2．集中式裁决有三种方式：
（1）链式查询方式（菊花链方式）：各申请总线的设备合用一条总线作为请求信号线，而总线控制设备的响应信号线则串接在各设备间。
（2）计数器定时查询方式：集中式总线裁决方式之一，设备要求使用总线时通过一条公用请求线发出，总线控制器按计数的值对各设备进行查询。
（3）独立请求方式：集中式总线裁决方式之一，每一个设备都有一个独立的总线请求信号线送到总线控制器，控制器也给各设备分别发送一个总线响应信号。
独立请求方式和链式查询方式的结合可构成分组链式查询方式。
第三节 总线接口
一、总线接口的基本功能
1、总线接口是连接在总线上的设备与总线的接口电路，是CPU、内存、外围设备与总线之间连接的逻辑部件
2、系统总线接口的基本功能
（1）控制：传递总线上的控制信息，主设备会通过总线接口向从设备发出控制信息。 （2）数据缓存：在总线传递信息时，在总线接口中临时存放数据。
（3）状态设置：通过总线和转换从设备的工作信息，便于主设备了解从设备的信息。 （4）数据转换：某些总线接口需要对传递的数据进行转换。 （5）整理：对接口本身进行调整。 （6）程序中断。
历年真题
1．系统总线接口有哪几项基本功能？（2005年）
【答案】①控制：传递总线上的控制信息，主设备会通过总线接口向从设备发出控制信息。②数据缓存：在总线传递信息时，在总线接口中临时存放数据；③状态设置通过总线和转换从设备的工作信息，便于主设备了解从设备的信息。④数据转换：某些总线接口需要对传递的数据进行转换。⑤整理：对接口本身进行调整。⑥程序中断。
2．什么是总线接口?基本功能是什么?（2007年）
【答案】总线接口是连接在总线上的设备与总线的接口电路。基本功能是①控制：传递总线上的控制信息，主设备会通过总线接口向从设备发出控制信息。②数据缓存：在总线传递信息时，在总线接口中临时存放数据；③状态设置通过总线和转换从设备的工作信息，便于主设备了解从设备的信息。④数据转换：某些总线接口需要对传递的数据进行转换。⑤整理：对接口本身进行调整。⑥程序中断。
二、串行总线和并行总线接口
串行总线和并行总线接口：串行接口和并行接口都是总线与设备之间的接口部件，但与设备间的数据格式不同。串行接口与外设之间串行，与系统总线之间并行。并行接口与外设之间并行，与系统总线之间并行。
历年真题
1．串行接口是指（ ）。（2008年） A．接口与系统总线之间采取串行传送 B．接口与外围设备之间采取串行传送
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C．接口的两侧采取串行传送
D．接口内部只能串行传送
【分析】串行接口和并行接口都是总线与设备之间的接口部件，但与设备间的数据格式不同。串行接口与外设之间串行，与系统总线之间并行。并行接口与外设之间并行，与系统总线之间并行。
【答案】B
三、提高总线速度的措施（没考过）
提高总线速度的措施：
（1）从物理层次：①增加总线宽度；②增加传输的数据长度；③缩短总线长度；④降低信号电平；⑤采用差分信号；⑥采用多条总线。
（2）从逻辑层次：①1简化总线传输协议；②2采用总线复用技术；③采用消息传输协议。
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