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1、系系 统统 总总 线线第第 三三 章章 1.1.什么是什么是什么是什么是总线总线总线总线？总线传输有何？总线传输有何？总线传输有何？总线传输有何特点特点特点特点？为了减轻总线的负载，总线上的为了减轻总线的负载，总线上的为了减轻总线的负载，总线上的为了减轻总线的负载，总线上的部件都部件都部件都部件都应应应应具备什么特点？具备什么特点？具备什么特点？具备什么特点？解：总线是解：总线是解：总线是解：总线是多个部件共享多个部件共享多个部件共享多个部件共享的传输部件；的传输部件；的传输部件；的传输部件；总线传输的总线传输的总线传输的总线传输的特点特点特点特点是：某一时刻只能有是：某一时刻只能有是：某一时
2、刻只能有是：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，一路信息在总线上传输，一路信息在总线上传输，一路信息在总线上传输，即分时使用；即分时使用；即分时使用；即分时使用；为了减轻总线负载，总线上的部件应为了减轻总线负载，总线上的部件应为了减轻总线负载，总线上的部件应为了减轻总线负载，总线上的部件应通过通过通过通过三态驱动缓冲电路三态驱动缓冲电路三态驱动缓冲电路三态驱动缓冲电路与总线连通。与总线连通。与总线连通。与总线连通。4.4.为什么要设置为什么要设置为什么要设置为什么要设置总线判优控制总线判优控制总线判优控制总线判优控制？常见的集中式总线控制有？常见的集中式总线控制有？常见的集中式总线控制有？常见
3、的集中式总线控制有几种几种几种几种？各？各？各？各有何有何有何有何特点特点特点特点？哪种方式响应时间？哪种方式响应时间？哪种方式响应时间？哪种方式响应时间最快最快最快最快？哪种方式对电路故障哪种方式对电路故障哪种方式对电路故障哪种方式对电路故障最敏感最敏感最敏感最敏感？解：总线判优控制解：总线判优控制解：总线判优控制解：总线判优控制解决多个部件解决多个部件解决多个部件解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题同时申请总线时的使用权分配问题同时申请总线时的使用权分配问题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常见的集中式总线控制有常见的集中式总线控制有常见的集中式总线控制有三种三种
4、三种三种：链式查询、计数器查询、独立请求；链式查询、计数器查询、独立请求；链式查询、计数器查询、独立请求；链式查询、计数器查询、独立请求；特点：特点：特点：特点：链式查询方式连线简单，链式查询方式连线简单，链式查询方式连线简单，链式查询方式连线简单，易于扩充，易于扩充，易于扩充，易于扩充，对电路故障最敏感对电路故障最敏感对电路故障最敏感对电路故障最敏感；计数；计数；计数；计数器查询方式器查询方式器查询方式器查询方式优先级设置较灵活优先级设置较灵活优先级设置较灵活优先级设置较灵活，对故，对故，对故，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；障不敏感，连线及控制过程较复杂；障不敏感，连线及控制过程较复杂
5、；障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式独立请求方式独立请求方式独立请求方式判优速度最快判优速度最快判优速度最快判优速度最快，但硬件，但硬件，但硬件，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。器件用量大，连线多，成本较高。器件用量大，连线多，成本较高。器件用量大，连线多，成本较高。5.5.解释概念：解释概念：解释概念：解释概念：总线宽度、总线带宽、总线宽度、总线带宽、总线宽度、总线带宽、总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传总线的从设备
6、（或从模块）、总线的传总线的从设备（或从模块）、总线的传总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期、总线的通信控制。输周期、总线的通信控制。输周期、总线的通信控制。输周期、总线的通信控制。解：解：解：解：总线宽度总线宽度总线宽度总线宽度指数据总线的位（根）指数据总线的位（根）指数据总线的位（根）指数据总线的位（根）数，用数，用数，用数，用bitbit（位）作单位。（位）作单位。（位）作单位。（位）作单位。总线带宽总线带宽总线带宽总线带宽指总线在单位时间内指总线在单位时间内指总线在单位时间内指总线在单位时间内可以传输的数据总量，相当于总线的数可以传输的数据总量，相当于总线的数可以传输的数据总量，相
7、当于总线的数可以传输的数据总量，相当于总线的数据传输率，等于总线工作频率据传输率，等于总线工作频率据传输率，等于总线工作频率据传输率，等于总线工作频率与与与与总线宽总线宽总线宽总线宽度（字节数）的乘积。度（字节数）的乘积。度（字节数）的乘积。度（字节数）的乘积。总线复用总线复用总线复用总线复用指两种不同性质且不指两种不同性质且不指两种不同性质且不指两种不同性质且不同时出现的信号分时使用同一组总线，同时出现的信号分时使用同一组总线，同时出现的信号分时使用同一组总线，同时出现的信号分时使用同一组总线，称为总线的称为总线的称为总线的称为总线的“多路分时复用多路分时复用多路分时复用多路分时复用”。总线
8、的主设备总线的主设备总线的主设备总线的主设备（主模块）（主模块）（主模块）（主模块）指一指一指一指一次总线传输期间，次总线传输期间，次总线传输期间，次总线传输期间，拥有总线控制权拥有总线控制权拥有总线控制权拥有总线控制权的设的设的设的设备（模块）；备（模块）；备（模块）；备（模块）；总线的从设备总线的从设备总线的从设备总线的从设备（从模块）（从模块）（从模块）（从模块）指一指一指一指一次总线传输期间，次总线传输期间，次总线传输期间，次总线传输期间，配合配合配合配合主设备完成传输主设备完成传输主设备完成传输主设备完成传输的设备（模块），它只能的设备（模块），它只能的设备（模块），它只能的设备（模
9、块），它只能被动接受被动接受被动接受被动接受主设主设主设主设备发来的命令；备发来的命令；备发来的命令；备发来的命令；总线的传输周期总线的传输周期总线的传输周期总线的传输周期总线完成总线完成总线完成总线完成一次一次一次一次完整而可靠的传输完整而可靠的传输完整而可靠的传输完整而可靠的传输所需时间；所需时间；所需时间；所需时间；总线的通信控制总线的通信控制总线的通信控制总线的通信控制指总线传送过指总线传送过指总线传送过指总线传送过程中双方的程中双方的程中双方的程中双方的时间配合方式时间配合方式时间配合方式时间配合方式。6.6.试试试试比较比较比较比较同步通信和异步通信。同步通信和异步通信。同步通信和
10、异步通信。同步通信和异步通信。解：解：解：解：同步通信同步通信同步通信同步通信由统一时钟控制由统一时钟控制由统一时钟控制由统一时钟控制的通信的通信的通信的通信，控制方式简单，灵活性差，控制方式简单，灵活性差，控制方式简单，灵活性差，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当系统中各部件工作速度差异较大当系统中各部件工作速度差异较大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。适合时，总线工作效率明显下降。适合时，总线工作效率明显下降。适合时，总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合；于速度差别不大的场合；于速度差别不大的场合；于速度差别不大的场合；异步通信异步通信
11、异步通信异步通信不由统一时钟控不由统一时钟控不由统一时钟控不由统一时钟控制的通信，制的通信，制的通信，制的通信，部件间部件间部件间部件间采用应答方式采用应答方式采用应答方式采用应答方式进进进进行联系，控制方式较同步复杂，灵行联系，控制方式较同步复杂，灵行联系，控制方式较同步复杂，灵行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度活性高，当系统中各部件工作速度活性高，当系统中各部件工作速度活性高，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差异较大时，有利于提高总线工作差异较大时，有利于提高总线工作差异较大时，有利于提高总线工作效率。效率。效率。效率。8.8.为什么说为什么说
12、为什么说为什么说半同步通信同时半同步通信同时半同步通信同时半同步通信同时保留保留保留保留了同步通信和异步通信的特了同步通信和异步通信的特了同步通信和异步通信的特了同步通信和异步通信的特点？点？点？点？解：解：解：解：半同步通信半同步通信半同步通信半同步通信既能像既能像既能像既能像同步通信同步通信同步通信同步通信那样那样那样那样由统一时钟控制由统一时钟控制由统一时钟控制由统一时钟控制，又能像，又能像，又能像，又能像异异异异步通信步通信步通信步通信那样那样那样那样允许传输时间不一致允许传输时间不一致允许传输时间不一致允许传输时间不一致，因此因此因此因此工作效率介于两者之间工作效率介于两者之间工作效
13、率介于两者之间工作效率介于两者之间。10.10.什么是什么是什么是什么是总线标准总线标准总线标准总线标准？为什么要？为什么要？为什么要？为什么要设置设置设置设置总线标准？目前总线标准？目前总线标准？目前总线标准？目前流行的流行的流行的流行的总线标准有哪些？总线标准有哪些？总线标准有哪些？总线标准有哪些？什么是什么是什么是什么是即插即用即插即用即插即用即插即用？哪些哪些哪些哪些总线有这一特点？总线有这一特点？总线有这一特点？总线有这一特点？解：解：解：解：总线标准总线标准总线标准总线标准可理解为系统与模块、可理解为系统与模块、可理解为系统与模块、可理解为系统与模块、模块与模块之间的互连的标准界面
14、。模块与模块之间的互连的标准界面。模块与模块之间的互连的标准界面。模块与模块之间的互连的标准界面。总线标准的总线标准的总线标准的总线标准的设置设置设置设置主要解决不同厂家各主要解决不同厂家各主要解决不同厂家各主要解决不同厂家各类模块化产品的类模块化产品的类模块化产品的类模块化产品的兼容兼容兼容兼容问题；问题；问题；问题；目前流行的总线标准有：目前流行的总线标准有：目前流行的总线标准有：目前流行的总线标准有：ISAISA、EISAEISA、PCIPCI等；等；等；等；即插即用即插即用即插即用即插即用指任何扩展卡插入系统指任何扩展卡插入系统指任何扩展卡插入系统指任何扩展卡插入系统便可工作。便可工作
15、。便可工作。便可工作。EISAEISA、PCIPCI等具有此功能。等具有此功能。等具有此功能。等具有此功能。11.11.画一个具有画一个具有画一个具有画一个具有双向传输功能的总线双向传输功能的总线双向传输功能的总线双向传输功能的总线逻辑图。逻辑图。逻辑图。逻辑图。解：此题实际上是要求设计一个解：此题实际上是要求设计一个解：此题实际上是要求设计一个解：此题实际上是要求设计一个双向总线收发双向总线收发双向总线收发双向总线收发器器器器，设计要素为设计要素为设计要素为设计要素为三态、方向、使能三态、方向、使能三态、方向、使能三态、方向、使能等控制功能的实等控制功能的实等控制功能的实等控制功能的实现，可
16、参考现，可参考现，可参考现，可参考74LS24574LS245等总线缓冲器芯片内部电路。等总线缓冲器芯片内部电路。等总线缓冲器芯片内部电路。等总线缓冲器芯片内部电路。逻辑图逻辑图逻辑图逻辑图如下：如下：如下：如下：（n n位）位）位）位）GDIRA1B1AnBn 使能使能控制控制方向方向控制控制错误的设计：错误的设计：错误的设计：错误的设计：CPUMMI/O1I/O2I/On系统总线系统总线系统总线系统总线存储总线存储总线存储总线存储总线这个方案的这个方案的错误错误是：是：不合题意不合题意。按题意要求应画出逻辑线路图而。按题意要求应画出逻辑线路图而不是逻辑框图。不是逻辑框图。12.12.设数据
17、总线上接有设数据总线上接有设数据总线上接有设数据总线上接有A A、B B、C C、D D四个寄存器，要求选用合适四个寄存器，要求选用合适四个寄存器，要求选用合适四个寄存器，要求选用合适的的的的7474系列芯片系列芯片系列芯片系列芯片，完成下列逻辑设，完成下列逻辑设，完成下列逻辑设，完成下列逻辑设计：计：计：计：（1 1）设计一个电路，在同一时设计一个电路，在同一时设计一个电路，在同一时设计一个电路，在同一时间实现间实现间实现间实现D DA A、D DB B和和和和D DC C寄存寄存寄存寄存器间的传送；器间的传送；器间的传送；器间的传送；（2 2）设计一个电路，实现下列设计一个电路，实现下列设
18、计一个电路，实现下列设计一个电路，实现下列操作：操作：操作：操作：T0T0时刻完成时刻完成时刻完成时刻完成D D总线；总线；总线；总线；T1T1时刻完成时刻完成时刻完成时刻完成总线总线总线总线A A；T2T2时刻完成时刻完成时刻完成时刻完成A A总线；总线；总线；总线；T3T3时刻完成时刻完成时刻完成时刻完成总线总线总线总线B B。令：令：令：令：BUSBUSA=BUSA=BUSB=BUSB=BUSC=CPC=CP；D DBUS=-OEBUS=-OE；当当当当CPCP前沿到来时，将前沿到来时，将前沿到来时，将前沿到来时，将D DA A、B B、C C。解：解：解：解：（1 1）采用）采用）采用
19、）采用三态输出三态输出三态输出三态输出的的的的D D型寄存器型寄存器型寄存器型寄存器74LS74LS374374做做做做A A、B B、C C、D D四个寄存器，其四个寄存器，其四个寄存器，其四个寄存器，其输出可直接挂总线输出可直接挂总线输出可直接挂总线输出可直接挂总线。A A、B B、C C三个寄存三个寄存三个寄存三个寄存器的输入器的输入器的输入器的输入采用同一脉冲打入采用同一脉冲打入采用同一脉冲打入采用同一脉冲打入。注意。注意。注意。注意-OE-OE为为为为电平控制电平控制电平控制电平控制，与打入脉冲间的时间配合，与打入脉冲间的时间配合，与打入脉冲间的时间配合，与打入脉冲间的时间配合关系为
20、：关系为：关系为：关系为：-OE-OE：CP CP：现以现以现以现以8 8位总线为例，设计此电路，如下图示：位总线为例，设计此电路，如下图示：位总线为例，设计此电路，如下图示：位总线为例，设计此电路，如下图示：数据总线数据总线数据总线数据总线D7D7D0D0BUSBUSA A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 D D1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 A A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 B B1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 C CBUSBUSC CBUSBU
21、SB BBUSBUSD DD DBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSA ABUSBUS （2 2）寄存器设置同（）寄存器设置同（）寄存器设置同（）寄存器设置同（1 1），由于本），由于本），由于本），由于本题中发送、接收不在同一节拍，因此总题中发送、接收不在同一节拍，因此总题中发送、接收不在同一节拍，因此总题中发送、接收不在同一节拍，因此总线需设线需设线需设线需设锁存器缓冲锁存器缓冲锁存器缓冲锁存器缓冲，锁存器采用，锁存器采用，锁存器采用，锁存器采用74LS37374LS373（电平使能输入）。节拍、脉冲（电平使能输入）。节拍、脉冲（电平使能输入）。节拍、脉冲（电平使能输入）。节拍
22、、脉冲配合关系如下：配合关系如下：配合关系如下：配合关系如下：时钟：时钟：时钟：时钟：CLKCLK：节拍电平：节拍电平：节拍电平：节拍电平：TiTi：打入脉冲：打入脉冲：打入脉冲：打入脉冲：PiPi：图中，脉冲图中，脉冲图中，脉冲图中，脉冲包包包包在电平中，为了在电平中，为了在电平中，为了在电平中，为了留有留有留有留有较多的较多的较多的较多的传送时间，脉冲设置在靠近电平传送时间，脉冲设置在靠近电平传送时间，脉冲设置在靠近电平传送时间，脉冲设置在靠近电平后沿处后沿处后沿处后沿处。节拍、脉冲分配逻辑如下：节拍、脉冲分配逻辑如下：节拍、脉冲分配逻辑如下：节拍、脉冲分配逻辑如下：二位二位二位二位格雷格
23、雷格雷格雷码同码同码同码同步计步计步计步计数器数器数器数器1 1&1 11 11 1G Y0G Y0 Y1 Y11/21391/2139 Y3 Y3A A B Y2B Y21 1CLKCLKP0P0P1P1P2P2P3P3T0T0T1T1T2T2T3T3-T0-T0-T1-T1-T2-T2-T3-T3节拍、脉冲时序图如下：节拍、脉冲时序图如下：节拍、脉冲时序图如下：节拍、脉冲时序图如下：CLKCLK：T0T0：T1 T1：T2 T2：T3 T3：P0P0：P1 P1：P2 P2：P3 P3：以以以以8 8位总线为例，电路设计如下：位总线为例，电路设计如下：位总线为例，电路设计如下：位总线为例，
24、电路设计如下：（图中，（图中，（图中，（图中，A A、B B、C C、D D四个寄存器与数据总线的连接四个寄存器与数据总线的连接四个寄存器与数据总线的连接四个寄存器与数据总线的连接方法同上。）方法同上。）方法同上。）方法同上。）=1=11Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 A A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 B BBUSBUSB BD DBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSA ABUSBUSBUSBUSA A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 D DBUSBUSD D1Q 8Q1Q
25、8Q OE G OE G 1D 8D1D 8D3733731Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8DBUSBUSC C374374 C C=1=1T1 T3 T0 T2T1 T3 T0 T2数据总线（数据总线（数据总线（数据总线（D7D0D7D0）令：令：令：令：A ABUS=-T2BUS=-T2 D DBUS=-T0BUS=-T0 BUS BUSA=P1A=P1 BUS BUSB=P3B=P3返回目录返回目录返回目录返回目录 14.14.设总线的时钟频率为设总线的时钟频率为设总线的时钟频率为设总线的时钟频率为8MHz8MHz，一个一个一个一个总线周期等于总线周期等于总线周期等于总
26、线周期等于一个一个一个一个时钟周期。如果时钟周期。如果时钟周期。如果时钟周期。如果一个总线周期中并行传送一个总线周期中并行传送一个总线周期中并行传送一个总线周期中并行传送1616位位位位数据，试数据，试数据，试数据，试问问问问总线的带宽总线的带宽总线的带宽总线的带宽是多少？是多少？是多少？是多少？解：解：解：解：总线宽度总线宽度总线宽度总线宽度=16=16位位位位/8=2B/8=2B 总线带宽总线带宽总线带宽总线带宽=8MHz=8MHz 2B=2B=16MB/s16MB/s 15.15.在一个在一个在一个在一个3232位位位位的总线系统中，总的总线系统中，总的总线系统中，总的总线系统中，总线的
27、时钟频率为线的时钟频率为线的时钟频率为线的时钟频率为66MHz66MHz，假设总线最，假设总线最，假设总线最，假设总线最短传输周期为短传输周期为短传输周期为短传输周期为4 4个个个个时钟周期，试计算总时钟周期，试计算总时钟周期，试计算总时钟周期，试计算总线的线的线的线的最大数据传输率最大数据传输率最大数据传输率最大数据传输率。若想。若想。若想。若想提高提高提高提高数据数据数据数据传输率，可采取什么传输率，可采取什么传输率，可采取什么传输率，可采取什么措施措施措施措施？解法解法解法解法1 1：总线宽度总线宽度总线宽度总线宽度=32=32位位位位/8=4B/8=4B 时钟周期时钟周期时钟周期时钟周
28、期=1/66MHz=0.015=1/66MHz=0.015ss 总线最短传输周期总线最短传输周期总线最短传输周期总线最短传输周期=0.015=0.015s4s4 =0.06s =0.06s 总线最大数据传输率总线最大数据传输率总线最大数据传输率总线最大数据传输率=4B/=4B/0.06s0.06s =66.6766.67MB/sMB/s解法解法解法解法2 2：总线工作频率总线工作频率总线工作频率总线工作频率=66MHz/4=66MHz/4 =16.5MHz16.5MHz 总线最大数据传输率总线最大数据传输率总线最大数据传输率总线最大数据传输率 =16.5MHz=16.5MHz 4B 4B=66
29、66MB/sMB/s 若想若想若想若想提高提高提高提高总线的数据传输率，可总线的数据传输率，可总线的数据传输率，可总线的数据传输率，可提提提提高高高高总线的时钟频率，或总线的时钟频率，或总线的时钟频率，或总线的时钟频率，或减少减少减少减少总线周期中总线周期中总线周期中总线周期中的时钟个数，或的时钟个数，或的时钟个数，或的时钟个数，或增加增加增加增加总线宽度。总线宽度。总线宽度。总线宽度。16.16.在异步串行传送系统中，字符在异步串行传送系统中，字符在异步串行传送系统中，字符在异步串行传送系统中，字符格式为：格式为：格式为：格式为：1 1个个个个起始位、起始位、起始位、起始位、8 8个个个个数
30、据位、数据位、数据位、数据位、1 1个个个个校验位、校验位、校验位、校验位、2 2个个个个终止位。若要求每秒传送终止位。若要求每秒传送终止位。若要求每秒传送终止位。若要求每秒传送120120个个个个字符，试求传送的字符，试求传送的字符，试求传送的字符，试求传送的波特率波特率波特率波特率和和和和比特比特比特比特率率率率。解：解：解：解：一帧一帧一帧一帧=1+8+1+2=12=1+8+1+2=12位位位位 波特率波特率波特率波特率=120=120帧帧帧帧/秒秒秒秒1212位位位位 =14401440波特波特波特波特 比特率比特率比特率比特率=1440=1440波特波特波特波特（8 8/12/12）=960bps960bps或：或：或：或：比特率比特率比特率比特率=120=120帧帧帧帧/秒秒秒秒8 8=960bps960bps