第五章习题

习 题 五

5.2总线的指标有哪几项？总线标准和总线产品哪一个先产生?

(1) 总线宽度: 总线宽度是可以同时传输的数据位数，位数越多，一次传输的信息就越多。

(2) 总线频率: 总线通常都有一个基本时钟，总线上其它信号都以这个时钟为基准，这个时钟的频率也就是总线工作的最高频率。总线频率越高，单位时间内传输的数据量就越大。

(3) 单个数据传输周期数: 传输方式的不同，使得每个数据传输所用的时钟周期数不同。单个数据传输周期数越少，传输率越高。

此外，总线的仲裁方式，容错性能，是否支持突发成组传输，也反映了总线的性能。

总线标准的产生有多种形式。有的总线产品推出后得到广泛的认同，随后成为事实上的工业标准，这个产品所采用的技术规范最终成为标准，标准产生在产品之后。有的技术问题得到较多的关注，由标准化组织或者相关集团发起，制定了相应的标准。这时，产品的出现晚于标准的制定。

5.3ISA总线需要进行总线仲裁吗？为什么？

ISA总线是一个简单的多主控总线，需要使用总线的“主设备”是CPU和最多7个使用DMA传送的设备。当CPU以外的一个或多个设备需要使用总线时，需要进行“总线仲裁”。对于使用DMA请求使用总线的设备来说，“仲裁”要分两次进行：

① DMA请求信号送到8237，由8237进行第一次“仲裁”； ② 8237的请求信号发送到CPU，在一个总线周期结束时释放总线。

5.5ISA卡设计时如何解决资源冲突问题？

ISA的I/O空间仅有100H~3FFH的768个地址可供使用，其中不少端口已分配给“常规”的设备使用，新设计I/O扩充卡的端口地址不能与它们冲突。另外，扩充卡之间使用的地址也不能发生冲突。为解决这个矛盾，ISA卡上一般都设有一组开关（switch），用户可以通过设定这组开关来设置这块ISA所占用的I/O起始地址，使它位于所使用计算机I/O的空闲位置，从而避免发生冲突。

5.8 PCI总线怎样的信号组合启动一个总线的访问周期，又怎样结束一个访问周期？它的AD0～AD31同CPU的同名引脚有何不同？

主设备获得总线使用权后，将FRAME#置为有效，在AD0～31上发出地址信号，C/BE#上发出总线命令，一次总线访问周期开始。

主设备在发出最后一组数据读写的启动信号之后，将FRAME#信号置为无效，表示数据传输即将结束。在最后一项数据传输后，主设备撤销IRDY信号，从设备撤销TRDY#和DEVSEL#信号，一次PCI总线传输结束。

PCI总线信号独立于CPU，使用独立于CPU的时钟信号。对于PCI总线来说，CPU是它所连接的众多设备中的一个。PCI总线的AD0～31是地址和数据分时复用信号，它们与CPU同名引脚传输的信号类型相同，但是并不等同。CPU对PCI总线上设备进行访问时，CPU发出的地址经Host/PCI桥缓冲，按照PCI的时序定时后由桥电路向PCI总线“转发”。DMA传输时，PCI总线上的AD0～31来自DMA控制器而不是来自CPU。

5.10一块PCI卡上最多可以实现多少路中断信号？

由于PCI总线上只有4条中断请求线，因而一块PCI卡最多可以实现4路中断请求。

说明：

① 对于单项功能的PCI卡，只能使用INTA#请求中断；对于对功能PCI卡，

可以使用其它的三根中断请求引脚。

② PCI总线允许“共享”中断请求信号线，这是与以前有较大区别的。例

如，有两块PCI卡插在PCI总线上，按照规定，他们都使用同一个INTA#申请中断。在“中断描述符表”上，中断服务的入口可能是设备甲，或者是设备乙，现假设为设备甲。如果设备乙申请中断，那么，首先会进入设备甲的中断服务程序。该程序通过查询状态，发现自己并没有申请中断，于是发出相应信息后返回。此后，由操作系统调度进入设备乙的中断服务程序（参见习题11第8题答案）。

③ PCI总线上的中断请求进入ICH芯片后，与“SIO”芯片送来的“串行中

断”（由传统设备键盘、鼠标、串口、并口、软驱发出，通过L/F总线传送到ICH芯片）一起，被送往ICH芯片内的“中断申请信号路由器”。可以通过程序来设置每一个中断请求使用的实际的中断请求引脚（除少数已集成在CPU内，中断类型固定的申请以外），最终由“路由器”产生12个中断申请信号，送到芯片内两个级联的8259中断控制逻辑。主片8259产生的中断请求最终由ICH的INTR引脚送往CPU。

5.11在PCI卡配置空间中，基地址寄存器的作用是什么？一个PCI设备最少可申请多少地址空间？最少可申请多少I/O空间?

PCI总线上的设备采用“即插即用”的方法，所有设备使用的存储空间和IO空间的具体位置事先是不确定的，需要在系统初始化时通过“配置”过程来确定。PCI卡上的基地址寄存器有两个方面的作用：

（1） 寄存器的最低的几位记录申请所需空间的类型（存储器空间/IO空

间）、空间的大小等信息（寄存器的这几位是只读的）。

（2） 寄存器的高位用来纪录操作系统分配给它的存储空间/IO空间的起

始地址（寄存器的这几位是部分可写的）。

由于有6个基地址寄存器，PCI设备最多可以申请6段地址空间。

对于申请存储空间的基地址寄存器，它的第0~3位是只读位，第4~31位用来表示申请地址空间的大小，因而一个PCI设备申请地址空间最少是16个byte。对于申请I/O空间的基地址寄存器，它的第0~1位是只读位，第2~31位用来表示申请地址空间的大小，因而申请I/O地址空间最少是4个byte。

例如，某PCI设备申请1MB的存储空间，它的基地址寄存器位0~位19均为只读。其中：

位0固定为0，表示申请存储器空间；

位1~2表示“映射”的类型，如果基地址寄存器为32位，可以“映射”到32位地址空间的任何位置，这两位可以固定为“00”；

其余位均固定为0。

系统进行配置操作时，向该寄存器写入32位全“1”，然后读出该寄存器的内容。由于低20位均为只读位，所以实际读出的内容为高位12个“1”和低位20个“0”。其中位0~位2表示空间类型和“映射”类型，其它的“0”（位4~位19）表示了申请空间的大小。随后，系统根据各设备的请求进行空间的统一分配，将分配给该设备的存储空间首地址写入该基地址寄存器。对于1MB的空间而言，它首地址的低20位应为0，它的高12位反映了实际的起始地址。基地址寄存器的高12位正好能容纳这12位“有效”的起始地址。

1. USB主机怎样了解USB设备的接入？

集线器的D+和D-线上各有一个15KΩ的下拉电阻，没有USB设备连上时，D+和D-线都为低电平。全速和高速设备在D+线上有一个1.5kΩ的上拉电阻，而低速设备在D-线上有一个1.5kΩ的上拉电阻。当集线器有USB设备连接上时，D+和D-线中会有一根变成高电平。集线器通过监视D+和D-线来判断有哪一种速度的设备连上了USB总线。

集线器发现D+线变成高电平时，再次向设备发出询问，高速设备会响应这个

询问，而全速设备则不会响应。这样集线器就知道所连接上的USB设备的速度。反过来，对高速USB设备来讲，如果发现集线器的这个询问，就知道它所连接的集线器是支持高速的，否则集线器是不支持高速的。到此，集线器和设备都知道了对方的速度，接下来的通讯以双方所共同支持的最高速度进行。

2. 一台微机有5台USB设备，另一台微机有10台USB设备，各需用四端口的集线器几个？画出它们的结构图。

根集线器根集线器HUBHUB5台USB设备，需用四端口的集线器1个（不包括根集线器）。

10台USB设备，需用四端口的集线器3个（不包括根集线器）。

它们的连接如右图所示。

HUBHUB连接5台设备连接10台设备 3. 两台PCI设备之间可直接传输数据吗？两台USB设备之间呢？ 两台PCI设备之间可直接传输数据。由PCI主设备申请使用总线，获得总线使用权后用地址信号呼叫从设备，然后进行数据传输。

两台USB设备之间不可直接传输数据。USB总线采用“主－从”方式进行通讯，每一次数据传输必须由USB主机发起。这样，两台USB设备之间的数据传输必需通过USB主机间接进行。

4. 那些总线具有热插拔功能？对哪一类总线这个功能是必需具备的？ USB总线和PCI总线都支持热插拔（Hot Plug In）。对于USB总线来说，热插拔功能是必需的。

需要说明的是，目前一般PC机内的PCI总线设备不支持“热插拔”功能。实现该功能需要相应的软、硬件的支持。“热插拔”的PCI总线设备主要应用于某些通讯设备中。

5. 从硬件来讲，一个USB信息传输到微处理器需经过那几个环节？ USB总线上的数据传输是一种“主－从式”的传输，所有的传输都由USB主机发起。一个USB信息传输到CPU需经过集线器、根集线器和控制器这几个环节。

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