(全网最全)微型计算机原理与接口技术第六版课后习题答案-周荷琴，冯焕清-第12章总线技术-中国科学技术大学出版社

含有“AI:”开头的题目的答案是问chat的，看个乐就行，不一定正确

1。什么是总线？依据总线在系统结构中的层次位置，总线可分为哪几类？

总线（Bus）就是一组信号线的集合，用来组成系统的标准信息通道。

依据总线在系统结构中的层次位置，可分为片内总线、片间总线、内总线和外总线。

2。什么是总线标准？制定总线标准有哪些好处？总线标准应包括哪些内容？

解：

总线标准定义了各 引线的信号、电气和机械特性，使计算机系统内部的各部件之间以及外部的各系统之间建立 信号联系，进行数据传递和通信。

好处：有了总线标准，就可根据标准来设计和生产兼容性很强的 计算机模块和外设，因而能方便地将这些模块和设备组合、配置成各种用途的计算机；在此 基础上设计的软件也会具有很好的兼容性，便于系统的扩充和升级；这些产品还便于故障诊 断和维修，降低生产和维护成本。因此，总线标准的引入，带来了计算机的模块化结构，并进 而促进了计算机技术方面的合理分工，加快了计算机技术的发展步伐。

总线标准对系统总线的插座尺寸、引线数目、信号和时序作出统一规定，使厂商能生产 符合标准的计算机零部件。标准内容主要包括：

(1)机械特性。规定模板尺寸、插头、连接器的形状、尺寸等规格，如插头与插座的尺 寸、形状、引脚的个数与排列顺序，接头处的可靠接触等。

(2)电气特性。规定信号的逻辑电平、最大额定负载能力、信号传递方向和电源电 压等。

(3)功能特性。规定每个引脚的名称、功能、时序及适用协议。

3。简要说明PC总线、ISA总线和EISA总线的区别与联系。

解：

(问了ai)

PC总线、ISA总线和EISA总线都是计算机中使用的总线标准，它们定义了计算机内部各个部件之间如何通信和传输数据。以下是它们之间的区别与联系：

区别：

PC总线：也称为微机总线，是个人计算机中使用的标准总线。它是由IBM公司开发的，并成为了业界标准。PC总线速度较慢，但结构简单、成本低，因此在个人计算机领域得到了广泛应用。

ISA总线：即工业标准架构总线，是一种扩展的总线标准。它是在PC总线的基础上进行扩展，支持更多的设备和更高的传输速率。ISA总线在设计上考虑到了可扩展性和兼容性，以便适应不同设备的需求。

EISA总线：即扩展 Industry Standard Architecture 总线，是在ISA总线的基础上进行扩展的一种总线标准。它支持更高速的数据传输和更多的设备连接，同时提供了更好的性能和扩展性。EISA总线主要应用于高端计算机和工作站领域。

联系：

PC总线、ISA总线和EISA总线都是为了实现计算机内部各个部件之间的数据传输而设计的。它们都需要遵循一定的规范和协议，以确保各个部件之间能够正确地通信和协作。

ISA总线和EISA总线都是在PC总线的基础上进行扩展的。它们都保留了PC总线的许多基本特性，同时增加了更多的功能和设备接口，以适应不断发展的计算机技术。

ISA总线和EISA总线之间也存在一定的联系。EISA总线是在ISA总线的基础上进行扩展的，因此它们之间存在一定的兼容性和相似性。

总之，PC总线、ISA总线和EISA总线各有其特点和应用领域，但它们都是为了实现计算机内部各个部件之间的数据传输而设计的。

4。简述PCI总线的特点，并说明为什么PCI总线也被称为局部总线？

解：

PCI总线的主要特点：

（1)数据传输速率高。PCI能实现高速数据传输，还支持线性突发传送(Burst Transfer)： 传送内存中的连续数据块时，只在传送第一个数据时才给出地址，后续数据的地址会自动+1。因此CPU能以接近自身总线的速度全速访问适配卡，适用于高清晰度电视与3D信号。

（2）减少存取延迟。能减小PCI总线设备的存取延迟，从而缩短外设取得总线控制权 所需的时间，保证数据传输的畅通。

（3)独立于处理器。PCI总线通过桥接器与CPU总线连接，是CPU与外设间的缓冲器，CPU不需要去直接控制外设。这样，任何类型的CPU都可以接到PCI总线上，外设驱动程序与CPU的类型无关，用户可随意增添外设，等于延长了PCI的生命期。

（4)具有并行总线操作能力。PCI桥接器支持完全总线并行操作，与处理器总线、PCI 总线和扩展总线同步使用。

（5）即插即用。安装扩展卡时，不需要调整跳线开关或DIP配置开关，系统嵌入自动配置软件，在加电时根据配置寄存器的内容，自动配置PCI扩展卡，为板卡分配存储地址、端口 地址、中断等信息，保证系统协调工作，不发生资源冲突。

（6）兼容性好，易于扩展。总线信号少，32/64位插槽引脚数为124/188，但必选信号较 少，主设备只要49个，目标设备47个。有不少保留脚可用于扩充，每隔几个脚就有一根地 线，抗干扰能力强。允许主板上使用多种扩展卡，可以是3.3/5V卡和长/短/变高卡，十分 灵活。

PCI总线也被称为局部总线，是因为它主要连接计算机系统中的局部设备，如显卡、网卡、声卡等。相对于系统总线（如CPU和内存之间的总线），PCI总线更多地用于连接外部的周边设备，因此被称为局部总线。

5。简述基于PCI总线的计算机系统的结构特点，并说明什么是南桥和北桥，它们在系 统中起什么作用？（参考图12.4）

解：

PCI总线通过一个PCI总线桥（北桥）与CPU连接，支持 PCI总线的外设板卡，如硬盘驱动器卡、网卡、图形适配器卡等高速外设则挂接在PCI总线 上。ISA总线与PCI总线之间由扩展总线桥（南桥）连接，基本I/O设备以及一些兼容ISA 总线的外设，可挂接在ISA总线上。整个系统结构层次分明。可见，PCI是介于CPU总线 和系统总线之间的一级总线，可以看作是来自CPU的延伸线路，不受制于CPU，能与CPU 同步操作，这就是它称为局部总线的原因。它在CPU和高速外设之间架起了一座桥梁，可 缩短外设取得总线控制权所需的时间，提高数据吞吐量。

北桥芯片主要决定主板的规格、对硬件的支持以及系统的性能，它连接着CPU、内存、AGP总线。主板支持什么CPU，支持哪种速度的 AGP显卡，支持何种频率的内存，都是由 北桥芯片决定的。北桥芯片往往有较高的工作频率，所以发热量高，需要加散热器。

南桥芯片主要决定主板的功能，主板上的各种接口（如串口、USB)、PCI总线（连接电视卡、声卡等）、IDE接口（连接硬盘、光驱）以及扩展卡（连接声卡、RAID卡、网卡）等，都归南 桥芯片控制。

这种以桥的方式，将两类不同结构的总线“粘合”在一起的技术，特别能适应系统的升级 换代。当CPU更新换代时，只需改变CPU总线和更换北桥芯片，而原有外设及其适配卡仍 可保留下来继续使用。

6。PCI-X总线名称中的X代表什么意思？PCI-X总线有哪些主要特点？简要说明它与PCI总线的联系与区别。

答：

PCI-X总线名称中的“X”代表“扩展”（Extended），表示它是PCI总线技术的扩展。

PCI-X总线的主要特点如下：

1)更高的带宽：PCI-X总线支持更高的频率和更大的带宽，相比PCI总线，它的数据传输速率大大提高。

2)频率可变：PCI-X总线可以支持66MHz、100MHz和133MHz三种频率，且能根据连接设备的需要动态改变。

3)特征段技术：每个总线事务都附带一个36位的特征域，用于指示事务的开始位置、插入顺序、事务长度和是否需要缓冲检测等信息，这增强了数据在总线上的追踪和处理能力。

4)分离事务（多任务）：一个设备在等待特定目标设备数据响应的同时，可以处理其他事务，这提高了总线的使用效率。

5)增强的奇偶错误管理：提高了数据传输的可靠性。

6)目标设备数据交换优化：目标设备可以仅与单个PCI-X设备交换数据，如果PCI-X设备没有数据传输，总线会自动将其移除，减少了PCI设备间的等待时间。

PCI-X总线与PCI总线的联系与区别：

联系：PCI-X总线是基于PCI总线技术发展而来的，它兼容PCI总线标准，并且保持了PCI总线的许多基本特性，如相同的电气特性和信号定义。

区别：PCI-X总线提供了更高的带宽和更先进的特性，如特征段技术和分离事务，这些都是在原PCI总线标准的基础上增加的。另外，PCI-X总线增加了插槽引脚数，并且能够支持更高速的传输频率。这些改进使得PCI-X总线能够满足更高性能设备的需求，特别是在服务器和高性能计算领域。

7。请解释热插拔的含义，比较它与即插即用功能的不同，并举出至少三种总线板卡或 接头可以热插拔的总线名称。

AI解：

热插拔（Hot Swap）是一种技术，它允许用户在不关闭系统电源的情况下，取出和更换损坏或故障的硬件组件，如硬盘、电源或板卡等。这种技术提高了系统的可靠性、快速维修性、冗余性和对灾难的及时恢复能力。热插拔通常用于关键任务系统，如服务器，以确保系统的高可用性和连续运行。

即插即用（Plug and Play）是指硬件设备可以快速、简单地安装到计算机系统中，而无需进行复杂的配置或安装驱动程序。即插即用功能依赖于硬件和软件的兼容性，例如，Windows操作系统支持即插即用的USB设备。

热插拔与即插即用的不同之处在于：

- 热插拔：可以在不关闭系统电源的情况下更换硬件组件，适用于需要高可靠性的关键任务环境。

- 即插即用：硬件设备可以快速连接并使用，但通常需要在系统启动后进行初始化，适用于普通的桌面和移动计算环境。

以下是三种支持热插拔的总线名称：

1. PCI Express (PCIe)：PCI Express是一种高速的总线标准，支持热插拔功能，广泛应用于现代计算机系统中，用于连接显卡、网络接口卡、存储控制器等。

2. SATA (Serial ATA)：SATA是一种用于连接硬盘驱动器的串行总线标准，它支持热插拔，使得用户可以轻松更换硬盘。

3. NVMe (Non-Volatile Memory Express)：NVMe是一种专为固态硬盘（SSD）设计的高速总线标准，它支持热插拔，以确保数据存储的高效和可靠性。

这些总线标准都支持热插拔功能，使得硬件组件的更换和升级变得更加灵活和方便。

8。AGP属于何种总线？AGP主要采用了哪些方法（至少说出4种）来提高计算机显示图形的速度？

解：

AGP（Accelerated Graphics Port）是一种专门用于图形加速的总线标准，它属于内部总线的一种，主要用于计算机系统中显卡与主板之间的数据传输。AGP总线的设计目的是为了提供比传统PCI总线更高的带宽，以满足3D图形处理和视频播放等对带宽要求较高的应用。

AGP主要采用了以下几种方法来提高计算机显示图形的速度：

1. 增强的数据传输速率：AGP总线提供了比PCI总线更高的数据传输速率，从而加快了图形数据的传输速度。

2. 独占带宽：AGP总线允许显卡独占一定的带宽，这样可以保证显卡在需要时能够获得足够的带宽，避免了与其他设备共享带宽时的带宽竞争问题。

3. 直接内存访问（DMA）：AGP总线支持直接内存访问，显卡可以通过DMA直接从系统内存中读取或写入数据，这样可以减少CPU的负担，并提高数据传输的效率。

4. 缓存：AGP总线支持使用缓存来临时存储频繁访问的数据，这样可以减少对系统内存的访问次数，并加快数据的检索速度。

5. 多通道传输：随着AGP技术的发展，后续的AGP版本（如AGP 8X）支持多通道传输，这样可以同时通过多个通道传输数据，进一步提高带宽利用率和数据传输速度。

6. 更高的工作频率：AGP总线的工作频率通常比PCI总线高，例如，AGP 8X的总线工作频率可以达到533MHz，而标准的PCI总线工作频率为33MHz或66MHz。

通过这些方法，AGP总线能够显著提高计算机显示图形的速度，为用户提供了更加流畅和高质量的图形体验。随着技术的发展，AGP总线已经被PCI Express总线所取代，后者提供了更高的带宽和更好的扩展性。

9。与PCI以及PCI-X总线比较，PCI-E总线的最大特点是什么？试用公式（12.3）来验 证表12.1中所列出的四代PCI-E标准的带宽指标。

解：

PCI-E（PCI Express）总线相较于PCI和PCI-X总线的最大特点在于其采用了高速的串行通信技术，而PCI和PCI-X则是基于并行通信的架构。

PCI-E总线的最大特点是它的通用性。与PCI以及PCI-X总线相比，PCI-E总线不仅可以用于南桥和其他设备的连接，还可以延伸到芯片组间的连接，甚至可以用于连接图形芯片。这样，整个I/O系统将重新统一起来，进一步简化计算机系统，增加计算机的可移植性和模块化。

串行PCI-E的带宽计算公式：带宽（MB/s）=总线频率（MHz）×每周期数据位（b）×总线通道数×编码方式/8

PCI-E 1.0×16插槽的最高总线频率为2.5GHz（2.5GT/s）,全双工模式下每个周期可传输2bit数 据，共有16条通道，采用8/10编码，每8位为1字节，将它们代入公式（12.3），就可算出它 的传输总带宽为2500×2×16×(8/10)/8=8000(MB/s)=8GB/s

PCI-E 2.0×16插槽的最高总线频率为5GHz,全双工模式下每个周期可传输2bit数 据，共有16条通道，采用8/10编码，每8位为1字节，将它们代入公式（12.3），就可算出它 的传输总带宽为5000×2×16×(8/10)/8=16000(MB/s)=16GB/s

PCI-E 3.0规范下的×16通道的最高总线频率为8GHz,即8000MHz,全双工模式下每 个周期可传输2位数据，共有16条通道，采用128/130编码，每8位为1字节，把它们代入 公式(12.3)，就可计算出它的传输总带宽为8000×2×16×(128/130)/8=31500(MB/s)=31.5GB/s≈32GB/s

PCI-E 4.0×16插槽的最高总线频率为16GHz,全双工模式下每个周期可传输2bit数 据，共有16条通道，采用128/130编码，每8位为1字节，将它们代入公式（12.3），就可算出它 的传输总带宽为5000×2×16×(8/10)/8=63015(MB/s)≈64GB/s

10。什么是USB总线？它属于哪一类总线？主要有哪些特点？为什么USB总线会被广泛采用？

解：

USB（Universal Serial Bus)通用串行总线是一种外部总线，属于外总线，用于计算机与外设的连接和 通讯。USB标准是1994年底由IBM、Compaq、Intel、Microsoft、NEC等多家公司联合提出 的，很快就被大量应用于鼠标、键盘、U盘、移动硬盘等多种外设，并随之成功替代大部分串 口和并口，成为个人机、手机、视频设备和许多智能外设的必配接口。

USB总线具有以下几个特点：

（1）传输速度快。USB提供的数据传输速度从192KB/s的低速，到目前正广泛使用的USB3.1的500MB/s超高速，覆盖了很大的范围。

（2）连接简单快捷。支持热插拔与即插即用，可在通电状态下任意插拔，而且主机能自动识别USB设备。

（3）通用连接器。4针USB连接器可连接多种外设，用来替代硬盘的IDE接口、串行的鼠标接口和并行的打印机接口等。

（4）无须外接电源。插头插入时电源先接上，能从总线向设备提供+5V/500mA或900mA的电源，用作键盘、鼠标、U盘等低功耗设备的电源，包括向手机充电等。二代的USB3.1（Gen2）则能向设备提供20V/5A的电源。

（5）扩充外设能力强。USB采用星形层式结构和Hub技术，理论上允许一个主控机连接127个外设，两个外设间的距离可达5m，而且还有专门的无线USB规范。

USB总线之所以被广泛采用，是因为它解决了之前接口技术中的多个问题。在USB出现之前，计算机外设常常使用RS-232和并行接口，但这些接口在数据传输速度、设备连接数量和电源管理方面存在限制。USB总线提供了一个快速、方便、可扩展且成本较低的解决方案，它能够满足个人电脑及其外设日益增长的数据传输需求。随着时间的推移，USB技术不断发展，提供了更高的传输速率，更好的兼容性，以及更加灵活的设备连接方式，这使得USB成为了个人电脑外设接口的标准。

11。试比较IEEE 1394-2008和USB3.1总线标准的速度指标，并分析这两种串行总线 的其他优缺点。

解：

速度指标比较：

（1）IEEE1394-2008:

S1600速率：1.6Gbps

S3200速率：3.2Gbps

（2）USB3.1:

Gen1速率：5Gbps

Gen2速率（SuperSpeed+）：10Gbps

其他优缺点比较：

IEEE1394-2008的特点：

（1）速度优势：在USB3.1之前，IEEE1394是速度最快的串行总线标准，尤其适合高速硬盘、多媒体数据和数字视频流的实时传输。

（2）热插拔和即插即用：支持热插拔和即插即用，设备接入时通过广播方式通知网络上所有设备，成为网络的一员。

（3）传输距离：较长的传输距离，4.5m内的电缆线长度可保证数据的实际传输速率，光纤可实现100m范围内的设备互连。

（4）点对点通信：支持对等网络和点对点通信，设备可以直接交换数据，无需经过PC。

（5）同步和异步传输：同时支持同步和异步传输方式，适合影音数据的实时传输。

（6）电源供应：能向设备提供电源，有4针接口和6针接口，6针接口可提供8~40V/1.5A电源。

（7）小巧方便：电缆直径小，插座也小，适用于小型设备，方便使用。

IEEE1394-2008的缺点：

（1）成本较高：由于需要外接控制芯片来支持，成本相对较高，主要用于服务器和笔记本电脑。

（2）占用系统资源多：1394总线需要大量系统资源，要求高速CPU支持。

（3）不适合构建计算机网络：尽管可以连接成一个网络，但不适合构建真正的计算机网络。

USB3.1的特点：

（1）高速率：提供更高的速率，Gen2速率可达10Gbps，满足更高传输速率的需求。

（2）供电能力提高：Gen2版本支持20V/5A（100W）的供电能力，比1394更高。

（3）兼容性：兼容USB2.0，并提供更多增强功能，使其更适用于各种设备。

（4）电源管理：引入新的电源管理功能，支持中断驱动协议，可使设备在有中断请求前转入低功耗状态。

（5）Type-C接口支持显示输出：支持显示输出，适用于视频信号的传输。

USB3.1的缺点：

（1）技术复杂性：USB3.1相对于IEEE1394的技术更为复杂，可能增加一些实施和维护的难度。

（2）相对较短的传输距离：USB的传输距离相对较短，需要中继设备来扩展范围。

2008年，几乎同时发布了USB3.1（Gen1）与1394-2008规范。它们在数据传输性能上差别并不大，但为相应的设备配置1394接口，技术更复杂，费用更高。这就使USB接口获得了更多的发展机会，几年之内，USB3.1（Gen2）和USB3.2新版本相继发布，USB正在成 为计算机和通信技术领域里应用最广泛的接口。

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