免费智能真题库 > 历年试卷 > 嵌入式系统设计师 > 2009年下半年 嵌入式系统设计师 上午试卷 综合知识
  第29题      
  知识点:   DMA方式   控制器   总线   DM   系统总线
  关键词:   DMA   地址总线   计算机系统   控制器   控制总线   数据总线   数据   总线        章/节:   计算机组成及主要部件的基本工作原理       

 
计算机系统总线包括①地址总线、②数据总线和③控制总线。若采用DMA方式传送数据,则DMA控制器应对(29)进行控制。
 
 
  A.  ①②
 
  B.  ②③
 
  C.  ①③
 
  D.  ①②③
 
 
 

 
  第28题    2009年下半年  
   66%
计算机在一个指令周期中,为了从内存读取指令操作码,首先需要将(27)的内容送到地址总线上。执行直接转移指令时,该指令中的转移..
  第3题    2019年下半年  
   54%
(3)不是采用MVC(模型-视图-控制器)体系结构进行软件系统开发的优点。
  第1题    2018年下半年  
   47%
CPU在执行指令的过程中,会自动修改(1)的内容,以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。
 
  第43题    2017年下半年  
   77%
下列总线中不属于高速串行总线的是(43)。
  第41题    2019年下半年  
   31%
总线主设备指的是(41)。
  第2题    2015年下半年  
   45%
虚拟存储体系由(2)两级存储器构成。
 
  第32题    2020年下半年  
   54%
DMA是一种高速的数据传输模式,下列描述中,错误的是(32)。
  第29题    2013年下半年  
   51%
在嵌入式处理器中,下面关于“菊花链”仲裁的叙述,错误的是(29)。
  第32题    2011年下半年  
   61%
以下关于通道的叙述中,不正确的是(32)。
   知识点讲解    
   · DMA方式    · 控制器    · 总线    · DM    · 系统总线
 
       DMA方式
        在计算机与外设交换数据的过程中,无论是无条件传送、利用查询方式传送还是利用中断方式传送,都需要由CPU通过执行程序来实现,这就限制了数据的传送速度。
        直接内存存取(Direct Memory Access,DMA)是指数据在内存与I/O设备间的直接成块传送,即在内存与I/O设备间传送一个数据块的过程中,不需要CPU的任何干涉,只需要CPU在过程开始启动(即向设备发出“传送一块数据”的命令)与过程结束(CPU通过轮询或中断得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪)时的处理,实际操作由DMA硬件直接执行完成,CPU在此传送过程中可做别的事情。
        DMA传送的一般过程如下图所示。
        
        DMA过程示意图
        (1)外设向DMA控制器(DMAC)提出DMA传送的请求。
        (2)DMA控制器向CPU提出请求,其请求信号通常加到CPU的保持请求输入端HOLD上。
        (3)CPU在完成当前的总线周期后立即对此请求作出响应,CPU的响应包括两个方面的内容:一方面,CPU将有效的保持响应信号HLDA输出加到DMAC上,告诉DMAC它的请求已得到响应;另一方面,CPU将其输出的总线信号置为高阻,这就意味着CPU放弃了对总线的控制权。
        (4)此时,DMAC获得了对系统总线的控制权,开始实施对系统总线的控制。同时向提出请求的外设送出DMAC的响应信号,告诉外设其请求已得到响应,现在准备开始进行数据的传送。
        (5)DMAC送出地址信号和控制信号,实现数据的高速传送。
        (6)当DMAC将规定的字节数传送完时,它就将HOLD信号变为无效并加到CPU上,撤销对CPU的请求。CPU检测到无效的HOLD就知道DMAC已传送结束,CPU就送出无效的HLDA响应信号,同时重新获得系统总线的控制权,接着DMA前的总线周期继续执行下面的总线周期。
        在此再强调说明,在DMA传送过程中无须CPU的干预,整个系统总线完全交给了DMAC,由它控制系统总线完成数据传送。在DMA传送数据时要占用系统总线,根据占用总线方法的不同,DMA可以分为中央处理器停止法、总线周期分时法和总线周期挪用法等。无论采用哪种方法,在DMA传送数据期间,CPU不能使用总线。
 
       控制器
        运算器只能完成运算,而控制器用于控制整个CPU的工作,它决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行,而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。
        指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作,其过程分为取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等步骤。
        (1)指令寄存器(IR)。当CPU执行一条指令时,先把它从内存储器取到缓冲寄存器中,再送入IR暂存,指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令,控制其他的组成部件工作,完成所需的功能。
        (2)程序计数器(PC)。PC具有寄存信息和计数两种功能,又称为指令计数器。程序的执行分两种情况,一是顺序执行,二是转移执行。在程序开始执行前,将程序的起始地址送入PC,该地址在程序加载到内存时确定,因此PC的内容即是程序第一条指令的地址。执行指令时,CPU自动修改PC的内容,以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的,所以修改的过程通常只是简单地对PC加1。当遇到转移指令时,后继指令的地址根据当前指令的地址加上一个向前或向后转移的位移量得到,或者根据转移指令给出的直接转移的地址得到。
        (3)地址寄存器(AR)。AR保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于内存和CPU存在着操作速度上的差异,所以需要使用AR保持地址信息,直到内存的读/写操作完成为止。
        (4)指令译码器(ID)。指令包含操作码和地址码两部分,为了能执行任何给定的指令,必须对操作码进行分析,以便识别所完成的操作。指令译码器就是对指令中的操作码字段进行分析解释,识别该指令规定的操作,向操作控制器发出具体的控制信号,控制各部件工作,完成所需的功能。
        时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路。中断控制逻辑用于控制各种中断请求,并根据优先级的高低对中断请求进行排队,逐个交给CPU处理。
 
       总线
        计算机系统中的总线(Bus)是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道,是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路,它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享,因此可以将计算机系统内的多种设备以总线方式进行连接。
               总线的分类
               按照所传输的信号类型可将总线分为数据总线、地址总线和控制总线3类。不同型号的CPU芯片,其数据总线、地址总线和控制总线的条数可能不同。
               .数据总线(Data Bus,DB)用来传送数据信息,是双向的。CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据,也可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。
               .地址总线(Address Bus,AB)用于传送CPU发出的地址信息,是单向的。传送地址信息的目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。存储器是按地址访问的,所以每个存储单元都有一个固定地址,要访问1MB存储器中的任一单元,需要给出220个地址,即需要20位地址(220=1M)。因此,地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力。
               .控制总线(Control Bus,CB)用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的信号是CPU向内存或外部设备发出的信息,有的是内存或外部设备向CPU发出的信息。显然,CB中的每一条线的信息传送方向是单方向且确定的,但CB作为一个整体则是双向的。所以,在各种结构框图中,凡涉及到控制总线CB,均是以双向线表示。
               总线的性能直接影响到整机系统的性能,而且任何系统的研制和外围模块的开发都必须依从所采用的总线规范。总线技术随着微机结构的改进而不断发展与完善。
               在计算机的概念模型中,CPU通过系统总线和存储器之间直接进行通信。实际上在现代的计算机中,存在一个控制芯片的模块。CPU需要和存储器,I/O设备等进行交互,会有多种不同功能的控制芯片,称之为控制芯片组。对于目前的计算机结构来说,控制芯片集成在主板上,典型的有南北桥结构和单芯片结构。与芯片相连接的总线可以分为前端总线(FSB)、存储总线、I/O总线、扩展总线等。
                      南北桥芯片结构
                      北桥芯片直接与CPU、内存、显卡、南桥相连,控制着CPU的类型、主板的总线频率、内存控制器、显示核心等。前端总线(FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。内存总线是将内存连接到北桥芯片的总线。用于和北桥之间的通信,显卡则通过I/O总线连接到北桥芯片。
                      南桥芯片主要负责外部设备接口与内部CPU的联系,其中,通过I/O总线连接外部I/O设备连接到南桥,例如USB设备、ATA和SATA设备以及一些扩展接口,扩展总线则指是主板上提供的一些PCI、ISA等插槽。
                      单芯片结构
                      单芯片组方式取消了北桥。由于CPU中内置了内存控制器,不再需要通过北桥来控制,这样就能提高内存控制器的频率,减少延迟。还有一些CPU还集成了显示单元,使得显示芯片的频率更高,延迟更低。
               常见总线
               (1)ISA总线。ISA是工业标准总线,只支持16位I/O设备,数据传输率大约是16Mb/s,也称为AT标准。
               (2)EISA总线。EISA是在ISA总线的基础上发展起来的32位总线。该总线定义32位地址线、32位数据线以及其他控制信号线、电源线、地线等共196个接点。总线传输速率达33MB/s。
               (3)PCI总线。PCI总线是目前微型机上广泛采用的内总线,采用并行传输方式。PCI总线有适于32位机的124个信号的标准和适于64位机的188个信号的标准。PCI总线的传输速率至少为133MB/s,64位PCI总线的传输速率为266MB/s。PCI总线的工作与CPU的工作是相互独立的,也就是说,PCI总线时钟与处理器时钟是独立的、非同步的。PCI总线上的设备是即插即用的。接在PCI总线上的设备均可以提出总线请求,通过PCI管理器中的仲裁机构允许该设备成为主控设备,主控设备与从属设备间可以进行点对点的数据传输。PCI总线能够对所传输的地址和数据信号进行奇偶校验检测。
               (4)PCI Express总线。PCI Express简称为PCI-E,采用点对点串行连接,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量。
               PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异,包括X1、X4、X8以及X16(X2模式将用于内部接口而非插槽模式),其中X1的传输速度为250MB/s,而X16就是等于16倍于X1的速度,即是4GB/s。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插。同时,PCI Express总线支持双向传输模式,还可以运行全双工模式,它的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异与半双工和全双工类似。因此连接的每个装置都可以使用最大带宽。
               (5)前端总线。微机系统中,前端总线(Front Side Bus,FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。需要注意主板和CPU的搭配问题。一般来说,如果CPU不超频,那么前端总线是由CPU决定的,如果主板不支持CPU所需要的前端总线,系统就无法工作。
               通常情况下,一个CPU默认的前端总线是唯一的。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件,并与南桥芯片连接。CPU通过前端总线(FSB)连接到北桥芯片,进而通过北桥芯片与内存、显卡交换数据。FSB是CPU和外界交换数据的最主要通道,因此FSB的数据传输能力对计算机整体性能作用很大,如果没足够快的FSB,再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。
               (6)RS-232C。RS-232C是一条串行外总线,其主要特点是所需传输线比较少,只需三条线(一条发、一条收、一条地线)即可实现全双工通信。传送距离远,用电平传送为15m,电流环传送可达千米。有多种可供选择的传送速率。采用非归零码负逻辑工作,电平≤-3V为逻辑1,而电平≥+3V为逻辑0,具有较好的抗干扰性。
               (7)SCSI总线。小型计算机系统接口(SCSI)是一条并行外总线,广泛用于连接软硬磁盘、光盘、扫描仪等。该接口总线早期是8位的,后来发展到16位。传输速率由SCSI-1的5MB/s到16位的Ultra2 SCSI的80MB/s。今天的传输速率已高达320MB/s。该总线上最多可接63种外设,传输距离可达20m(差分传送)。
               (8)SATA。SATA是Serial ATA的缩写,即串行ATA。它主要用作主板和大量存储设备(如硬盘及光盘驱动器)之间的数据传输之用。SATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
               (9)USB。通用串行总线(USB)当前风头正劲,近几年得到十分广泛的应用。USB由4条信号线组成,其中两条用于传送数据,另外两条传送+5V容量为500mA的电源。可以经过集线器(Hub)进行树状连接,最多可达5层。该总线上可接127个设备。USB 1.0有两种传送速率:低速为1.5MB/s,高速为12MB/s。USB 2.0的传送速率为480MB/s。USB总线最大的优点还在于它支持即插即用,并支持热插拔。
               (10)IEEE-1394。IEEE-1394是高速串行外总线,近几年得到广泛应用。IEEE-1394也支持外设热插拔,可为外设提供电源,省去了外设自带的电源,能连接多个不同设备,支持同步和异步数据传输。IEEE-1394由6条信号线组成,其中两条用于传送数据,两条传送控制信号,另外两条传送8~40V容量为1500mA的电源,IEEE-1394总线理论上可接63个设备。IEEE-1394的传送速率从400MB/s、800MB/s、1600MB/s直到3.2GB/s。
               (11)IEEE-488总线。IEEE-488是并行总线接口标准。微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线连接装配,它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备不需中介单元直接并联于总线上。总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20m,信号传输速度一般为500Kb/s,最大传输速度为1MB/s。
 
       DM
        DM(Delta Modulation)即增量调制,又称ΔM调制,是最简单的有损预测编码方法,早期在数字电话中被采用,是一种最简单的差值脉冲编码。实际的采样信号与预测的采样信号的差的极性若为正,则用1表示,反之则用0表示。由于DM编码只用1位对声音信号进行编码,所以DM系统又称1位系统。
 
       系统总线
        系统总线有时也称为内总线,其性能直接影响计算机的性能。常见的内总线标准有以下3种。
        (1)ISA(Industry Standard Architecture)总线。它是工业标准总线,向上兼容更早的PC总线,在PC总线62个插座信号的基础上,再扩充另一个36个信号的插座构成ISA总线。它主要包括24个地址线、16条数据线等。
        (2)EISA(Extended Industry Standard Architecture)总线。它是在ISA总线的基础上发展起来的36位总线。该总线定义32位地址线、32位数据线以及其他控制信号线、电源线等共196个连接点。总线传输速率达33Mb/s。该总线利用总线插座与ISA总线相兼容。
        (3)PCI(Peripheral Component Interconnection,外部设备组件互连)总线。当前最流行的总线之一,它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线,且可扩展为64位。PCI总线的传输速率至少为133Mb/s,64位PCI总线的传输速率为266Mb/s。PCI总线的工作与处理器相互独立。PCI总线上的设备是即插即用的。
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第29题    在手机中做本题