免费智能真题库 > 历年试卷 > 软件设计师 > 2021年下半年 软件设计师 上午试卷 综合知识
  第1题      
  知识点:   总线结构   PCI   SCSI   总线
  章/节:   计算机硬件基础知识       

 
以下关于PCI总线SCSI总线的叙述中,正确的是( )。
 
 
  A.  PCI总线是串行外总线,SCSI 总线是并行内总线
 
  B.  PCI总线是串行内总线,scsI总线是串行外总线
 
  C.  PCI总线是并行内总线,SCSI总线是串行内总线
 
  D.  PCI总线是并行内总线,SCSI总线是并行外总线
 
 
 

 
  第6题    2019年下半年  
   41%
执行指令时,将每一节指令都分解为取指、分析和执行三步,已知取指时间t取指=5△t,分析时间t分析=2△t,..
  第5题    2012年下半年  
   43%
在I/O设备与主机间进行数据传输时,CPU只需在开始和结束时作少量处理,而无需干预数据传送过程的是(5)方式。
  第6题    2014年下半年  
   61%
Flynn分类法基于信息流特征将计算机分成4类,其中()只有理论意义而无实例。
   知识点讲解    
   · 总线结构    · PCI    · SCSI    · 总线
 
       总线结构
               总线的定义与分类
               广义地讲,任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线。通常分为以下3类总线。
               (1)内部总线。用于芯片一级的互连,分为芯片内总线和元件级总线。芯片内总线用于在集成电路芯片内部各部分的连接,元件级总线用于一块电路板内各元器件的连接。
               (2)系统总线。用于插件板一级的互连,用于构成计算机各组成部分(CPU、内存和接口等)的连接。
               (3)外部总线。又称通信总线,用于设备一级的互连,通过该总线和其他设备进行信息与数据的交换。
               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。
               外部总线
               外部总线有时简称为外总线。外总线的标准有七八十种之多,常见的外总线标准有以下几种。
               (1)RS-232C。一条串行外总线,其主要特点是,所需传输线比较少,最少只需3条线即可实现全双工通信。传输距离远,用电平传送为15m,电流环传送为1km。有多种可供选择的传输速率,具有较好的抗干扰性。
               (2)SCSI(Small Computer Standard Interface,小型计算机标准接口)总线。一条并行外总线,广泛用于连接软盘、光盘等。该接口早期是8位的,后来发展成16位。传输速率为5~16Mb/s。目前的传输速率已高达320Mb/s。该总线上最多可接63种外设,传输距离可达20m。
               (3)USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)总线。USB是1995年由Microsoft、Compaq、IBM等公司联合制定的一种新的PC串行通信协议。由4条信号线组成,可以经过集线器进行树状连接,最多可达5层。该总线上可接127个设备。最大的优点在于它支持即插即用技术并支持热插拔。
               (4)IEEE-1394。一种串行外总线,由6条信号线组成,可接63个设备,传输速率从400Mb/s、800Mb/s、1600Mb/s直到3.2Gb/s,最大优点在于支持即插即用并支持热插拔。
 
       PCI
        外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect,PCI)总线是当前最流行的总线之一,它是由Intel公司1992年推出的一种总线标准。它定义了32位数据总线,且可扩展为64位。
        (1)高速性。PCI局部总线以33MHz的时钟频率操作,采用32位数据总线,数据传输速率可高达132Mb/s,远超过以往各种总线。而早在1995年6月推出的PCI总线规范2。PCI总线的主设备可与微机内存直接交换数据,而不必经过微机CPU中转,也提高了数据传送的效率。
        (2)即插即用性。在使用ISA板卡时,有两个问题需要解决:一是在同一台微机上使用多个不同厂家、不同型号的板卡时,板卡之间可能会有硬件资源上的冲突;二是板卡所占用的硬件资源可能会与系统硬件资源(如声卡、网卡等)相冲突。而PCI板卡的硬件资源则是由微机根据其各自的要求统一分配,绝不会有任何的冲突问题。因此,作为PCI板卡的设计者,不必关心微机的哪些资源可用,哪些资源不可用,也不必关心板卡之间是否会有冲突。因此,即使不考虑PCI总线的高速性,单凭其即插即用性,就比ISA总线优越了许多。
        (3)可靠性。PCI独立于处理器的结构,形成一种独特的中间缓冲器设计方式,将中央处理器子系统与外围设备分开。这样用户可以随意增添外围设备,以扩充电脑系统而不必担心在不同时钟频率下会导致性能的下降。与原先微机常用的ISA总线相比,PCI总线增加了奇偶校验错、系统错、从设备结束等控制信号及超时处理等可靠性措施,使数据传输的可靠性大为增加。
        (4)复杂性。PCI总线强大的功能大大增加了硬件设计和软件开发的实现难度。硬件上要采用大容量、高速度的复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)或FPGA芯片来实现PCI总线复杂的功能。软件上则要根据所用的操作系统,用软件工具编制支持即插即用功能的设备驱动程序。
        (5)自动配置。PCI总线规范规定PCI插卡可以自动配置。PCI定义了3种地址空间:存储器空间、输入/输出空间和配置空间,每个PCI设备中都有256字节的配置空间用来存放自动配置信息,当PCI插卡插入系统,BIOS(Basic Input Output System)将根据读到的有关该卡的信息,结合系统的实际情况为插卡分配存储地址、中断和某些定时信息。
        (6)共享中断。PCI总线是采用低电平有效方式,多个中断可以共享一条中断线,而ISA总线是边沿触发方式。
        (7)扩展性好。如果需要把许多设备连接到PCI总线上,而总线驱动能力不足时,可以采用多级PCI总线,这些总线上均可以并发工作,每个总线上均可挂接若干设备。因此PCI总线结构的扩展性是非常好。由于PCI的设计是要辅助现有的扩展总线标准,因此与ISA、EISA及MCA总线完全兼容。
        (8)多路复用。在PCI总线中为了优化设计采用了地址线和数据线共用一组物理线路,即多路复用。PCI接插件尺寸小,又采用了多路复用技术,减少了元器件和管脚个数,提高了效率。
        (9)严格规范。PCI总线对协议、时序、电气性能、机械性能等指标都有严格的规定,保证了PCI的可靠性和兼容性。由于PCI总线规范十分复杂,其接口的实现就有较高的技术难度。
 
       SCSI
        SCSI总线的原型是美国Shugart公司推出的,用于计算机与硬盘驱动器之间传输数据的SASI(Shugart Associates System Interface)总线,1986年成为美国国家标准ANSI X3.131,改名为SCSI总线(Small Computer System Interface)。其数据线为9位,速度可达5Mb/s,传输距离6m(加驱动器可达25m),经改进又陆续推出SCSI-2 Fast and Wide和SCSI-3(又称UItra SCSI)总线,原SCSI总线改称SCSI-1总线。该总线的传输速率很高,现已普遍用作计算机的高速外设总线,如连接高速硬盘驱动器。许多高速数据采集系统也用它与计算机互连,目前仍处在发展之中。
 
       总线
        所谓总线(Bus),是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线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连接到总线上。
               总线的分类
               微机中的总线分为数据总线、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,凡涉及控制总线CB,均是以双向线表示。
               总线的性能直接影响整机系统的性能,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总线将外部I/O设备连接到南桥,比如USB设备、ATA和SATA设备以及一些扩展接口。扩展总线则是指主板上提供的一些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
               常见总线包括:
               (1)ISA总线。ISA是工业标准总线,只能支持16位的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。选购主板和CPU时,要注意两者的搭配问题,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。也就是说,需要主板和CPU都支持某个前端总线,系统才能工作。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,最少只需三条线(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。其中,SCSI-1是第一个SCSI标准,传输速率为5MB/s;Ultra2 SCSI的传输速率为80MB/s;Ultra160 SCSI也称Ultra3 SCSI LVD,传输速率为160MB/s;Ultra320 SCSI也称Ultra4 SCSI LVD,传输速率可高达320MB/s。
               (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。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,目前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 3.0的传送速率为5Gb/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,信号传输速率一般为500KB/s,最大传输速率为1MB/s。
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第1题    在手机中做本题