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11.14、 为什么要进行总线仲裁？

11.15、 为什么集中式总线仲裁方式优于菊花链式？

11.16、ISA总线信号分为多少组，它的主要功能是什么？

11.17、ISA 16位总线是在ISA 8位总线基础上扩充了哪些信号而形成的？ 11.18、PCI总线访问时，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？

习题十一 参考答案

11.5、答：为适应用户不断变化的要求，微机系统设计必须采用模块化设计，不同的模块组合形成一定的功能。模块之间的连接关系采用标准的总线结构可使不同功能的模块便于互连，兼容性好、生命周期长。模块采用标准化总线结构设计可使模块的生产供应规模化、多元化、价格低、有利于用户。

11.6、答：总线技术规范应包括：(1)机械结构规范：模块尺寸、总线插头插座形式与结点数以及模块与插头插座的机械定位。(2)功能规范：总线信号名称、功能以及相互作用的协议。(3)电气规范：总线中每个信号工作时的有效电平、动态转换时间、负载能力以及电气性能的额定值与最大值。

11.7、答：总线就是两个以上模块(或子系统)间传送信息的公共通道，通过它模块间可进行数据、地址码及命令的传输。

最早的标准化总线是S-100总线(1975)，80年代初IBM PC/XT个人计算机采用8位ISA总线，之后又在IBM PC/AT机上推出16位ISA总线。随着外设接口对总线性能要求的不断提高，出现了EISA总线及PCI总线。PCI总线目前已被个人计算机广泛采用，成为新的工业标准。

11.8、答：由地址总线、数据总线和控制总线三部分组成。地址总线用于指出数据的来源或去向；数据总线提供了模块间数据传输的路径；控制总线用来传送各种控制信号以便控制数据、地址总线的操作及使用。

11.9、答：扩充总线是将许多I/O接口连接在一起，集中起来经桥接电路与系统总线相连，减轻系统总线的负载，提高系统性能。系统总线与扩充总线的之间有专门的连接电路，它们各自工作在不同的频宽下，可适应不同工作速度的模块的需要。

11.10、答：早期的扩充总线(ISA总线)工作频率低，不能满足象图形、视频、网络接口等高数据传输率I/O设备的要求。在处理器的系统总线与传统扩充总线之间插入一个总线层次，它的频率高于传统扩充总线，专门连接高速I/O设备，满足它们对传输速率的要求。这一层次的总线就是局部总线。局部总线与系统总线经桥接器相连，局部总线与传统扩充总线也经桥接器相连，三个层次的总线相互隔开，各自工作在不同的频宽上，适应不同模块的需要。

11.11、答：总线有三种定时方法。(1)同步定时，信息传输由公共时钟控制，总线信号中包括一个时钟信号，各模块上所有的操作都在时钟开始时启动。(2)异步定时，信息的传输的操作均由源或目的的特定信号跳变所确定，总线上每一个操作的发生均取决于前一个操作的发生，总线操作过程不用公共时钟来同步。(3)半同步定时，总线上各操作之间的时间间隔可以变化，但这个变化只允许为公共时钟周期的整数倍，信号的出现，采样和结束以公共时钟为基础。

11.12答：分单周期方式和突发方式两种。在单周期方式中，每个总线周期只传送一个数据。在突发方式下，占用一次总线要进行多个数据的传输，源模块发出

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首地址去访问目的模块的数据1，以后的数据是在首地址的基础上按一定的规则去寻址目地模块。 11.13、答：总线的指标有(1)总线宽度，一次总线操作可以传输的数据位数；(2)总线工作频率，总线上基本定时时钟的频率，它代表总线操作的最高频率；(3)单个数据传输所用时钟周期数。总线上信息传输过程可分解为：(1)请求总线；(2)总线裁决；(3)寻址；(4)数据传送；(5)错误检查。

11.14、答：总线结构的特点是，一个传送信息的公共通路总线为多个模块共同使用。但在某一时刻，只能允许一个主模块使用总线进行数据传输。当有多个主模块要占用总线进行数据传输时，要有一个总线的请求及转交的过程，首先按一定规则进行总线使用权的仲裁，把总线的使用权交给优先级最高的请求者。 11.15、答：菊花链式为串行总线仲裁逻辑，离处理器较远的主模块因前级主模块的占用而在较长时间内得不到响应，优先权的级别与逻辑上级连位置有关，因此灵活性差，缺少公平性。 集中式为并行总线仲裁逻辑，请求与响应信号都是独立与仲裁逻辑相连，优先级的处理可采用多种方式，不至因为某个请求设备的故障而造成整个仲裁逻辑的瘫痪，灵活性好。

11.16、答：分为总线基本信号、总线访问信号及总线控制信号。总线基本信号主要用来提供基本定时时钟、系统复位、电源和地信号。总线访问信号主要用来提供对总线目标模块访问的地址、数据、访问应答控制信号。总线控制信号的主要功能是提供中断、DMA处理时的请求及响应信号以及扩展模块主控状态的确定信号。

11.17、答：ISA 16位总线在ISA 8位总线基础上把数据线由8位扩充到16位，把地址线由20位扩充到24位；还扩充了中断请求信号、DMA请求与响应信号；还增加了16位数据访问的控制信号等。 11.18、答：PCI总线上的主设备取得总线控制权以后，在CLK-1期间发出FRAME#有效信号、要访问的从设备的地址信号及操作类型的命令字，从而启动了一个总线访问周期。结束一个访问周期是通过使FRAME#信号变为无效且保持主设备准备就绪信号IRDY#为有效，完成最后的数据传送后结束这个总线操作。此外用STOP#信号从设备可以主动仃止数据访问周期。

习题12

12.1、 什么是编码键盘？什么是非编码键盘？

12.2、 什么是线性键盘？什么是矩阵键盘？各有什么特点？ 12.3、 键盘接口的基本功能有哪些？

12.4、行扫描法矩阵键盘的工作原理是什么？

12.5、设键盘上有3×4个键，通过并行接口芯片8255A与微机相连。8255A的A口定义为输出口，其端口地址为PORTA，与键盘行线相连；B口定义为输入口，其端口地址为PORTB，与键盘列线相连；8255A控制口为PORTC。画出硬件连接图，并设计一个用“行扫描法”识别闭合键的扫描程序。 12.6、PC键盘的工作原理是什么？

12.7、鼠标器的基本工作原理是什么？

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12.8、鼠标器按采样机构可分为哪几种？各有何特点？ 12.9、鼠标与计算机的接口主要有哪几种形式？ 12.10、说明CRT显示器的工作原理。 12.11、说明CRT屏幕光栅扫描过程。

12.12、CRT接口电路一般由哪些部分组成?简述各部分功能。 12.13、视频显示标准有几种工作模式，各有何特点？ 12.14、打印机的主要技术指标有哪些？

12.15、针式打印机由哪些部分组成?说明针式打印机的打印过程 12.16、简述喷墨打印机的工作原理。 12.17、简述激光打印机的打印过程。

12.18、根据并行打印机的时序图，说明其数据传送过程。 12.19、并行打印机和PC系列机是如何连接的？ 12.20、 主机向打印机传送数据可采用哪两种控制方式？两种控制方式的初始化命令有何区别？ 12.21、利用ROM BIOS的INT 17H功能，编写一段打印程序。打印一缓冲区字符，并进行错误检测。

12.22、简述LCD液晶显示器的工作原理。

12.23、扫描仪的主要性能指标有哪些？有哪几种主要的接口？ 12.24、触摸屏按工作原理不同可分几类?各自的工作原理是什么?

12.25、数码相机的工作原理和主要性能指标是什么?其接口种类有哪些? 12.26、视频采集卡的功能是什么？其主要由哪几部分组成？ 12.27、数字化仪的功能是什么？它有哪些主要技术指标?常见的数字化仪有哪几种？

习题十二 参考答案

第十二章 人机交互设备

1. 什么是编码键盘？什么是非编码键盘？ 答：（1）编码键盘：键盘本身带有硬件电路，能够由硬件逻辑自动检测被按下的键，然后自动产生与被按键对应的键编码（ASCII码等），并以并行或串行通信方式送往主机。其接口电路简单，使用方便，但本身电路复杂、成本较高。 （2）非编码键盘：由简单的键开关行列矩阵组成，只能提供键开关的行列位置（位置码或扫描码），按键的识别、键值的确定和输入到主机等工作全靠软件完成。其硬件电路简单、成本低，被广泛地应用于计算机中。 2. 什么是线性键盘？什么是矩阵键盘？各有什么特点？ 答：（1）线性键盘：每一个按键连接到一位I/O端口，无键闭合时各位都处于高电平。当有一个键按下时，就使对应位接地或成为低电平，其它位则仍为高电平。这样，CPU只要通过读I/O端口，检测端口中哪一位为低电平，就可以识别出所按下的键。这种键盘结构简单，但当键盘上的键较多时，需使用的I/O端口就太多，因此，只能用于仅有几个键的小键盘中。（2）矩阵键盘：将所有按键按行和列排列成矩阵形式，也叫行列式键盘。对于m×n个键的键盘，如果采用线性键盘结构，需要m×n位I/O端口，而采用矩阵键盘结构只需要m＋n位。结构较为复杂，适用于按键较多的系统中。 3. 键盘接口的基本功能有哪些？

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答：键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生等几项基本功能。 （1）去抖动。抖动是指当一个键被按下或放开时，键的接触点在达到稳定的闭合或断开之前会有几次抖动跳变，其中，前沿抖动发生在键按下的时候，后沿抖动发生在释放按键的时候。抖动持续时间因键的质量而有所不同，一般不超过20ms。在识别被按键和释放键时必须避开这种抖动状态，被按键才能保证正确无误地被识别，这就是去抖动。

（2）防串键。防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的键按下时产生的问题。常用的解决方法有两种。其一是双键锁定：当检测到有两个或两个以上的键被按下时，只把最后释放的键当作有效键，并产生相应键码。其二是N键轮回：当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。

（3）识别被按键及生成键值、键码

键盘接口所要解决的主要问题是识别出被按键并生成其键值、键码。常用的方法有行扫描法和线反转法等

(4) 键码的产生：通过查表获得被按键编码 4. 行扫描法矩阵键盘的工作原理是什么？

答：行扫描法的矩阵键盘要求行接对应的并行输出端口，CPU通过行输出口输出行扫描代码；同时，要求列端接一个并行的输入端口，CPU通过它读入列信息代码。

行扫描法的执行过程一般分为四步：

（1）判断是否有键按下。对行并行端口输出全“0”，然后，通过列并行输入口读入列值，并机械比较判断。若列值为全“1”，则说明无键按下；若列值为非全“1”，则说明已有键按下，转下一步。

（2）延迟10ms～20ms，以消除按键的机械抖动。

（3）识别是哪个键按下。从第0行开始，仅输出一行为“0”电平，其余为“1”电平，逐行扫描。每扫描一行，读入一次列值。若列值为全“1”，则说明此行无键按下，继续扫描下一行；若列值为非全“1”，则此行有键按下，记下此时的行、列值。

（4）依所得的行、列值查键号表可得键号，然后再由键号查健值表即可得出被按键的健值（即ASCII码）。

5. 设键盘上有3×4个键，通过并行接口芯片8255A与微机相连。8255A的A口定义为输出口，其端口地址为PORTA，与键盘行线相连；B口定义为输入口，其端口地址为PORTB，与键盘列线相连；8255A控制口为PORTC。画出硬件连接图，并设计一个用“行扫描法”识别闭合键的扫描程序。 答：设计的硬件连接图如下： :

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