总线数据传输中的同步技术
总线技术
所有的串口的核心是通用异步收发器（UART） 芯片，该芯片可以实现将计算机输出的并行数 据转换成串行格式，或者将串行数据转换成并 行格式送回计算机的过程。当通信对象远离主 机时，采用串行传送方式更经济，有效。RS232或RS-422等串行总线标准在计算机终端中 广泛采用。 并口一般用于将打印机等设备连接到计算机上。 并口之所以被称为并口，是因为它有8条数据 线，可以通过这8条数据线同时发送包含数据 的一个字节的所有数据位。
被提议的未来传输率
400Mb/s(50MB/s) 800Mb/s(100MB/s) 1Gb/s+(125MB/s+)
DV便携式摄像机 高分辨率数码相机 HDTV 机顶盒 高速驱动器 高分辨扫描仪 电子乐器
无
无
典型设备
键盘 鼠标 游戏杆 低分辨率数码相机 低速驱动器 调制解调器 打印机 低分辨率扫描仪
IEEE 1284标准定义了并口的物理特性，标准 中给出了5种不同的并口操做模式
并口模式 半字节（4位） 字节（8位） 兼容 EPP（增强型并口） ECP（扩充能力端口） 方向 输入 输入 输出 输入/输出 输入/输出 传输率/B/S 50K 150K 150K 500K~2M 500K~2M
2、串口与并口的替代品 ----USB和IEEE 1394
异步方式根据“请求”和“回答”信号的撤 销是否互锁有3中情况：
（1）不互锁
“请求”和“回答”信号都有一定的时间宽度，“请求”信 号的结束和“回答”信号的结束不互锁，如图所示。
（2）半互锁
“请求”信号的撤销取决于接受“回答”信号，而“回答” 信号的撤销由从设备自己决定，如同所示。
（3）全互锁
“请求”信号的撤销取决于“回答”信号的来到，而“请求” 信号的撤销又导致“回答”信号的撤销，如图所示。全互 锁方式给出了最高的灵活性和可靠性，当然也付出了增加 接口电路复杂性的代价。
计算机网络技术复习题(2012-2013B)
《计算机网络技术》复习题一、选择题1.采用全双工通信方式，数据传输的方向性结构为( )A.可以在两个方向上同时传输B.只能在一个方向上传输C.可以在两个方向上传输，但不能同时进行D.以上均不对2．以下哪一种是双绞线的连接头（）。
A、BNCB、AUIC、RJ45D、RJ113．如果网络的传输速率为28.8Kbps，要传输2M字节的数据大约需（）。
A、1分钟B、10分钟C、1小时10分钟D、30分钟4．以下哪一种不属于网络操作系统（）。
A、UnixB、Windows 2000 ServerC、NOSD、Linux5．目前应用最为广泛的一类局域网是Ethernet网。
Ethernet的核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法，即（）。
A、CSMA/CDB、FDDIC、Token BusD、Token Ring6．局域网络的硬件是由（）组成。
①网络服务器②网络工作站③网卡④Modem ⑤传输介质A,①②③④Ｂ、①②③⑤C,①②④⑤Ｄ、①②③④⑤7．网卡实现的主要功能是（）Ａ、物理层与网络层的功能Ｂ、网络层与应用层的功能Ｃ、物理层与数据链路层的功能Ｄ、网络层与表示层的功能8．建立计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享。
计算机资源主要是指计算机的（）。
①硬件、软件②Web服务器、数据库服务器③数据④网络操作系统Ａ、①和②Ｂ、②和④Ｃ、①、②和④Ｄ、①和③9．TCP/IP参考模型中的网络层对应于OSI参考模型的（）Ａ、物理层Ｂ、数据链路层Ｃ、网络层Ｄ、数据链路层和网络层10．在ISO/OSI参考模型中，网络层的主要功能是（）Ａ、提供可靠的端－端服务，透明地传送报文Ｂ、路由选择、拥塞控制与网络互连Ｃ、在通信实体之间传送以帧为单位的数据Ｄ、数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复11．Internet使用的基本协议是（）A、TCP/IPB、PPPC、E-Mail C、Ethernet12．如果IP地址是139.56.97.235，子网掩码为255.255.240.0，那么网络地址是（）Ａ、139.56.97.0 Ｂ、139.56.96.0Ｃ、139.56.0.0 Ｄ、139.56.97.23513．ISO/OSI参考模型的第4层是（）。
2022年中原工学院网络工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷B(有答案)
2022年中原工学院网络工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷B（有答案）一、选择题1、某计算机主存按字节编址，由4个64M×8位的DRAM芯片采用交叉编址方式构成，并与宽度为32位的存储器总线相连，主存每次最多读写32位数据。
若double型变量x 的主存地址为80400lAH，则读取x需要的存储周期数是（）。
A.1B.2C.3D.42、有如下C语言程序段：for（k=0；k<1000；k++）a[k]=a[k]+32；若数组a及变量k均为int型，int型数据占4B，数据Cache采用直接映射方式、数据区大小为1KB，块大小位16B，该程序段执行前Cache为空，则该程序段执行过程中访问数组a的Cache缺失率约为（）。
A.1.25%B.2.5%C.12.5%D.25%3、假定编译器对高级语言的某条语句可以编译生成两种不同的指令序列，A、B和C三类指令的CPl和执行两种不同序列所含的三类指令条数见下表。
则以下结论错误的是（）。
I.序列一比序列二少l条指令Ⅱ.序列一比序列二的执行速度快Ⅲ.序列一的总时钟周期数比序列二多1个Ⅳ.序列一的CPI比序列二的CPI大A.I、llB.1、ⅢC. ll、1VD.Ⅱ4、完整的计算机系统应该包括（）。
A.运算器、存储器、控制器B.外部设备和主机C.主机和应用程序D.主机、外部设备、配套的软件系统5、在计算机系统中，作为硬件与应用软件之间的界面是（）。
A.操作系统B.编译程序C.指令系统D.以上都不是6、在计数器定时查询方式下，正确的描述是（）。
A.总线设备的优先级可变B.越靠近控制器的设备，优先级越高C.各设备的优先级相等D.对硬件电路故障敏感7、总线的数据传输速率可按公式Q=Wf/N计算，其中Q为总线数据传输速率，W为总线数据宽度（总线位宽/8），f为总线时钟频率，N为完成一次数据传送所需的总线时钟周期个数。
若总线位宽为16位，总线时钟频率为8MHz，完成一次数据传送需2个总线时钟周期，则总线数据传输速率Q为（）。
软总线技术原理
软总线技术原理
软总线技术原理是一种通过软件实现的数据传输技术，它允许在计算机系统中不同的软件模块之间进行通信和数据交换。
软总线技术的原理主要包括以下几个方面：
1. 消息通信：软总线技术通过定义一种统一的消息格式来实现不同软件模块之间的通信。
消息格式通常包括消息类型、消息数据和其他自定义的字段。
2. 消息队列：软总线技术通过使用消息队列来实现异步通信。
发送方将消息放入队列中，接收方从队列中获取消息进行处理。
这种方式能够提高系统的并发性和响应能力。
3. 订阅/发布模式：软总线技术支持订阅/发布模式，当一个软
件模块发布一个消息时，所有订阅者都能够接收到这个消息。
这种方式能够方便地实现广播和事件通知。
4. 状态同步：软总线技术能够实现不同软件模块之间的状态同步。
当一个模块的状态发生变化时，它可以将状态信息发布给其他订阅者，从而实现状态的一致性。
5. 错误处理：软总线技术能够处理通信中的错误，比如消息丢失、重复发送等。
它通常采用重试、消息确认等机制来确保通信的可靠性和正确性。
通过以上原理，软总线技术可以实现不同软件模块之间的高效、
可靠的通信和数据交换，提高系统的灵活性和可扩展性。
它广泛应用于分布式系统、实时系统等领域。
数据传输方式
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位同步要求在传送数据流的过程中，发收双方对 每一位数据信息都要准确地保持同步，可以在发 送端与接收端间设置专门的时钟线，这称做外同 步，比如I2C总线采用的就是外同步。
还可以在数据传输中嵌入同步时钟，在接收端从
接收信号中提取位同步信号，其方法是从在接收
信号码元“1” 和“0” 的极性变化中获取同步信息，
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2.2.3 同步与异步通信
在串行通信中，数据是一位一位依次传输的，由 于发送方和接收方步调的不一致很容易导致“漂 移”现象看，从而使数据传输出现差错。为了避 免信号传输中的差错，就要求实现发送与接收之 间的同步，同步就是接收端按发送端所发送的每 个码元的重复频率以及起止时间来接收数据，在 通信中接收端校准自己的时间和重复频率，以便 和发送端取得一致。信息传输的同步方式分为两 种，异步传输和同步传输是两种常见的同步方式。
2.2 数据传输方式
2.2.1 通信方式 2.2.2 串行与并行通信 2.2.3 同步与异步传输 2.2.4 多路共传
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2.2.1 通信方式
数据传输中，按照信号传送方向与时间的 关系，通信方式分为单向通信、双向交替 通信和双向同时通信,也就是常说的单工、 半双工和全双工通信。
单工是指信息始终只能按照一个方向传送， 而不进行与此方向相反的传送,在单工通信 方式中信道是单向信道，发送端和接收端 是固定的。无线电广播、电视是单工通信 的实例。
如曼彻斯特编码，这种信号传输方式也做内同步。
对于所传送的字符代码是连续“1” 或“0”，不出
现代码极性变化时，就影响从接收信息中提取同
步信号，为克服这一缺点，在同步方式中采用奇
校验方法，以保Leabharlann 在每个字符中至少出现一个代码转换点。
总线传输有何特点试比较同步通信和异步通信
总线传输有何特点试比较同步通信和异步通信1.什么是总线?总线传输有何特点?2.试比较同步通信和异步通信。
3.说明存取周期和存取时间的区别。
4.什么是存储器的带宽?若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少?5.试比较静态RAM和动态RAM。
1、总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。
总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。
2、同步通信所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相信始终保持一致(同步)，这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
同步通信把许多字符组成一个信息组，或称为信息帧，每帧的开始用同步字符来指示。
由于发送和接收的双方采用同一时钟，所以在传送数据的同时还要传送时钟信号，以便接收方可以用时钟信号来确定每个信息位。
同步通信要求在传输线路上始终保持连续的字符位流，若计算机没有数据传输，则线路上要用专用的"空闲"字符或同步字符填充。
同步通信传送信息的位数几乎不受限制，通常一次通信传的数据有几十到几千个字节，通信效率较高。
但它要求在通信中保持精确的同步时钟，所以其发送器和接收器比较复杂，成本也较高，一般用于传送速率要求较高的场合。
异步通信是指通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。
异步通信规定字符由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity)和停止位(stop bit)组成。
can总线的硬同步
can总线的硬同步
CAN总线是一种常用的通信协议，用于在车载电子、工业自动化等领域中传输数据。
CAN总线具有高效、可靠的特点，但在实际应用中，由于数据传输的异步性，会导致数据的误差和丢失。
为了解决这个问题，可以采用CAN总线的硬同步技术。
CAN总线的硬同步是一种基于硬件电路的同步技术，它通过在CAN总线传输的数据中加入同步码，来保证数据的同步性和完整性。
同步码的添加和检测是通过硬件电路实现的，不受软件运行的影响，因此具有高效、可靠的特点。
在实际应用中，CAN总线的硬同步技术可以有效地提高数据传输的可靠性和精确性。
同时，它还可以减少系统对软件的依赖，降低系统的复杂度和成本。
因此，CAN总线的硬同步技术在车载电子、工业自动化等领域中得到了广泛的应用和推广。
- 1 -。
同步和异步的区别
同步和异步的区别答案⼀：同步和异步是两种交互或者通信⽅式。
放在计算机⽹络⾥有数据包的传输⽅式，放在总线级上⼜有外设和内存之间数据的传输⽅式。
放在操作系统⾥，进程之间的交互也有同步和异步两种交互⽅式。
但是其精髓是⼀样的。
计算机⽹络领域：1.异步传输通常，异步传输是以字符为传输单位，每个字符都要附加 1 位起始位和 1 位停⽌位，以标记⼀个字符的开始和结束，并以此实现数据传输同步。
所谓异步传输是指字符与字符(⼀个字符结束到下⼀个字符开始)之间的时间间隔是可变的，并不需要严格地限制它们的时间关系。
起始位对应于⼆进制值 0，以低电平表⽰，占⽤ 1 位宽度。
停⽌位对应于⼆进制值 1，以⾼电平表⽰，占⽤ 1~2 位宽度。
⼀个字符占⽤ 5~8位，具体取决于数据所采⽤的字符集。
例如，电报码字符为5 位、ASCII码字符为 7 位、汉字码则为8 位。
此外，还要附加 1 位奇偶校验位，可以选择奇校验或偶校验⽅式对该字符实施简单的差错控制。
发送端与接收端除了采⽤相同的数据格式(字符的位数、停⽌位的位数、有⽆校验位及校验⽅式等)外，还应当采⽤相同的传输速率。
典型的速率有：9 600 b/s、19.2kb/s、56kb/s等。
异步传输⼜称为起⽌式异步通信⽅式，其优点是简单、可靠，适⽤于⾯向字符的、低速的异步通信场合。
例如，计算机与Modem之间的通信就是采⽤这种⽅式。
它的缺点是通信开销⼤，每传输⼀个字符都要额外附加2～3位，通信效率⽐较低。
例如，在使⽤Modem上⽹时，普遍感觉速度很慢，除了传输速率低之外，与通信开销⼤、通信效率低也密切相关。
--------------------------------------------------------------------------------2. 同步传输通常，同步传输是以数据块为传输单位。
每个数据块的头部和尾部都要附加⼀个特殊的字符或⽐特序列，标记⼀个数据块的开始和结束，⼀般还要附加⼀个校验序列(如16位或32位CRC校验码)，以便对数据块进⾏差错控制。
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2020/3/17
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 上述基本方案的问题：
– 时钟差异计数器的计数范围不可能很大（计 数范围越大越耗CPLD/FPGA资源）
– 而某些严重的干扰（如电源扰动，剧烈震动 等）可能会导致两个图像传感器的VSYNC 下降沿之间的差异时钟个数很大
– 这种情况下仅靠VSYNC下降沿差异计数器 无法在短时间内使两个图像传感器达到同步
– 潜在问题：接收方不知道数据什么时候到达，当它检测到数 据并做出响应之前，第一个bit已经过去了
– 每次异步传输信息都以一个起始位开头，以给接收方响应、 接收和缓存数据的时间，传输结束再发送停止位
• 同步传输遵循先同步、再接收的原则，一旦检测到同 步信号，就在接下来的数据到达时接收它们
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sensor2_vsync sensor2_href sensor1_vsync sensor1_href
sensor1_clk sensor2_clk
sync_id
: input; : input; : input;
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
同步传输与异步传输比较
• 异步传输中发送方可以在任何时刻发送数据，而接收 方从不知道数据什么时候到达
– 例子：键盘与主机之间的通信。按下一个键就发送一个8bit的 ASCII码，键盘可以在任意时刻发送，主机内部的硬件必须能 够在任意时刻接收这个代码
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 同步传输通常要比异步传输快速得多， 接收方不必对每组数据进行开始和停止 的操作
– 举例：一个典型的帧可能有500字节（4000 bit）的数据，采用同步传输，其中可能只 包含100bit的开销，增加的bit位使传输的 bit总数增加2.5%；采用异步传输，bit总数 增加25%;并且随着数据帧中实际bit位的增 加，开销bit所占的百分比将相应减少
和全双工通信（Full-Duplex）
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
并行传输和串行传输
• 并行传输
– 多个数据位同时在设备之间传输，形如多车道 高速公路行驶的汽车，如8位ASCII码
– 传输率高，成本高，适用于内部总线，两设备 相距较远时，代价过高
• 串行传输
– 只有一条数据传输线，任意时刻只能传输1位二 进制数
全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
• 位于通信线路一端的设备可以在同一时 刻既接收数据，也发送数据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
• 位于通信线路一端的设备可以在同一时 刻既接收数据，也发送数据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
实现步骤
• 判断两个图像传感器的VSYNC下降沿之 间是否有差异来断定是否同步
• 如果断定不同步，则判断出哪一个图像 传感器超前，并利用VSYNC下降沿差异 计数器同时获取差异的时钟个数
• 将超前的图像传感器的输入时钟（CLK ）抑制掉差异的时钟个数
• 如何解决？
– 可将VSYNC下降沿的同步过程分为粗同步 和细同步两个阶段（粗调和微调）
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
细同步
• 如果VSYNC下降沿差异计数器没有溢出，则 说明两个OV7141的VSYNC下降沿之间差异的 时钟个数在差异计数器的可调范围之内，直接 按照差异计数器的计数结果对超前的图像传感 器进行输入时钟抑制
• 有些全双工通信系统采用频分复用技术 ，传输信道可以分成高频群信道和低频 群信道，系统采用单线制就可以实现
• 举例：电话系统，交换式以太网
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
发
数据流
接
送
传输信道
收
端
监测信号
端
单工
发
数据流
接
送
传输信道
收
端
监测信号
端
半双工
数据流
传输信道
发
监测信号
系统集成与总线技术——计算机总线技术
总线的数据传输方式
• 数据传输方式定义了二进制数据流从一 个设备到另一个设备的传送模式
– 并行传输（Parallel）和串行传输（Serial） – 同步传输（Synchronous）和异步传输
（Asynchronous） – 单工（Simplex）、半双工（Half-Duplex）
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
异步传输
• 采用“群”（组）同步技术。根据一定 的规则将数据分为不同的群（组），每 一个群的大小是不确定的
• 要求发送端与接收端在一个群内必须保 持同步，发送端在数据前面加起始位， 数据后面加停止位
• 接收端通过识别起始位和停止位来接收 数据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 图像传感器内部所有的时序逻辑关系都 是根据外输入时钟CLK建立起来的，因 此可以通过调整CLK的方式实现两个图 像传感器的同步控制
• 如何实现？
– CLK1和CLK2是同一个有源晶振的输出 – 如果当前帧的两个视图发现是不同步的，当
前帧可以丢弃，甚至丢弃多帧都可以，通过 反复调节达到同步即可 – 可以采用抑制超前时钟的方法
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
单工通信
• 数据传输过程中，数据始终沿着同一个 方向传输
• 为保证数据能够被正确传输，就需要进 行差错控制，因此单工通信采用二线制 ，即两个信道，主信道用于传输数据， 另一个监测信道用于传送监测信号（接 收数据正确与否）
• 无线广播、有线广播和电视广播系统
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CLK_IN1 CLK_IN2 VSYNC1 VSYNC2 Overflow
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
粗同步
• 如果差异计数器溢出，说明两个图像传感器的 VSYNC下降沿之间差异较大，超出了细同步
的调节范围，直接利用两个图像传感器的 HREF 之 间 的 差 异 对 超 前 OV7141 进 行 输 入 时 钟抑制
– 在传送由多个字符组成的数据块时，不仅每 个字符传输要保持同步，通信双方对信号的 起、止时间也必须保持一致
– 同步对应两种传输方式：同步传输和异步传 输
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
同步传输
• 采用按位同步技术，以固定的时钟频率串行发送数字 信号，字符之间有固定时间间隔，各字符中没有起始 位和停止位
• 帧越大，占据传输介质的连续时间也越 长，将导致其它用户等得太久
• 异步传输实现简单，同步传输实现复杂
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 异步传输是面向字符的传输，而同步传 输是面向比特的传输
• 异步传输的单位是字符，而同步传输的 单位是帧
• 异步传输通过字符起止的开始和停止码 抓住再同步的机会，而同步传输则是以 数据中抽取同步信息
CLK_IN1 CLK_IN2 VSYNC1 VSYNC2 Overflow
HREF1 HREF2
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 粗同步与细同步是互补的两个阶段，细 同步无法应用的情况需要进行粗同步， 而粗同步即使没有使得两个图像传感器 的VSYNC下降沿之间在当前帧内获得严 格同步，在下一帧还可以继续通过细同 步来获得严格同步
• 异步传输对时序的要求较低，同步传输 往往通过特定的时钟线路协调时序
• 异步传输相对于同步传输效率较低
系统集成与总线技术——计算机总线技术
单工、半双工和全双工通信
• 数据在通信线路上传输是有方向性的， 根据某一时刻数据在通信线路上传输方 向的不同可分为
– 单工 – 半双工 – 全双工
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 半双工通信中也有监测信号的传输，传 输方式有两种：
– 监测与数据传输共用一条信道，在相互应答 时转换信道的功能
– 数据传输信道与监测信道分开，有一条专门 的信道供监测信号使用
• 举例：计算机与外设的通信就是一种半 双工通信
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 依据获得的时钟分量是源自信号内（信号本身）还是 信号外，同步传输可分为：
– 外同步
• 发送端发送数据之前先向接收端发送一串进行同步的时钟脉冲； 接收端收到同步信号后进行频率锁定，然后以同步频率为准接收 数据
– 自同步
• 发送端发送数据时将时钟脉冲作为同步信号包含在数据流中同时 传送给接收端，接收端从数据流中辨别同步信号，再据此接收数 据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
半双工通信
• 在通信信道中，数据可以双向传输，但 是在任一时刻，数据只能向一个方向传 输
• 通信线路一端的通信设备既可以是信源 ，也可以是信宿。但是在任一时刻，要 么是信源，要么是信宿，不可能既是信 源，又是信宿
• 通信线路两端的设备轮流发送数据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
基于输入时钟抑制的双目图像采 集同步方法
• 将VSYNC下降沿超前的图像传感器的输入时 钟抑制掉超前的时钟个数就能够迫使该图像传 感器内部的时序逻辑全部延迟超前的时钟个数 ，从而达到与VSYNC下降沿落后的图像传感 器之间的同步