计算机组成原理 教学课件 作者 严云洋 ch7.ppt

第7章 系统总线 现代小型或微型计算机系统的传输线大多采用总线式结构。总线又称为母线，是从一个或多个源部件传送信息到一个或多个目的部件的传输线束。因此，总线是计算机中连接各个功能部件的纽带，是计算机各部件之间传输信息的公共线路，在计算机系统中起着非常重要的位置。本章要点1. 总线的概述 总线的基本概念 总线的分类CHAPTER04 总线的组成及性能指标2. 总线仲裁 集中仲裁方式 分布仲裁方式3. 总线操作和定时 同步定时方式 异步定时方式4. 总线标准 7.1 总线概述在计算机中，连接各个部件的一组分时共享的信息传输线称为总线。它的主要特征是分时和共享。分时是指在任何时刻，一组总线只允许一个设备向总线上发送信息，若两个设备同时向总线上发送信息，总线上的信号将会产生叠加和混淆，但是允许多个接受信息的设备同时工作，接受某个发送设备发出的同一个信息。共享就是指多个部件共享传输介质。在计算机系统中通常会有很多种不同种类的总线，它们在不同层次上为计算机组件之间提供通信的线路。用于连接计算机系统中主要的组件(如CPU、I/O设备等)的总线称为系统总线。目前在一个计算机系统中，不同层次上会有多种总线同时存在。 7.1.1 总线的分类总线的应用很广泛，从不同的标准可以有不同的分类方法，下面简单列出通常的几种分类：1. 总线的功能特性总线的功能特性包括总线的功能层次、资源类型等，根据总线的功能特性，总线可以分为芯片级的、板级的和系统级的。CPU芯片内部的总线是芯片级的总线，这种总线也称内部总线。板级总线连接主机系统印刷电路板中的CPU和主存等部件，通常也称局部总线。系统级的总线则连接系统中的各个功能模块，实现系统中的各个电路板的连接。 2.总线所承担的任务根据总线所承担的任务可以分为内部总线和外部总线。内部总线用于实现主机系统内部各部件之间的互联，外部总线用于实现主机系统与外部设备或其它主机系统之间的互联。其中，专用于主机系统与外设之间互联的总线称为设备总线。 3. 数据传送的格式根据总线传送数据的格式又分为串行总线和并行总线。并行总线用多根数据线同时传送一个字节或者一个字的所有代码位，可以同时传送的数据位数称为该总线的数据通路宽度。它在同一时刻可以传输多位数据，好比是一条允许多辆车并排开的宽敞道路，而且它还有双向单向之分。计算机的系统总线大多是并行总线，如8位、16位、32位及64位系统总线等等。串行总线按位串行传送数据，即按照数据代码位流的顺序逐位传送。它在同一时刻只能传输一个数据，好比只容许一辆车行走的狭窄道路，数据必须一个接一个传输，看起来仿佛—个长长的数据串，故称为“串行”。当传送目的地相距较远时，常采用串行总线作为通信总线，以节省硬件代价。在多机系统中，各节点之间的信息流量常低于节点内部的信息流量，也常用串行总线作为通信总线。 4. 时序控制方式系统总线所连接的CPU与各种外围设备，往往有各自独立的工作时序；在通过总线传送数据信息时，其时序控制方式有同步方式与异步方式之分。相应地，也将总线分为同步总线与异步总线两类。 在同步总线中，数据传送操作由统一的系统时钟同步定时，其显著特征是有严格的时钟周期划分，一次传送操作所需的一个总线周期可能包含若干个时钟周期。同步控制方式广泛应用于距离较短、系统内各设备差异不大的系统中。它的优点是控制比较简单，较易实现；缺点是时间利用上不够灵活，一些本可快速实现的操作也需占用固定的时钟周期。若想提高整个系统的时钟频率，必须全面考虑到所有总线的操作需要。在异步总线中，对总线操作的控制与数据传送以应答方式实现，其特征是没有固定的时钟周期划分，操作时间能短则短，能长则长。异步总线常用于传送距离较长、系统内各设备差异较大的系统。它的优点是时间选择比较灵活，利用率高，缺点是控制比较复杂。 5. 总线连接的资源根据总线连接的资源类型，总线可分为处理器总线、输入总线和输出总线。处理器总线又称系统总线，主要用于连接处理器和主机。在这种总线中，访存操作是总线的主要操作，每次总线操作一般传送一个数据或数据块，要求总线裁决的速度快。输入输出总线连接主机和外围设备，其传输距离较长。在处理器总线中，根据总线连接的处理器数量可以分为面向单机的和面向多机系统的。根据总线所传送的信息类型还可以分为地址总线、数据总线和控制总线等。 7.1.2 总线特性从物理角度来看，总线就是一组电导线，很多导线直接印制在电路板上延伸到各个部件。图7-1形象地表示了各个部件与总线之间的物理摆放位置。 总线的特性由多方面的因素决定，一个总线的性能水平主要由以下几个因素决定。1.功能特性功能特性是指总线中每根传输线的功能，比如数据总线传