计算机组成原理(白中英)第6章.ppt

软件学院·计算机组织与结构 第6章 总线系统 计算机组成原理 第一章 计算机系统概论 第二章 运算方法和运算器 第三章 存储系统 第四章 指令系统 第五章 中央处理器 第六章 总线系统 第七章 外围设备 第八章 输入输出系统 第九章 操作系统支持 计算机组成原理 第6章 总线系统 6.1?总线的概念 总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路 单处理器系统的总线，大致分为三类： 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线 系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线 I/O总线：中低速I/O设备间互相连接的总线 总线特性 物理特性：物理连接方式，包括总线的根数、排列方式，总线的插头、插座的形状等 功能特性：描述总线中每一根线的功能 电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。送入CPU的信号叫输入信号(IN)，从CPU发出的信号叫输出信号(OUT) 时间特性: 定义了每根线在什么时间有效，即总线上各信号有效的时序关系 总线带宽 总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总线性能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。 总线带宽＝总线传输速率＝吞吐率 单位时间传输的数据量 每秒兆字节（MB/S）或每秒位（bps） 总线带宽＝传输的数据量÷需要的时间 6.1.2 总线的连接方式 通过适配器将外围设备同计算机连接起来，实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。 适配器通常简称为接口。 (1)取指令 (2)传送数据 (3)I/O操作 (4)DMA操作 (5)单总线结构容易扩展成多CPU系统 2.双总线结构 在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线与存储器交换信息，减轻了系统总线的负担，主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU 3.三总线结构　　 6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响 1. 最大存储容量 在单总线系统中，最大主存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数。 2 指令系统 在双总线系统中，访存操作和输入/输出操作各有不同的指令。 3 吞吐量 在三总线系统中，通道对外围设备统一管理并实现外围设备与主存之间的数据传送，因而系统吞吐能力比单总线系统强得多。 简单总线结构的不足 第一：CPU是总线上惟一的主控者。 第二：总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。 当代总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。 当代总线构成 总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。 数据传送总线：地址线、数据线、控制线。 仲裁总线：总线请求线、总线授权线。 中断和同步总线：中断请求线和中断认可线。 公用线：时钟信号线、电源线、地线、系统复位线等。 6.1.5 总线结构实例 CPU总线 也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。 PCI总线 用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示卡适配器、网络接口控制器等。 ISA总线 用于与低速I/O设备连接。 6.2? 总线接口 1.串行传送 只有一条传输线，每次一位，按顺序来传送表示一个数码的所有二进制位(bit)。 2.并行传送 每个数据位都需要单独一条传输线。二进制数“0”或“1”在不同的线上同时进行传送。 接口：即I/O设备适配器，具体指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。 接口的功能 控制 接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等。 缓冲 接口在外围设备和计算机系统其他部件之间用作为一个缓冲器，以补偿各种设备在速度上的差异。 状态 接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息。 接口的功能 转换 接口可以完成任何要求的数据转换 。 整理 接口可以完成一些特别的功能 。 程序中断 每当外围设备向CPU请求某种动作时，接口即发生一个中断请求信号到CPU。 数据传输速率 数据传输速率＝比特率（Bit Rate） 每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数 进行二进制数码传输，每位时间长度相等： 比特率＝波特率（Baud Rate） 【例2】 利用串行方式传送字符，每秒钟传送的数据位数常称为波特。假设数据传送速率是120个字符/秒，每一个字符格式规定包含10个数据位(起始位、停止位、8个数据位)，问传送的波特数是多少？每个数据位占用的时间是多少？ 6.3.1 总线的仲裁 主设备(Master)：控制总线完成数据传输 从设备(Slave)：被动实现数据交换 总线仲裁：决定当