青岛科技大学计算机组成与系统结构Chapter6详解.ppt

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第6章 总线 BUS Technology ; 总线是计算机系统中各部件进行数据传输的公共通道。计算机系统通过总线将CPU、主存、I/O接口相连并实现地址、数据和控制信息的传输等操作,因此总线不仅影响计算机系统的结构和连接方式,而且影响计算机系统的性能和工作效率。 本章主要介绍总线的基本概念、总线仲裁、总线操作和定时、常见总线等。 ;;6.1 总线概述 6.1.1 总线的基本概念 总线就是一组线的集合,它定义了各引线的电气、机械、功能和时序特性,使计算机系统内部的各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系,进行数据传递。 采用总线标准的目的主要有二条:一是生产厂能按照统一的标准设计制造计算机;二是用户可以把不同生产厂制造的各种型号的模板或设备用一束标准总线互相连接起来,因而可方便地按各自需要构成各种用途的计算机系统。;6.1 总线概述 6.1.1 总线的基本概念 自1970年美国DEC公司在其PDP 11/20小型计算机上采用Unibus以来,各种类型的总线纷纷面世。 总线能简化系统设计、便于组织多家专业化大规模生产,降低产品成本、提高产品性能和质量,便于产品更新换代、满足不同用户需求及提高可维修性等,因而得以迅速发展。 如今,几乎所有的计算机和测控系统都采用总线结构。一个系统的总线结构决定该系统的数据通路及系统结构。总线结构的好坏对系统性能有很大的影响。 ;6.1 总线概述 6.1.2 总线的分类 总线技术应用十分广泛,从芯片内部功能部件的连接,到芯片间互联,再到由芯片组成的板卡模块的连接,计算机与外设的连接,甚至工业控制中的现场总线,都通过不同的总线方式实现。 总线分类方法较多,按照不同分类方法,总线有不同名称。 按照总线内部信息传输的性质,可分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线。 依据总线在系统结构中的层次位置,可分为:片内总线、内部总线和外部总线。 按照总线数据传输方式,可分为串行总线和并行总线。 根据总线传输方向,可分为单向总线和双向总线。 ;6.1 总线概述 6.1.2 总线的分类 1. 数据总线、地址总线、控制总线和电源总线 一般,总线的数目、定义各不相同,但按总线中信息传输的性质,通常分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB、和电源总线PB四部分 。 数据总线DB:用于传送数据信息,数据总线是双向三态形式的总线,可在CPU和存储器、I/O接口等部件之间进行数据传送。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标,通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位,其数据总线宽度也是16位。;6.1 总线概述 6.1.2 总线的分类 1. 数据总线、地址总线、控制总线和电源总线 地址总线AB:专门用来传送地址,地址只能从CPU传向I/O端口或外部存储器,地址总线总是单向三态的。地址总线位数决定CPU可直接寻址的内存空间大小,如16位微型机的地址总线为20位,其可寻址空间为1MB 。 控制总线CB:包括控制、时序和中断信号线,用于传递各种控制信息,如读/写信号、片选信号等由CPU发出的信号,以及中断请求信号、复位信号等发给CPU的信号。控制总线传送方向由具体控制信号而定,一般是单向的,控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。 电源总线PB:用于向系统提供电源,电源线和地线数目的多少取决于电源的种类和地线的分布与用法 ;总线;6.1 总线概述 6.1.2 总线的分类 2.片内总线、内部总线和外部总线 片内总线:集成电路内部,用来连接各功能单元的信息通路。受芯片面积及对外引脚数的限制,大多采用单总线结构,有利于芯片集成度和成品率的提高,对于内部数据传送速度要求较高的,也可采用双总线或三总线结构。 如CPU芯片内部的总线,是连接ALU、寄存器、控制器等部件的信息通路,一般由芯片生产厂家设计,计算机系统设计者并不关心,但随着微电子学的发展,出现了ASIC技术,用户也可以按照自己的要求借助于适当的EDA工具,选择适当的片内总线,设计自己的芯片 。 ;6.1 总线概述 6.1.2 总线的分类 2.片内总线、内部总线和外部总线 内部总线:又称系统总线或板级总线,用于计算机内部的模板和模板之间进行通信的总线。系统总线是微机系统中最重要的总线,如STD总线、PC总线、PCI总线等。 计算机主板及其插件板、卡上包含有CPU,RAM,ROM,I/O接口等各种芯片,这些芯片间也是通过总线来连接的。 通常把各种板、卡上实现芯片间相互连接的总线称为片总线或元件级总线。相对于一台完整的计算机来说,各种板/卡只是一个子系统,是一个局部,又把片总线称为局部总线。局部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连,而系统总线是微机中各插件板与系统板之

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