第六章总线系统.ppt

郑州大学·计算机组成原理 第6章 总线系统 计算机组成原理 任课教师：马玉峰 沈阳理工大学 教材 白中英，计算机组成原理·第四版·立体化教材，科学出版社，2008 参考书 石磊，计算机组成原理·第2版, 清华大学出版社，2006 钱晓捷，微型计算机原理及应用, 清华大学出版社，2006 王爱英,计算机组成与结构·第3版, 清华大学出版社，2001 白中英 邝坚，计算机组织与结构·网络版，科学出版社，2003 第一章 计算机系统概论 第二章 运算方法和运算器 第三章 内部存储器 第四章 指令系统 第五章 中央处理机 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?总线的概念和结构形态 6.1.1 总线的基本概念 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 1.总线的特性 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。 2.总线的标准化 实现互通，互换使用 ISA总线——16位，带宽8MB/s EISA总线——32位，带宽33.3MB/s VESA总线——32位，带宽132MB/s PCI总线——64位，带宽264MB/s 总线带宽 意义：总线带宽是衡量总线性能的重要指标 定义：总线本身所能达到的最高传输速率。 单位：兆字节每秒（MB/S） 公式：总线带宽＝总线传输速率＝吞吐率 ＝传输的数据量÷需要的时间 【例1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，则总线带宽是多少? (2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率升为66MHz，则总线带宽是多少? 6.1.2 总线的连接方式 适配器 通过适配器可以实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并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 根据连接方式不同，单机系统中采用的总线结构有三种基本类型： 单总线结构 双总线结构 三总线结构 1.单总线结构 单总线结构：在单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备。 要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行 需要使用总线时能迅速获得总线控制权； 当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。 当CPU取一条指令时 首先把程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总线上 该地址不仅加至主存，同时也加至总线上的所有外围设备 然而，只有与出现在总线上的地址相对应的设备，才执行数据传送操作。 对输入/输出设备的操作，完全和主存的操作方法一样来处理 当CPU把指令的地址字段送到总线上时，如果该地址字段对应的地址是主存地址，则主存予以响应，从而在CPU和主存之间发生数据传送。 如果该指令地址字段对应的是外围设备地址，则外围设备译码器予以响应，从而在CPU和与该地址相对应的外围设备之间发生数据传送。 2.双总线结构 CPU和主存之间——高速的存储总线 主存和外围设备——系统总线，实现DMA操作，而不必经过CPU。 3.三总线结构 系统总线是CPU、主存和通道（IOP）之间进行数据传送的公共通路。 I/O总线是多个外部设备与通道之间进行数据传送的公共通路。　　 多总线结构 早期总线的内部结构----处理器芯片引脚的延伸 总线类别 地址线是单向的，用来传送主存与设备的地址 数据线是双向的，用来传送数据 控制线对每一根线来讲是单向的，用来指明数据传送的方向、中断请求和定时控制等。 简单总线结构的不足之处 第一，CPU是总线上唯一的主控者，即使后来增加了具有简单仲裁逻辑的DMA控制器以支持DMA传送，但仍不能满足多CPU环境的要求。 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。 当代流行的总线内部结构 整个总线分成如下四部分： 数据传送总线 由地址线、数据线、控制线组成 仲裁总线 包括总线请求线和总线授权线 中断和同步总线 用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线 公用线 包括时钟信号线、电源线、地线