计算机组成原理第6章总线结构.ppt

第6章　总 线 结 构 　 6.1　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。 总线不仅仅是一组传输线， 它还包括一套管理信息传输的规则（协议）。 在计算机系统中， 总线可以看成一个具有独立功能的组成部件。 6.1.1　总线的特性　 为了充分发挥总线的作用， 每个总线标准都必须有具体和明确的规范说明。 规范说明通常包括如下几个方面的技术规范或特性： 　（1） 物理特性。 总线的物理特性包括总线的物理连接方式、 连线的类型、 连线的数量、 接插件的形状和尺寸、 引脚线的排列方式等。 根据连线的类型， 计算机系统的总线可分为电缆式、 主板式和背板式。 电缆式总线通常采用扁平电缆连接电路板； 主板式总线通常在主机板上采用插槽方式供电路板插入； 背板式总线则在机箱中设置一个插槽板， 其他功能模块或设备电路板都以插板的方式插入背板。 　　（2） 功能特性。 总线的功能特性包括总线的功能层次、 资源类型、 信息传递类型、 信息传递方式和控制方式、 总线中每一根线的功能等。 例如地址总线的宽度指明了总线能够直接访问存储器的地址空间范围； 数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外设时能够交换数据的位数； 控制总线包括CPU发出的各种控制命令（如存储器读/写、 I/O读/写等）， 请求信号与仲裁信号、 中断信号等。 　　（3） 电气特性。 总线的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。 信号的电平指TTL电平、 CMOS电平等。 　　总线中有采用5 V标准的， 有采用3.3 V标准的， 还有采用1.5 V标准的， 甚至0.8 V标准的。从允许的数据传输方向来看， 总线可以有单向传输（单工）总线和双向传输（双工）总线两种。 双向传输的总线又可分为半双工的和全双工的。 单向总线只能将信息从总线的一端传输到另一端， 不能反向传输。 半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息， 全双工总线可在两个方向上同时传输信息。 总线中的单向信号线有输入信号线、 输出信号线之分。 　　在单处理机总线中， 一般规定送入CPU的信号为输入信号， 从CPU发出的信号为输出信号。 这种总线中的地址线一般为输出信号线， 数据线为双向信号线， 控制信号线有输入信号线， 也有输出信号线。 　　（4） 时间特性。 时间特性定义了每根线在什么时间有效。 只有规定了总线上各信号有效的时序关系， CPU才能正确无误地使用。 6.1.2　总线的标准化　　相同的指令系统， 相同的功能， 不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的， 但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用， 其原因在于它们都遵守了相同的系统总线的要求， 这就是系统总线的标准化问题。 　　总线标准是指芯片之间、 插板之间及系统之间， 通过总线进行连接和传输信息时， 应遵守的一些协议与规范， 包括硬件和软件两个方面， 如总线工作时钟频率、 总线信号线定义、 总线系统结构、 总线仲裁机构与配置机构、 电气规范、 机械规范和实施总线协议的驱动与管理程序。 平时我们所说的总线， 实际上指的是总线标准。 不同的标准， 就形成了不同类型和同一类型不同版本的总线。 比较常用的总线标准有ISA总线、 EISA总线、 VESA总线、 PCI总线。 　　 总线标准的产生通常有两种途径： 一是某计算机制造厂家（或公司）或集团在研制本公司的微机系统时所采用的一种总线， 由于其性能优越， 得到用户普遍接受， 逐渐形成一种被业界广泛支持和承认的事实上的总线标准， 典型的例子如ISA总线； 二是在国际标准组织或机构主持下开发和制定的总线标准， 公布后由厂家和用户使用， 例如PCI Express总线。  随着微处理器技术的发展， 总线技术和总线标准也在不断发展和完善， 原先的一些总线标准已经或正在被淘汰， 新的性能优越的总线标准及技术也在不断产生。 6.1.3　总线的分类 按总线相对于CPU的位置可将总线分为内部总线（internal bus）和外部总线（external bus）两种。 在CPU内部， 各寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为内部总线； 而外部总线是指CPU与内存和输入/输出设备接口之间进行通信的通路。　　由于CPU通过总线实现取指令和与内存/外设的数据交换， 在CPU与外设一定的情况下， 总线速度是制约计算机整体性能的主要因素。 　　计算机的外部总线按其功用来划分主要有局部总线、 系统总线、 通信总线三种类型。 其中局部总线是在传统的ISA总线和CPU总线之间增加的一级总线或管理层， 它的出现是由于电脑软硬件功能的不断发展，