《计算机控制技术》全套PPT电子课件教案-第四章总线.ppt

2019/10/29,第四章 计算机总线技术,1,第四章 计算机总线技术 bus technology of computer,计算机控制技术,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,2,本章主要内容,计算机总线的一般概述 计算机总线的体系结构 内部总线 外部总线,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,3,第一节 unit 1,计算机总线的一般概述 introduction of computer bus,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,4,本节主要内容,基本概念 总线结构连接 总线的分类 总线的模板化结构,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,5,基本概念,总线的定义：一组公用线的集合 规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性 为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路 符合某种总线的标准 总线技术 通道控制功能、使用方法、仲裁方法和传输方式等 总线的标准、结构不同，性能差异很大,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,6,总线结构连接（1）,总线结构连接示意图,总线与总线接口一起便称之为总线结构,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,7,总线结构连接（2）,总线结构连接的优点 结构由面向cpu变为面向总线 硬件、软件模块化设计与生产 结构清晰, 便于灵活组态、扩充、改进与升级 符合同一总线标准的产品兼容性强 满足用户不同的需要,容易构成各种用途的计算机应用系统,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,8,总线的分类（1）,根据总线的功能和应用场合，总线有 内部总线（internal bus) 用于计算机内部模块（板）之间通信 外部总线（external bus)：又称通讯总线 用于计算机之间或计算机与设备之间通信 根据总线的结构，总线可分为 并行总线：每个信号都有自己的信号线 串行总线：所有信号复用一对信号线,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,9,总线的分类（2）,内部总线：系统总线或模板级总线 常用的有pc、std、vme、multibus等 数据总线d：用于传递数据信息 地址总线a：用于传递地址信息 控制总线c：包括控制、时序和中断信号线，用于传递各种控制信息，决定了总线的性能好坏 电源总线p：向总线提供电源 外部总线 如：ieee-488、rs-232c、rs-485等,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,10,总线的分类（3）,计算机内部总线结构示意图,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,11,总线的模板化结构,模板化结构 按功能划分计算机的各个部件，并按总线标准设计成由总线连接的模板结构：cpu主板、ram/rom存储板、a/d、d/a、di、do等 模板化结构的优点 增加计算机系统的通用性、灵活性、开放性、扩展性和可靠性 为系统的维修提供了方便,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,12,第二节 unit 2,计算机总线的体系结构 architectonics of computer bus,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,13,本节主要内容,总线的体系结构 总线的控制方式,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,14,总线的体系结构（1）,主控模块（master,主模块) 可以控制总线并启动数据传送的任何模块 受控模块（slave,从模块) 能够响应总线主模块发出命令的任何模块 体系结构 指由总线本身定义地址空间、数据长度、操作定时信号以及传输协议等，以保证cpu的性能得到充分发挥而与cpu无关。,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,15,总线的体系结构（2）,单总线体系结构(single bus architecture) 所有模块都连到单一总线上，只有一个数据通路，仅适用于慢速的计算机。 并发总线体系结构(concurrent bus architecture) 将存储器和i/o 的数据通路分开，以解决cpu与存储器、 i/o之间数据传输的速度不一的矛盾。 带cache的并发总线体系结构(concurrent bus architecture with cache) 类似于并发总线体系结构，只是在cpu和存储器的数据通路上多了一个高速缓冲存储器cache及cache控制器。,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,16,总线的体系结构（3）,单总线体系结构(single bus architecture),2019/10/29,第四章 计算机总线技术,17,总线的体系结构（4）,并发总线体系结构(concurrent bus architecture),2019/10/29,第四章 计算机总线技术,18,总线的体系结构（5）,带cache的并发总线体系结构,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,19,总线的控制方式（1）,总线控制 总线上可以挂多个主模块,但在同一时刻只能有一个主模块控制总线； 对信息的传送需要控制,以防止信息丢失。 总线控制线路包括总线判优或仲裁逻辑、总线控制驱动器和中断逻辑等。,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,20,总线的控制方式（2）,用硬件进行总线裁决（控制）的方式 串行链接式总线裁决 定时查询方式 独立请求式总线裁决,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,21,总线的控制方式（3）,串行链接式总线裁决,图中，请求线是公共的，图中部件0的优先级最高。,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,22,总线的控制方式（4）,定时查询方式,这种方式中，优先级可以用程序控制，灵活性较强。计数值有2种方式。,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,23,总线的控制方式（5）,独立请求式总线裁决,这种方式中，总线控制器根据某种算法对同时来的请求进行裁决。,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,24,总线的控制方式（6）,总线裁决采用的主要算法 静态优先级算法（又称作菊花链算法） 固定时间算法 动态优先级算法 先来先服务算法,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,25,总线的控制方式（7）,总线的通信方式 (1)同步式通信(synchronous transfer) 数据的传输在一个共同的时钟信号控制下进行 优点是模块间的配合简单一致, 缺点是对所有模块都强求一致的同一时限, 设计缺乏灵活性 (2)异步式传输(asynchronous transfer) 利用数据发送部件和接收部件之间的“握手(handshaking)”信号线来实现总线数据传送 可以实现不同速度的设备之间的数据传送,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,26,第三节 unit 3,内部总线 internal bus,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,27,本节主要内容,std总线 pc系列总线,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,28,std总线（1）,std总线的特点： 56根并行总线，采用小模板结构, 尺寸为165114mm 模块化的总体设计布局 开放式的系统结构 拥有丰富的i/o功能 模板的小尺寸设计, 减少冲击和震动的影响,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,29,std总线（2）,std总线的信号分配 56根并行总线都有明确的定义，按功能可分为五大类 (1)逻辑电源线6根(引线16) (2)数据总线8根(引线714) (3)地址总线16根(引线1530) (4)控制总线22根(引线3152) (5)辅助电源线4根(引线5356),2019/10/29,第四章 计算机总线技术,30,std总线（3）,std总线与存储器和i/o的连接 与存储器的连接方法 总线低位地址a0a12直接连接到各存储器芯片, 高位地址a13a15用来选片（可选64k基本存储器，通过扩展，可增至128k） 与i/o的连接 地址码的低位字节连接到总线译码器, 形成选板信号和选口信号, 选通i/o端口工作（可选128个口，扩展后可增至256个口）,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,31,pc系列总线（1）,ipc机的优点 (1)ipc机与pc机的软件完全兼容； (2)开放性的结构和软硬件标准的公开； (3)各类高性能i/o模板成熟, 性能价格比提高； (4) ipc机本身的性能指标不断提高,已能适应工业环境的基本要求； (5)通信与网络技术的引入，便于通过网络连接, 组成可靠性高、灵活性强的多级系统体系。,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,32,pc系列总线（2）,pc系列总线 isa总线 mca：微通道体系结构 eisa总线 pci局部总线,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,33,第 四节 unit 4,外部总线 external bus,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,34,本节主要内容,ieee-488总线概述 ieee-488总线的信号分配,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,35,ieee-488总线概述（1）,ieee-488是1970年由美国惠普公司开发的并行通讯总线 总线上连接的设备有三种，工作方式也有三种 听者（“受话”方式）：同时可有多个 讲者（“送话”方式）：每时只能有一个 控者（“控制”方式）：每时只能有一个,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,36,ieee-488总线概述（2）,ieee-488总线的连接示意图,2019/10/29,第四章 计算机总线技术,37,ieee-488总线的信号分配（1）,ieee-488共定义了24根线（其中8根地线） 数据总线dio0 dio8 数据传送控制线 数据有效线dav、未准备好接受数据线nrfd、未接受好数据线ndac 接口管理总线 接口清除线ifc、服务请求线sqr、注意线atn、结束或识别线eqi、远程允许ren,2019/