计算机组成原理 第三章 系统总线.ppt

第章系统总线,3.1总线的基本概念3.2总线的分类3.3总线特性及性能指标3.4总线结构3.5总线控制,教学内容,重点：有关总线的基本概念如何克服总线的瓶颈如何对总线进行管理，包括判优控制和通信控制难点：总线的通信控制，既要解决通信双方如何获知传输的开始和结束，又要使通信双方按规定的协议互相协调来完成通信任务。,3.1总线的基本概念,一、为什么要用总线？,二、什么是总线？,三、总线上信息的传送,串行,并行,随着计算机的发展，应用领域的不断扩大，I/O设备的种类和数量也越来越多。人们希望随时增添或减撤设备，用分散连接简直是一筹莫展，由此出现了总线连接。,注意：某一个时刻，只允许一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。,四、总线结构的计算机举例（P42）,1.面向CPU的双总线结构框图,中央处理器CPU,特点：便于增减外设，但I/O设备与主存交换信息时仍要占用CPU，影响CPU工作效率。,2.单总线结构框图,特点：I/O设备与主存交换信息时，原则上不影响CPU的工作，CPU仍可继续处理不访问主存或I/O设备的操作，CPU效率有所提高，但某一时刻各部件都要占用总线时，就会冲突。要设总线判优逻辑，影响整机的速度。,3.以存储器为中心的双总线结构框图,主存,现代计算机大多数采用此总线结构,特点：保留了I/O设备与存储器交换信息时不经过CPU特点，因为增加了快速的存储总线，提高了传输效率，减轻了系统总线的负担。,一.按数据传送方式并行传输总线、串行传输总线二.按总线使用范围划分计算机（包括外设）总线、测控总线、网络通信总线等三.按连接部件不同划分,3.2总线的分类,1.片内总线,2.系统总线,芯片内部的总线,双向与机器字长、存储字长有关,单向与存储地址、I/O地址有关,有出有入,计算机各部件之间的信息传输线,存储器读、存储器写总线允许、中断确认,中断请求、总线请求,CPU芯片内部、RegisterRegister、RALU,CPU、主存、I/O设备之间（板级总线或板间总线）,3.通信总线,串行通信总线,并行通信总线,传输方式,注意：由低位向高位逐位传送。,特点：串行远距离，代价低（或借助电话网），并行近距离（CPU传输数据,同步式数据输出,CPU传输数据-外设,同步通信的优、缺点,优点：规定明确、统一，模块间的配合简单一致。缺点：主、从模块时间配合属于强制性“同步”，必须按最慢的部件来设置公共时钟，严重影响了总线的工作效率，设计带来局限性，缺乏灵活性。,(P61)例3.1假设总线的时钟频率为100MHz，总线的传输周期为4个时钟周期，总线的宽度为32位，试求总线的数据传输率。若想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？,解：(1)根据总线时钟频率为100MHz，得1个时钟周期为1/100MHz=0.01s总线传输周期为0.01s4=0.04s由于总线的宽度为32位=4B（字节）故总线的数据传输率为4B/（0.04s）=100MBps(1/100M*4:32/8s:xx=100MBps)(2)若想提高一倍数据传输率，可以在不改变总线时钟频率的前提下，使数据线宽度改为64位，也可以仍保持数据宽度为32位，但使总线的时钟频率增加到200MHz。,不互锁,半互锁,全互锁,(2)异步通信,异步通信中的相关概念,异步通信：可用于并行或串行传送。异步并行：使用“Ready”和“Strobe”联络信号。异步串行：没有同步时钟，也不需要在数据传送过程中传送同步信号。为了确认被传送的字符，约定字符格式为：1个起始位（低电平），58个数据位，1个奇偶校验位、1或1.5或2个终止位（高电平）传送时起始位后面紧跟要传送字符的最低位，每个字符结束是一个高电平的终止位。起始位至终止位构成1帧。两帧之间的间隔可以是任意长度的。异步串行通信的数据传输速率用波特率来衡量。波特率：单位时间内传送二进制数据的位数，用bps(位/秒)表示，记作波特。,P62例3.2在异步串行传输系统中，假设每秒传输120个数据帧，其字符格式规定包含1个起始位，7个数据位，1个奇校验位，1个终止位，试计算波特率。,解：根据题目给出的字符格式，一帧包含1+7+1+1=10位故波特率为（1+7+1+1）120=1200bps=1200波特,例3.3画图说明用异步串行传输方式发送8位二进制数据（十六进制表示为95H）。要求字符格式为：1位起始位，8位数据位，1位偶校验位，1位终止位。,解：异步串行传送在起始位之后传输的是数据位的最低位（95H的最低位D0=1），而且数据位的最高位（95H的最高位D7=1）传输之后传输校验位，最后是终止位。数据95H的偶校验位为0，其波形图如P63图3.20所示。,例3.4在异步串行传输系统中，若字符格式为：1位起始位，8位数据位，1位奇校验位，1位终止位，假设波特率为1200bps，求这时的比特率。,解：根据题目给出的字符格式，有效数据位为8位，而传送一个字符需:1+8+1+1=11位，故比特率为：1200（8/11）=872.72bps,单位时间内传送有效数据的位数即是比特率，单位用bps表示。,(3)半同步通信,（同步、异步结合）,以输入数据为例的半同步通信时序,T1主模块发地址,T2主模块发命令,T3从模块提供数据,T4从模块撤销数据，主模块撤销命令,半同步通信（同步、异步结合）时序图,上述三种通信的共同点:,一个总线传输周期（以输入数据为例）,主模块发地址、命令,从模块准备数据,从模块向主模块发数据,总线空闲,占用总线,不占用总线,占用总线,(4)分离式通