计算机组成原理第03章课件

第三章系统总线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总线控制教学目标：了解总线的基本概念及其分类，了解计算机的结构从分散连接发展成总线连接的原因、方式及各种总线标准。重点：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（判优控制和通信控制）。难点：总线的通信控制。3.1总线的基本概念一、为什么要用总线二、什么是总线三、总线上信息的传送总线是连接各个部件的信息传输线是各个部件共享的传输介质串行并行四、总线结构计算机举例1.面向CPU的双总线结构框图中央处理器CPUI/O总线M总线3.1主存储器

M.MI/O接口

外部设备1

外部设备2……I/O接口I/O接口

外部设备n单总线（系统总线）2.单总线结构框图CPUM.MI/O接口

外部设备1

外部设备2I/O接口…

外部设备nI/O接口…3.13.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线M.MCPUI/O接口

外部设备1…

外部设备nI/O接口…存储总线3.13.2总线的分类1.片内总线2.系统总线芯片内部的总线数据总线地址总线控制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3.通信总线串行通信总线并行通信总线传输方式3.2用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信3.3总线特性及性能指标CPU插件板M.M插件板I/O插件板一、总线物理实现BUS1.机械特性2.电气特性3.功能特性4.时间特性二、总线特性尺寸形状传输方向和有效的电平范围每根传输线的功能信号的时序关系3.3地址数据控制三、总线的性能指标1.总线宽度2.标准传输率3.时钟同步/异步4.总线复用5.信号线数6.总线控制方式7.其他指标数据线的根数每秒传输的最大字节数（MB／s）同步、不同步地址线与数据线复用地址线、数据线和控制线的总和负载能力并发、自动、仲裁、逻辑、计数3.3ISAEISAVL-BUSPCI模块系统总线标准四、总线标准系统模块3.3标准界面ISA

工业标准结构EISA增强型工业标准结构的总线VESA视频电子工业协会提出的局部总线，简称VL总线PCI

外围部件互连总线PCIExpress

AGP

加速图形接口RS-232C推荐串行通信总线标准USB通用串行总线，串行接口总线标准SCSI小型计算机接口IEEE1394一种串行接口标准3.4总线结构一、单总线结构单总线（系统总线）CPUM.MI/O接口

外部设备1

外部设备2I/O接口…

外部设备nI/O接口…1.双总线结构具有特殊功能的处理器由通道对I/O统一管理通道I/O接口设备n

……I/O接口设备0

CPU主存主存总线I/O总线二、多总线结构3.42.三总线结构主存总线DMA总线I/O总线CPU

主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口……3.43.三总线结构的又一形式3.4局域网系统总线CPUCache局部总线扩展总线接口扩展总线Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存4.四总线结构主存扩展总线接口局域网SCSI多媒体CPU调制解调器串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥3.41.传统微型机总线结构三、总线结构举例存储器SCSIII控制器主存控制器ISAEISA8MHz16位数据通路标准总线控制器33MHz32位数据通路系统总线调制解调器多媒体高速局域网高性能图形CPU…3.42.VL-BUS局部总线结构33MHz的32位数据通路系统总线ISAEISA多媒体高速局域网高性能图形调制解调器图文传真8MHz的16位数据通路标准总线控制器CPU主存控制器存储器局部总线控制器

SCSIⅡ控制器VLBUS……3.43.PCI总线结构CPU多媒体PCI桥高速局域网高性能图形调制解调器图文传真PCI总线系统总线33MHz的32位数据通路8MHz的16位数据通路ISAEISA标准总线控制器SCSIⅡ

控制器存储器3.44.多层PCI总线结构PCI总线2存储器桥0桥4PCI设备桥5总线桥桥3桥1设备桥2第一级桥第二级桥第三级桥PCI总线4PCI总线5PCI总线3PCI总线1PCI总线0存储器总线

标准总线CPU3.43.5总线控制一、总线判优控制总线判优控制分布式集中式主设备(模块)对总线有控制权从设备(模块)响应从主设备发来的总线命令1.基本概念链式查询计数器定时查询独立请求方式2.链式查询方式总线控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG数据线地址线BS

-总线忙BR-总线请求BG-总线同意3.5I/O接口10BS

-总线忙BR-总线请求总线控制部件数据线地址线I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n设备地址3.计数器定时查询方式I/O接口13.5计数器设备地址1排队器排队器4.独立请求方式总线控制部件数据线地址线I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意BR-总线请求3.5二、总线通信控制1.目的2.总线传输周期主模块申请，总线仲裁决定主模块向从模块给出地址和命令主模块和从模块交换数据主模块撤销有关信息申请分配阶段寻址阶段传数阶段结束阶段解决通信双方协调配合问题3.5由统一时标控制数据传送充分挖掘系统总线每瞬间的潜力同步通信异步通信

半同步通信

分离式通信

3.总线通信的四种方式采用应答方式，没有公共时钟标准同步、异步结合3.5(1)同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

读命令数据3.5(2)同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

写命令数据3.5不互锁半互锁全互锁(3)异步通信3.5主设备从设备请求回答(4)半同步通信同步发送方用系统时钟前沿发信号

接收方用系统时钟后沿判断、识别3.5（同步、异步结合）异步允许不同速度的模块和谐工作

增加一条“等待”响应信号

WAIT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Tw

当为低电平时，等待一个TWAITTw

当为低电平时，等待一个TWAIT3.5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3.5占用总线不占用总线占用总线(5)分离式通信充分挖掘系统总线每瞬间的潜力主模块申请占用总线，使用完后即放弃总线的使用权从模块申请占用总线，将各种信息送至总线上一个总线传输周期子周期1子周期23.5主模块1.各模块有权申请占用总线分离式通信特点充分发挥了总线的有效占用2.采用同步方式通信，不等对方回答3.各模块准备数据时，不占用总线4.总线被占用时，无空闲3.5典型例题：3.11画一个具有双向传送功能的总线逻辑图。3.12设数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器，要求选用合适的74系列芯片，完成下列逻辑设计：（1）设计一个电路，在同一时间实现D→A、D→B和D→C寄存器间的传送；（2）设计一个电路，实现下列操作：T0时刻完成D→总线；T1时刻完成总线→A；T2时刻完成A→总线；T3时刻完成总线→B。典型例题：3.14设总线的时钟频率为8MHz，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据，试问总线的带宽是多少？3.16在异步串行传送系统中，字符格式为：1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。若要求每秒传送120个字符，试求传送的波特率和比特率。达标练习：1.信息只用一条传输线，且采用脉冲传输的方式称为______。A.串行传输B.并行传输C.并串行传输D.分时传输答案：A2.系统总线中地址线的功能是______。A.用于选择主存单元地址B.用于选择进行信息传输的设备C.用于选择外存地址D.用于指定主存和I/O设备接口电路的地址答案：D达标练习：3.PCI总线采用A.______仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与B.______相连。答案：A.集中式B.中央仲裁器4.三种集中式总线控制中，______方式对电路故障最敏感。A.链式查询B.计数器定时查询C.独立请求答案：A达标练习：5.下面叙述中，______是正确的。A.总线一定要和接口相连B.接口一定要和总线相连C.通道可以替代接口D.总线始终由CPU控制和管理答案：B6.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时______。A.减少了信息传输量B.提高了信息传输的速度C.减少了信息传输线的条数答案：C

达标练习：7.描述PCI总线中基本概念不正确的是______。A.PCI总线是一个与处理器无关的高速外围总线B.PCI总线的基本传输机制是猝发式传输C.PCI设备不一定是主设备D.系统中只允许有一条PCI总线答案：D8.按照总线仲裁电路的位置不同，可分为A.______仲裁和B.______仲裁。答案：A.集中式B.分布式

达标练习：9.计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，数据传输方式可采用：A.______传送、B.______传送和C.______传送。答案：

A.并行B.串行C.复用10.同步控制是______。A．只适用于CPU控制的方式B．只适用于外围设备控制的方式C．由统一时序信号控制的方式D．所有指令控制时间都相同的方式

答案：C达标练习：11.从信息流的传送效率来看，______工作效率最低。A．三总线系统B．单总线系统C．双总线系统D．多总线系统答案：A12.以下描述中基本概念不正确的是______。A．PCI总线是层次总线B．PCI总线采用异步时序协议和分布式仲裁策略C．Futurebus+总线能支持64位地址D．Futurebus+总线适合于高成本的较大规模计算机系统答案：B达标练习：13.为了