计算机组成原理 课件 3 总线系统

计算机组成原理第三章总线系统3.1总线概述3.2I/O总线接口3.3总线的仲裁3.4总线的通信控制和数据传输模式3.5总线标准

目录总线：是计算机体系结构的重要组成部分。是链接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输线是各部件构成一个完整的系统。总线的概念3.1总线概述总线的特点3.1总线概述独占性共享性所有部件通信共享有部件占用总线通讯总线的作用3.1总线概述是各个功能部件间传递各类信息的通道是系统中各部件间的物理接口，能够减少各部件通信的复杂程度提供信息交换时所需要的数据、地址、时序和控制信息提供一个共同遵守的协议或者标准不应成为整个计算系系统性能的瓶颈方便计算机系统集成、扩展和进化数据传输方式并行总线串行总线3.1总线概述总线的分类连接部件不同片内总线系统总线通信总线传输信号不同数据总线地址总线控制总线按用途分类存储总线内部总线I/O总线3.1总线概述数据总线：双向与机器字长、存储字长有关地址总线：单向与存储地址、I/O地址有关控制总线：有出有入片内总线：芯片内部的总线系统总线：计算机各部件之间信息传输线存储器读写总线允许、中断确认中断请求，总线请求并行通信总线串行通信总线通信总线：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信BUS主板3.1总线概述总线的物理实现CPU插板主存插板I/O插板3.1总线概述总线的特性物理特性：尺寸、形状、引脚数、排列顺序

电气特性：传输方向和有效的电平范围

功能特性：每个传输线的功能：地址、数据、控制

时间特性：信号的时序关系

3.5总线的标准化ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB总线的标准总线的标准可视为系统与各模块，模块与模块之间的一个互连的标准界面标准界面模块系统系统模块总线标准数据线总线时钟(MHz)带宽（MBps）ISA168MHz（独立）16MBpsEISA328MHz（独立）33MBpsVESA(VL-BUS)3232MHz（CPU）132MBpsPCI326433MHz（独立）66MHz（独立）132MBps528MBpsAGP3266.7MHz（独立）133MHz（独立）266MBps533MBpsRS-232串行通信总线标准数据终端设备（计算机）和数据通讯设备（调制解调器）之间的接口标准USB串行接口总线标准普通无屏蔽双绞线带屏蔽双绞线最高1.5MBps(USB1.0)12MBps(USB1.0480MBps(USB2.0)3.5总线的标准化3.1总线概述总线的连接方式单总线结构：使用单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备面向CUP的双总线结构：存储总线：CPU和主存储器之间进行信息交换的公共通路

I/O总线：CPU与I/O设备之间进行信息交换的公共通路

面向主存储器的双总线结构：CPU与主存储器之间设置高速存储总线多总线结构：CPU与和缓存（Cache）之间采用高速的CPU总线单总线结构3.1总线概述单总线面向CPU的双总线机构3.1总线概述中央处理器CPUI/O总线I/O接口I/O设备1I/O接口I/O接口I/O设备2I/O设备n……主存M总线面向主存储器的双总线结构3.1总线概述主存

多总线结构3.1总线概述3.2I/O总线接口信息传送方式串行传送并行传送分时传送

I/O功能模块通常简称为I/O接口，也叫适配器。广义地讲，I/O接口是指CPU、主存和外围设备之间通过系统总线进行连接的标准化逻辑部件。I/O接口在它动态连接的两个部件之间起着“转换器”的作用，以便实现彼此之间的信息传送。3.2I/O总线接口总线接口的基本概念3.2I/O总线接口I/O接口功能1.控制2.缓冲

3.状态

4.转换

5.整理

6.程序中断3.3总线的仲裁基本概念主设备（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总线判优控制集中式仲裁分布式仲裁链式查询计数器定时查询独立请求方式3.3总线的仲裁链式查询方式3.3总线的仲裁计数器定时查询方式3.3总线的仲裁独立请求方式3.4总线的通讯控制和数传输模式总线通讯控制目的：解决通信双方协调配合问题总线的传送周期：通常完成一次总线操作的时间寻址阶段：主模块向从模块给出地址和命令申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定传数阶段：主模块和从模块交换数据结束阶段：主模块撤销有关信息四个阶段3.4总线的通讯控制和数传输模式总线通讯的四种方式同步通信：由统一时标控制数据传宋异步通讯：采用应答方式，没有公共时钟标准半同步通信：同步、异步结合分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力3.4总线的通讯控制和数传输模式同步式数据输入输出3.4总线的通讯控制和数传输模式异步通信3.3总线的通讯控制和数传输模式半同步通信（同步、异步结合）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

WAIT3.4总线的通讯控制和数传输模式半同步通信（同步、异步结合）3.4总线的通讯控制和数传输模式分离式通信分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力一个总线传输周期子周期2从模块（主模块）申请占用总线，将各种信息送至总线上子周期1主模块申请占用总线，使用完后即放弃总线的使用权3.4总线的通讯控制和数传输模式分离式通信特点