计算机组成原理 第2版 课件 第七章 总线系统

计算机组成原理01总线系统与结构第七章总线系统02总线接口03微型计算机常用总线总线系统与结构01多个系统部件之间进行数据传送的公共通路总线控制组件能够解决争用资源的仲裁问题总线概述总线的定义：为多个功能组件服务的一组公用信息线与专用连线相比，减少了信息传输线的数目内部总线—CPU内部的寄存器与运算部件系统总线—CPU与其他高速部件（存储器等）I/O总线—中、低速I/O设备之间总线的分类——按位置地址总线—单向，接受源部件发送的地址信息数据总线—双向，传输数据控制总线—双向，设备之间的请求、仲裁、同步等总线的分类——按功能控制总线上传送一个部件对另一个部件的控制信号。在总线上，可以控制其他部件的部件称为总线主控或主控(busmaster)，被控部件称为从控(slave)根据不同的使用意义，有的为双向,有的为三态，有的非三态控制总线地址总线上传送地址信号，总线主控用地址信号指定其需要访问的部件（如外设、存储器单元）。总线主控发出地址信号后，总线上的所有部件均感受到该地址信号，但只有经过译码电路选中的部件才接收主控的控制信号，并与之通信。地址总线是单向的，即地址信号只能由总线主控至从控。地址总线也是三态的，非主控部件不能驱动地址总线。地址总线数据总线上传送数据信息，数据总线是双向的，数据信息可由主控至从控（写），也可由从控至主控（读）。数据总线是三态的，未被地址信号选中的部件，不驱动数据总线（其数据引脚为高阻）。数据总线的根数称为总线的宽度。16位总线，指其数据总线为16根。数据总线总线的连接方式ALU总线CPU、主存与I/O设备连在一组系统总线上优点：统一编址和访问缺点：效率低下共享带宽单总线结构保留系统总线、扩展存储总线优点：利用专用通路降低系统总线压力缺点：设计复杂双总线结构保留双总线、增加I/O总线IOP：统一管理外设、负责外设与主存通信优点：效率高缺点：设计复杂三总线结构I/O处理器，IOP早期结构处理器引脚的延伸优点：简单缺点：CPU是唯一控制者总线设计与CPU密切相关通用性差总线的内部结构可用于简单、专用的系统设计当代结构独立的总线系统优点：标准化设计设备无关通用性好缺点：复杂总线的内部结构数据传送总线：地址、数据、控制仲裁总线：请求与授权信号中断和同步总线：中断请求和仲裁、同步信号公用总线：时钟、电源、地、复位等总线的性能指标性能指标——总线带宽总线的最高传输速率，MB/s影响因素工作频率字宽实际带宽各个设备实际可用的通信带宽决定于总线挂接的设备类型和数最大存储容量：

在单总线结构的系统中，必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数。指令系统：

在双总线结构的系统中，访存操作和输入/输出操作各有不同的指令，由指令中的操作码规定要使用哪一条总线。吞吐量：

指流入、处理和流出系统的信息的速度。取决于信息输入主存，数据从主存取出或存入，以及所得结果从主存送给外围设备的速度。

系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。02总线接口

功能：位于总线和外设的设备控制器之间的适配器电路，实施信号和协议的转换。总线接口的基本概念CPU总线外设（含控制器）接口接口的定位：从总线的角度来看，连接的对象是接口接口的功能：控制、缓冲、状态、转换、整理、中断当总线上的一个部件要与另一个部件进行通信时：

首先应该发出请求信号，总线控制部件根据一定的判决原则，即按一定的优先次序，来决定首先同意哪个部件使用总线。根据总线控制部件的位置，控制方式可以分成集中式与分布式两类。总线控制集中式总线控制(每个功能模块有两条线连到中央仲裁器)链式查询方式计数器定时查询方式独立请求方式分布式总线控制链式查询过程：请求（BR）、传递BG、分配（BS）优点：连线少、实现简单、易扩展缺点：故障敏感、优先级固定易造成死等总线控制部件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-总线同意计数器定时查询BS

-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设备地址过程：BR、计数、匹配、BS优点：可以通过调整计数初值的实现优先级轮转，可靠性高缺点：增加连线，扩展性差计数器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-总线请求过程：BR、BG优点：响应时间快、优先级设置灵活缺点：增加连线各个设备拥有独立的仲裁号和仲裁器设备请求总线就是将仲裁号发送到仲裁线上如果发觉自己的仲裁号较小就撤销最终仲裁线上保留仲裁号最高的请求分布式控制（自学）同步通信总线上的部件通信都基于一个公共时钟信号完成同步优点：传输速率高缺点：仅适用于总线长度有限，部件存取时间接近的情况微程序控制的基本思想：把操作控制信号编成所谓的微指令，存放于只读存储器中。当机器运行时读出微指令，产生各种操作控制信号，使相应部件执行规定的操作。总线通信总线通信异步通信又称应答方式，双方没有公用的时钟和固定的时间间隔，依靠相互制约的“握手”信号来协调双方，实现传输的定时控制。优点：适用于长距离、速率差异大的设备缺点：速率低串行传送：仅一条传输线在串行传送时，被传送的数据需要在发送部件进行并-串变换，这称为拆卸，而在接收部件又需要进行串-并变换，这称为装配。串行传送的主要优点是只需要一条传输线，这一点对长距离传输显得特别重要。并行传送：各数据位拥有独立的传输线分时传送两个层面：地址/数据分时