计算机组成原理第六章 总线系统

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1、第六章总线系统6.1总线的概念和结构形态6.1.1总线的基本概念总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：(1)内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。(2)系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线。(3)I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线。6.1.1总线的基本概念1.总线的特性物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等。功能特性：

2、描述总线中每一根线的功能。电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。时间特性:定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。6.1.1总线的基本概念2.总线的标准化相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的，但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因在于它们都遵守了相同的系统总线的要求，这就是系统总线的标准化问题。微型计算机系统中采用的总线标准有：1.ISA总线，16位，带宽8MB/S；2.EISA总线，32位，带宽33.3MB/S

3、；3.VESA总线，32位，带宽132MB/S；4.PCI总线，32/64位，带宽1GB/S；总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总线性能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。【例1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，则总线带宽是多少?设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得Dr=D/T=D×1/T=D×f=4B×33×106/s=132MB/s(2)如果一个总线周期中并行传送

4、64位数据，总线时钟频率升为66MHz，则总线带宽是多少?64位=8B，Dr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s6.1.2总线的连接方式1.单总线结构在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总线结构。如下图所示此时要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时能迅速获得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。单总线结构如下图所示2.多总线结构单总线结构中，由于所有的高速设备和低速设备都挂在同一总线上。且总线只能分时工作，即某一时间只能

5、允许一对设备之间传送数据，这就使信息传送的效率和吞吐量受到极大限制。为此出现了多总线系统结构。多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线。2.多总线结构6.1.4总线的内部结构早期总线的内部结构如图所示，它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。这种简单的总线一般由50—100条线组成，这些线按其功能可分为三类：地址线、数据线和控制线。简单总线结构的不足之处在于：第一CPU是总线上的唯一主控者。第二总线信号是CPU引脚

6、信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。早期总线的内部结构当代总线的内部结构当代流行的总线内部结构，追求的目标是:与结构无关；与CPU无关；与技术无关；多主控者。总线控制器主要完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。当代总线的内部结构整个总线分成如下四部分：1数据传送总线：由地址线、数据线、控制线组成。2仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。3中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线。4公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等。6.1.5总线结构实例

7、大多数计算机采用了分层次的多总线结构。即按照设备模块的速度分类，速度相尽的设备模块使用同一类总线。pentium计算机主板的总线结构框图pentium计算机主板的总线结构框图CPU总线：也称CPU—存储器总线，它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。总线时钟频率为66.6MHz(或60MHz)，CPU是这条总线的主控者，但必要时可放弃总线控制权。PCI总线：用于连接高速的I/O设备模块。通过“桥”芯片，上面与更高速的CPU总线相连，下面与低速的ISA总线相接。PCI总线是一个32(或64位)的同步总线，32位(或64位)数

8、据/地址线是同一组线，分时复用。总线时钟频率为33.3MHz，总线带宽是132MB/s。PCI总线采用集中式仲裁方式，有专用的PCI总线仲裁器。主板上一般有3个PCI总线扩充槽。ISA总线：pentium机使用该总线与低速I/O设备连接。主板上一般留有3—4个I