计算机组成原理 第7章

《计算机组成原理 第7章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第7章总线系统主要内容总线的基本概念和结构形态总线接口总线的仲裁、定时与数据传送典型总线标准PCI总线和AGP总线……7.1总线的基本概念在计算机系统中，各部件之间传输信息的通路叫总线。即一个或多个信息源传送信息到多个目的地的数据通路。它和一般传输线的不同之处在于，可以把来自不同的源部件的信息，集中在一组统一的传输线上，分时送往不同的部件，由于CPU本身也是由多个小部件组成的，所以CPU的各个部件（如内部寄存器和算术逻辑部件）之间也要用总线相连，这种位于芯片内部的总线叫内部总线（片内总线）。还有连接计算机各大部件的总线（如CPU、主存、I/O接口等

2、）叫系统总线（芯片总线），另外，还有连接计算机和计算机，计算机和其他系统的总线，叫外部总线。7.1.1总线的分类1．按总线的位置分：片内总线和片外总线2．按总线的功能分：地址总线（AddressBus）、数据总线（DataBus）和控制总线（ControlBus）3．按总线的层次结构分：CPU总线、存储总线、系统总线、外部总线4．按总线在计算机系统中的位置分：机内总线和机外总线7.1.2总线的主要参数内部总线总是位于大规模集成电路的内部，所以，片内系统总线和器件本身有关。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

3、的排列方式等等。功能特性：描述总线中每一根线的功能。从功能上看，总线分为地址总线、数据总线、控制总线三大类。地址总线的宽度指明了总线能够直接访问存储器的地址空间范围。数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外设时能够交换数据的位数。控制总线包括CPU发出的各种控制命令（如存储器读/写，I/O读/写），外设与主机的同步匹配信号、中断信号、DMA控制信号等等。7.1.2总线的主要参数电器特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。一般规定送入CPU的信号叫输入信号（IN），从CPU发出的信号叫输出信号（OUT），例如地址总线是输出线，数据总线是双向传

4、送的信号线，这两类信号线都是高电平有效。控制总线中各条线一般是单向的，有CPU发出的，也有进入CPU的。有高电平有效的，也有低电平有效的，总线的电平特性都符合TTL电平的定义。时间特性：定义了每根线在什么时间有效。即，只有规定了总线上个信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。7.1.3总线的标准化为了充分发挥总线连接的优越性，使不同供应商的总线产品能够互换，以给用户更多的选择，必须对总线的技术规范进行标准化。为此，人们指定了各种总线标准。总线标准是国际上正式公布、推荐或工业界广泛认可的互连各个部件的总线规范。总线的标准制定要经周密考虑，要有严

5、格的规定。标准化内容①机械结构规范。对总线的模块尺寸、总线插头、总线接插件以及安装尺寸进行统一规定。②功能规范。对总线每条信号线名称、功能、逻辑关系、时序要求甚至信号线的排列次序等细节都进行明确定义。③电气规范。对总线每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力和抗干扰性等都作明确定义。标准化的好处（1）简化系统结构（2）简化系统设计（3）提高系统的可扩展性7.2总线的连接方式大多数总线都是以相同方式构成的，其不同之处仅在于总线中数据线和地址线的数目，以及控制线的多少及功能。然而，总线的排列布置与其他各类部件的连接方式对计算机系统的性能来说，将起着

6、十分重要的作用。根据连接方式不同，单机系统中采用的总线结构有三种类型：（1）单总线结构；（2）双总线结构；（3）三总线结构。7.2.1单总线结构计算机系统中所有的部件都用一条总线相连。在单总线结构中，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，由于一条总线由多种功能共用，可能导致很大的时间延迟。单总线结构单总线系统中，当CPU取一条指令时，首先把程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总线上，带地址不仅加至内存，同时也加至总线上所有的外部设备。然而，只有与出现

7、在总线上的地址相对应的设备，才执行数据传送操作。在“取指令”情况下的地址是内存地址，所以，此时该地址所指定的内存单元一定是一条指令，而且将被传送给CPU。取指令后，CPU将检查操作码，以便确定下一次要执行什么操作。对采用单总线的计算机来说，操作码规定了对数据要执行什么操作，以及数据是流进CPU还是流出CPU，但是操作码并不规定该指令是访问内存还是访问外围设备。单总线结构在单总线系统中，访内指令与输入/输出指令在形式上完全相同，区别仅在于地址的数值。即，对输入/输出操作，完全和内存的操作方法一样来处理。这样，当CPU把指令的地址地段送至总线上时，如果

8、该地址字段所对应的地址是内存地址，则内存予以响应。此时，在CPU和内存之间将发生数据传送，而数据传送的方向由指令操作码指定