第8章 系统总线.doc

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1、第8章系统总线在现代计算机系统中，无论是在计算机内部各部件之间，还是计算机与外部设备之间，地址、数据、控制信息的传送都是通过总线进行的，总线是信息传送的公共通路。因此，总线也是计算机系统的重要组成部分。本章介绍系统总线，包括系统总线结构，总线的控制和通信方式，信息在总线中的传送方式，微型机的总线标准，以及常用总线举例。8.1总线概述8.1.1总线原理总线，也叫母线，是连接计算机系统各个部件和装置的线路，它是一个或多个信息源传送信息到多个目的地的数通路。每一位二进制数码由总线中的一根线来传送，我们称为1位总线。每1位总线都有若

2、干发送端和接收端。在发送端和接收端都设有控制门，分别叫做发送门和接收门。1位总线传输数据的示意图如下图所示。图中发送端有3个发送门A、B、C，接收端有3个接收门D、E、F，数据可从发送端的任一个发送门发出，可被接收端的一个或几个接收门接收。同一时刻总线只能传送一个数据，否则总线输出要发生混乱。因此，在发送端应设有判优或仲裁逻辑，当多个数据在发送端要求发送时，由判优或仲裁逻辑选择一个数据发送出去，以保证传送的正确性。在上图中，发送端的A、B、C的3个发送门中，同一时刻只能有一个发送门打开，不能同时打开两个以上的发送门，这叫做发

3、送端的分时性。而接收端没有上述限制，也即可以同时打开几个门。如某一时刻，若端口A作为发送端，则作为接收端的D、E、F这3个门可以同时接收到从A发送门所传送的数据，B和C这两个端口也可以作为接收端接收到从A发送门所传送的数据——1位二进制数码。8.1.2总线结构类型⒈单总线结构单总线结构是用一组总线连接整个计算机系统的各大功能部件，计算机系统的所有设备都挂在这条总线上，各大部件之间的所有的信息传送都通过这组总线。如下图所示。单总线结构的特点⑴所有连接到单总线上的计算机系统部件都共享同一地址空间。I/O设备地址都采取存储器映射方

4、式编址，因而指令系统中没有输入输出指令，任何访问存储器的指令都可以访问连接到总线上的任何设备。⑵单总线采用异步通信方式，其传输速率只与设备固有速率有关，而与总线上其它子系统、总线的物理长度无关。⑶单总线不仅用在处理器级部件间互连，而且也可以用于各单元部件之间的连接。它们都具有标准总线的接口。⑷与总线连接的所有部件是互相独立的，这种总线结构便于系统部件的扩充。⒉双总线结构单总线结构的缺陷是系统效率和连接到总线上的各设备的利用率不高。为了克服这一缺陷，在有些小型机和大、中型机中，让I/O总线与内存总线分开，形成了双总线结构。这种

5、总线结构有两条总线，一条是内存总线，用于CPU、内存和通道之间进行数据传送；另一条是I/O总线，用于多个外围设备与通道之间进行数据传送。在双总线结构中，通道是计算机系统中的一个独立部件，使CPU的效率大为提高，并可以实现形式多样而更为复杂的数据传送。双总线的优点是以增加通道这一设备为代价的，通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，所以双总线通常在大、中型计算机中采用。⒊三总线结构三总线结构计算机是基于上述思想，在CPU和主存之间设置了一条独立总线，以进一步提高计算机的效率。这种总线结构是在计算机系统的各部件之间采用三条各自独立

6、的总线来构成信息通路。这三条总线是：内存总线，输入/输出（I/O）总线和内存访问（DMA）总线。内存总线用于CPU和内存之间传送地址、数据和控制信息；I/O总线供CPU和各类外设之间的通信；DMA总线使内存和高速外设之间能够直接传送数据。若再把不同速率的外部设备分类连接建立多条总线，则就是多总线结构了。8.1.3总线的分类⒈数据总线、地址总线和控制总线根据总线所传输的信息内容的不同，总线可分为地址总线、数据总线和控制总线。2.片级总线、内部总线和外部总线根据总线在计算机系统中所处的位置不同，总线又有片级总线、内部总线和外部总

7、线之分。片级总线是指微处理器芯片内各部件的连接总线，内部总线则是指计算机系统中各部分之间的连接总线，内部总线也可称为系统总线或板级总线；外部总线则是指计算机系统间互联的总线，通常称为通信总线。通常所讨论的总线是后面两种。⒊并行总线和串行总线⑴并行总线：是指一次能同时传送多个二进制数位的总线。并行总线根据其数据总线所传送的二进制位数又可以分为8位总线、16位总线、32位总线和64位总线。⑵串行总线：是指二进制数的各位在一条线上是一位一位传送的。串行总线的传输速度比并行总线慢。CRT、电传打字机、远距离数据采集设备等都采用串行传

8、送方式。⒋单向总线和双向总线⑴单向总线：数据只能朝一个方向传送的总线。典型的单向总线是地址总线，单向总线仅有一个固定的发送门，接收门可以有多个，如下图所示（图示的发送门有3个信号源）。⑵双向总线：数据可以朝两个方向传送的总线，典型的双向总线是数据总线，而控制总线的某些位是单向的，另一些位则