计算机组成原理第三章

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1、第３章系统总线3.1总线的基本概念3.2总线的分类3.3总线特性及性能指标3.4总线结构3.5总线控制3.1总线的基本概念一、为什么要用总线计算机的三大部件:CPU：指令执行和数据加工ＭＭ：存放指令和数据I/O：输入数据和指令，输出程序的结果计算机的所有功能都通过CPU执行保存在存储器中的一串指令来实现的每个指令周期完成不同的操作任务，这些任务涉及到：CPU从主存取指令、取数据；CPU把结果数据送主存；CPU送数据到I/O模块，或从I/O模块获得数据；主存和I/O模块直接交换数据；I/O模块将中断请求信号送CPU；3.1部件间需要信息交换(CPU----主存，CPU-

2、---I/O模块，I/O模块----主存)CPU----主存CPU能访问主存CPU须给出所访问的主存单元的地址信息CPU须给出读/写控制信息CPU和主存之间有数据交换I/O模块CPUCPU能象访问主存一样访问I/O模块CPU须给出所访问的I/O模块的地址信息CPU须给出读/写控制信息CPU和I/O模块之间有数据交换I/O模块主存在某些情况下I/O模块和主存之间可以直接交换数据I/O模块（如：DMA控制器）要能给出所访问的主存单元的地址I/O模块（如：DMA控制器）要能给出读/写控制信息3.1如何进行信息交换CPU----主存CPU----I/O模块I/O模块----主

3、存通过在部件之间架设通信线路我们把连接各部件的通路的集合称为互连结构互连结构有分散结构和总线结构3.1早期以运算器为中心计算机存储器输入设备运算器控制器输出设备早期以运算器为中心的计算机，各部件单独连线，分散连接。I/O与存储器交换信息需经过运算器，致使运算器停止运算，严重影响CPU工作效率。3.1程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算改进后以存储器为中心的计算机，各部件仍单独连线，分散连接。I/O与存储器交换信息可以不经过运算器，CPU工作效率有所提高。但I/O设备与主机连接灵活性差，线路多，分散复杂。出现了总线连接方式。3.1改进后以存储器为中心计算机

4、二、什么是总线总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。（铁路、高速公路）如果多部件连接总线，两个以上部件同时发送信息，信号冲突，传输无效。一个时刻只允许一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时接收信息。3.1三、总线上信息的传送总线实际上是由许多传输线或通路组成。每条线可一位一位传输二进制码。一串二进制码可在一段时间内由低位到高位逐一传输完成。若干条传输线可以同时传输若干位二进制代码。如：16条传输线组成的总线可同时传输16位二进制代码。波特率：每秒钟通过信道传输的码元数.也称码元传输速率，单位为位/秒（b/s）。串行并行3.1四、总线结构的计算机

5、举例1.面向CPU的双总线结构框图中央处理器CPUI/O总线M总线3.1主存I/O接口I/O设备1I/O设备2……I/O接口I/O接口I/O设备nM总线（存储总线）：用于连接CPU和主存的通道I/O总线（输入输入总线）：用于建立CPU和各I/O设备之间交换信息的通道各种I/O设备通过I/O借口挂到I/O总线上，便于增删设备I/O设备与主存交换信息时仍会占用CPU,影响CPU的效率单总线（系统总线）2.单总线结构框图CPU主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口…I/O设备nI/O接口…3.1CPU、主存和各I/O设备都挂到一组总线上，便形成了单总线结构的计算机

6、I/O设备与主存交换信息时原则上不影响CPU工作CPU仍可处理不访问主存或I/O设备的操作，可提高CPU效率若某时刻多部件需用总线会冲突，必须设置总线判优逻辑，按优先级使用3.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线主存CPUI/O接口I/O设备1…I/O设备nI/O接口…存储总线3.1在单总线基础上又开辟出一条存储总线（CPU与主存之间的总线）存储总线速度高，只供主存与CPU之间传输信息（专道）提高了传输效率，减轻了系统总线负担I/O设备与存储器交换信息也不需要经过CPU3.2总线的分类按数据传送方式划分：并行传输总线和串行传输总线按使用范围划分：计算机总线、测控总线

7、、网络通信总线按连接部件不同划分：片内总线、系统总线、通信总线片内总线：芯片内部的总线。（CPU芯片内部、寄存器之间、寄存器与ALU之间）系统总线：CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线。安放在主板或插卡上，又称板级总线或板间总线。通信总线：计算机系统之间或计算机系统与其它系统之间传输线。因距离远近、速度快慢等差异类别不等。按系统总线传输信息不同，又可分为三类：数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输线位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位、16位、32位数据总线的位数又称数据总线宽度，是衡量系统性能的主要参数如数据总线宽度8