计算机组成原理 马辉 第9章

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1、第9章系统总线本章导读本章首先介绍总线的基本概念与总线的分类情况，然后讲述总线的基本组成与基本连接方式，内容包括三态门的知识与计算机系统中的单总线、多总线等连接结构及其特点。然后结合总线的结构与作用介绍总线特性与总线的性能指标、总线的仲裁方式与时序操作方式，最后介绍总线标准的概念并简单介绍在计算机系统中广泛使用过的一些总线标准情况。本章要点总线的基本概念总线的分类总线的组成及性能指标总线的集中仲裁与分布仲裁方式总线操作和定时同步定时方式与异步定时方式总线标准9.1总线概述9.1.1总线的基本概念

2、9.1.2总线的分类9.1.1总线的基本概念计算机是由一组相互之间通信的3种基本类型（CPU、存储器和I/O）的部件或模块组成的系统。因此，必须要有使模块连接在一起的通路。连接各种模块的通路的集合称为互连结构，这一结构的设计取决于模块之间所必须交换的信息。人们在计算机中尝试过很多种互连结构，迄今使用最普遍的是总线和各种多总线结构。计算机通过系统总线将CPU、主存储器及外围设备连接起来，总线不但影响计算机系统的结构与连接方式，而且影响计算机系统的性能和效率。总线（Bus）是连接两个或多个设备的公共通

3、信线路。总线的关键特征是它为共享的传输介质。多种设备连接到总线上，一个设备发出的信号可以被其他所有连接到总线上的设备所接收。但如果两个设备同时传送，它们的信号将会重叠，这样会引起混淆。因此，每次只能有一个设备成功地利用总线发送数据，而多个部件可以同时从总线上接收数据信息。多数情况下，总线由多条通信路径或线路组成，每条线能传送一位二进制代码。多条线路放在一起，总线就能同时并行地传送多位二进制数字。如32条传输线组成的总线，可同时传输32位二进制代码。也有单条线路组成的总线，此时能在该线路上，用一段时

4、间一位接一位地传送一串二进制数字。在没有总线的情况下，计算机需要交换信息的各部件间需要设置专门的连接线路，这称为分散连接方式，此时的连线复杂而效率又低。采用总线结构后具有以下的优点：（1）模块式总线设计可以简化系统结构，降低成本。面向总线的结构节省连接线，使系统更加清晰明了。（2）模块式总线设计可以简化硬件和软件的设计，缩短产品的设计周期，使产品更具竞争力。模块设计的设计人员仅需针对规范的总线标准，而不必面对功能复杂且日新月异的CPU等内部接口，能以最快的速度推出新产品。（3）便于系统的扩充和更新

5、。按规范的总线标准设计的总线产品面向整个行业，具有很好的通用性，便于系统的扩充更新。9.1.2总线的分类按二进制数据的传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线。按数据传送的方向可分为单向总线和双向总线。按时序控制方式可分为同步总线和异步总线。若按总线的使用范围划分，则又有计算机总线、测控总线、网络通信总线等。下面按总线在计算机中所处位置的不同，来分类介绍总线。1、片内总线片内总线是指芯片内部的总线，如在CPU芯片内部各个部件之间传送信息的数据通路。由于所制造芯片的面积和芯片引脚的限制，内部总线有的

6、采用单总线结构，有利于集成度的提高和成品率的提高。有的芯片内采用双总线或三总线结构，有利于内部数据传送速度的加快。2、系统总线系统总线是指CPU、主存、I/O各大部件之间的信息传输线，它把这些部件连接起来构成了计算机系统。由于这些部件通常都制作在各个插件板上，故又叫做板级总线（即在一块电路板上各芯片间的连线）和板间总线。按系统总线传输信息的不同，它又可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线。①、数据总线（DB，DataBus）在任意两个涉及数据（此处的含义包括要运算的数据信息或要处理的指令信息）的

7、存储、处理乃至交换、传输的设备之间，都应有数据总线。因为数据正是通过这条总线而实现传输的。显然，数据总线应该能实现双向传输，即可以进行从A设备向B设备的传送，也可以进行从B设备向A设备的传送。对于数据总线来说，它的两个性能指标是传输的速率和总线的宽度。前者是指每个单位时间它传送多少个数据，显然这个指标将对计算机的运算速度有重大影响，而它与传输的距离也有关系。后者是每条总线可以同时传送多少位，也就是这个总线一共有多少条实际的物理线路，我们把它称为总线的宽度。②、地址总线（AB，AddressBus）

8、地址总线用于传送地址信号，以确定所访问的存储单元或某个输入/输出端口。微机中地址总线一般有16位、20位、24位、32位、36位等几种宽度标准，与存储器所用的地址的位数以及端口的地址位数相对应。这也同时确定了可以访问的存储空间的大小。应当指出，地址总线要和数据总线一起使用才有效。比如，如果要从某个设备向存储设备存入数据，则这个数据应该放到从某个设备连接到存储设备的数据总线上，同时应在连接这两个设备的地址总线上给出存储设备的地址，这样才能实现正确的存入（写入）操作。从这里也不难理解，