第5章 总线技术

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1、1本章主要教学内容总线基本概念；常用系统总线特点和功能；常用局部总线特点和功能;外部设备总线特点和功能第5章总线技术2本章教学目的及要求通过学习:理解总线的基本概念熟悉微机总线的组成结构掌握常用系统总线、局部总线、外部设备总线，侧重其应用第5章总线技术5-1概述5.1.1总线的概念计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种，一种是各部件之间使用单独的连线，称为分散连接另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上，称为总线连接4第5章5-1概述5.1.1总线的概念总线是微机系统中多个部件之间公用的一组连线，是连接多个部件的信息传输线当多个部件与总线相连时

2、，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，势必导致信号冲突，传输无效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。5.1.1总线的概念总线由许多传输线组成。每条线可一位一位地传输二进制代码，若干条传输线可以同时传输若干位二进制代码。微机采用总线技术的目的是为了简化硬软件系统设计。微机总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线用于芯片一级的互连；系统总线用于插件板一级的互连；外部总线是微机和外部设备之间的总线。6第5章5.1.2总线的结构1．单总线结构2．双总线结构3．多总线结构1．单总线

3、结构它是将CPU，主存，I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O设备之间，I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。特点：结构简单，便于扩充缺点：所有的传送都通过这组共享总线，因此极易形成计算机系统的瓶颈。不允许两个以上的部件在同一时刻向总线传输信息，影响系统工作效率的提高。应用场合：多数被小一微型计算机所采用1．单总线结构CPU主存I/O接口I/O接口…I/O设备1I/O设备1…2．双总线结构在单总线结构中，因为只有一组总线，当某一时刻各部件都要占用总线时会出现争夺总线使用权的现象。为此，必须设置总线判优逻辑，让各部件按优先级高低

4、来占用总线，但这也会影响整机的工作速度。还有一种以存储器为中心的双总线结构CPU主存I/O接口I/O接口…I/O设备1I/O设备1…2．双总线结构特点：将速度较低的I/O设备从总线上分离出来，形成存储总线与I/O总线分开的结构。在单总线基础上又开辟出一条CPU与主存之间的总线，称为存储总线。这组总线速度高，只供主存与CPU之间传输信息。优点：既提高了传输效率，又减轻了系统总线的负担，还保留了I/O设备与存储器交换信息时不经过CPU的特点。2．双总线结构缺点：该结构在I/O设备与主存交换信息时仍然要占用CPU，因此会影响CPU的工作效率3．多总线结

5、构引入通道的概念通道：是一个具有特殊功能的处理器，一个独立于CPU的专门I/O控制的处理机，控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道命令，可由CPU执行相应指令来启动通道，并在操作结束时向CPU发出中断信号CPU将一部分功能下放给通道，使其对I/O设备具有统一管理的功能，以完成外部设备与主存之间的数据传送，系统的吞吐能力可以相当大。这种结构大多用于大，中型计算机系统3．多总线结构如果将速率不同的I/O设备进行分类，然后将它们连接在不同的通道上，那么计算机系统的利用率将会更高，由此发展成了多总线结构。DMA控制器形成的三总线结构：主存总线用于

6、CPU与主存之间的信息传输I/O总线供CPU与各类I/O设备之间的信息传递DMA总线用于高速外设与主存之间直接交换信息三总线结构中，任一时刻只能使用一种总线。主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取，I/O总线只有在CPU执行I/O指令时才用到。16第5章5.1.3总线的分类总线是计算机各部件之间传送数据，地址和控制信息的公共通道。按照其位置，功能，层次结构等可有如下的分类方法：1．按相对于CPU芯片的位置分类2．按总线功能分类3．按总线的层次结构分类1．按相对于CPU芯片的位置分类(1)内总线：指在CPU内部的各寄存器、算术逻辑部件、控制部件

7、及内部高速缓冲存储器之间传输数据所用的总线，即芯版内部总线。作用：用于芯片级的互连对于CPU来讲，就是它的引脚信息。1．按相对于CPU芯片的位置分类(2)外总线：也称为通信总线，是CPU与内存(ROM,RAM)和输入/输出设备接口之间进行通信的数据通道。通信总线按传输方式可分为两种：串行通信：指数据在单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送。并行通信：指数据在多条并行1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地。2．按总线功能分类在CPU，主存、I/O设备等各大部件之间的信息传输线可分为数据总线、地址总线、控制总线(1)数据总线：用来传输我间的数

8、据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位，16位，32。数据总线的位数称为数据总线宽度，它是衡量系统性能的一