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1、计算机组成与结构ComputerOrganizationandArchitecture(第四章)顾浩赵宝华2004.18/11/20211目录4.1总线工作原理4.2几种系统总线标准4.3几种系统总线标准8/11/20212序总线——是能由多个部件分时共享的公共信息传送线路.分时和共享是总线的两个基本特性.共享:指多个部件连接在同一组总线上,各部件间交换的信息都可通过总线传送.分时:指同一时刻总线只能在一对部件间传送信息.一个系统的总线结构决定了该计算机系统的数据通路用系统结构.因此,总线结构的带宽和结构对系统性能有很大影响.8/11/20
2、2134.1总线工作原理4.1.1总线通信的定时方式总线通信的定时方式:指采用一定方式,让接收端知道发送端信息的始发和结束时间.按定时方式不同,可把通信过程分成同步和异步通信两种.1.同步通信:(1)特点:各部件都用一个公共的时钟信号进行同步控制,时钟信号由CPU发出,发送到每一个部件(设备).●t0时刻:将CPU产生的设备地址放在地址总线上,并经控制线指出操作性质(R/W内存或R/WI/O设备).●t1时刻:CPU发读信号命令;●t2时刻:设备把数据放DB上,CPU在T3中进行数据选通,将数接收到自己的寄存器.●t3时刻:CPU的读命令和
3、设备数据信号结束.●t4时刻:总线周期结束.可开始新数据的传送.图4.18/11/202144.1.1总线通信的定时方式(2)优点:模块间配合简单,步调一致.传输频率较高.(3)缺点:对所有模块有严格的时限要求,故缺乏灵活性.2.异步通信:也叫应答方式(1)特点:无统一时钟和固定的时间标准,靠请求—应答方式(handshaking)进行同步控制,以实现不同速度间的数据传送.(2)三种应答关系:●全互锁:两设备间的”请求”和”应答”,互为制约.●半互锁:设备2自行决定应答信号撤消与否.●不互锁:两设备间的”请求”和”应答”信号均有一定时间宽度
4、,何时结束不互锁.主模块从模块请求应答8/11/202154.1.2总线的组成与仲裁1.总线的组成:(1)传输线●地址线:决定直接寻址范围.●数据线:决定数据宽度.●控制,时序和中断信号线:决定总线功能强弱,适应性好坏.●电源线:决定电源种类,地线分布及用法.●备用线:留给用户进行性能扩充,满足特殊需要.(2)接口逻辑:需三态门和缓冲寄存器作为它们的接口.(3)总线控制器:对各设备对总线的使用进行合理的分配和管理.8/11/202162.总线的急用与仲裁总线主设备:对总线有控制权.总线从设备:对总线无控制权.总线通信原则:●通信前由主模块发
5、请求;●同一时刻只允许一对模块间通信;●模块同时使用总线时,应由总线控制器中的判优和仲裁逻辑按判优原则决定哪个模块使用总线.总线判优方式:集中式—总线控制逻辑集中的一处；分布式—总线控制逻辑分布在连接总线的各部件或设备中.8/11/20217集中控制的三种常见优先权仲裁方式(1)链式查询方式:用3条控制线进行控制:BS(总线忙);BR(总线讲求);BG(总线允许).特征:将BG串行地从一部件(I/O接口)送到下一个部件,直到到达有请求的部件为止.优先权位置:离总线控制器最近的部件具有最高使用权,离它越远,优先权越低.电路:链式查询靠接口的优
6、先权排队电路实现.(2)计数器定时查询方式:总线上的任一设备要求使用总线时,通过BR线发出总线请求.中央仲裁器接到请求信号以后,在BS线为”0”的情况下让计数器开始计数,计数值通过一组地址线发向各设备.每个设备接口都有一个设备地址判别电路,当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时,该设备置“1”BS线,获得了总线使用权,此时中止计数查询。图4.38/11/20218(3)独立请求方式●工作原理:每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi.当设备要求使用总线时,便发出该设备的请求信号.总线控制器中的排队电路决定首先
7、响应哪个设备的请求,给设备以授权信号BGi。●优点：响应时间快,确定优先响应的设备所花费的时间少,用不着一个设备接一个设备地查询。其次,对优先次序的控制相当灵活，可以预先固定也可以通过程序来改变优先次序;还可以用屏蔽(禁止)某个请求的办法,不响应来自无效设备的请求。●三种方法控制线数目的比较:链式查询方式——只用二根线。计数器定时查询方式——大致用㏒2n根线,n是允许接纳的最大部件数。独立请求方式——要用2n根线.8/11/202194.1.3总线特性与性能指标从结构上,总线由母线框架和各部件的插板组成.1.总线特性(1)机械(物理)特性:
8、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,引脚线的排列方式等。(2)电气特性:定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围.送入CPU的信号叫输入信号(IN),
