计算机组成原理(白中英)第6章.ppt

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1、计算机组成原理第一章计算机系统概论第二章运算方法和运算器第三章存储系统第四章指令系统第五章中央处理器第六章总线系统第七章外围设备第八章输入输出系统第九章操作系统支持目录计算机组成原理第6章总线系统6.1总线的概念和结构形态6.2总线接口6.3总线的仲裁、定时和数据传送模式6.4PCI总线6.5ISA总线和Futurebus+总线6.1总线的概念总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路单处理器系统的总线，大致分为三类：内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部

2、件，如存储器、通道等互相连接的总线I/O总线：中低速I/O设备间互相连接的总线总线特性物理特性：物理连接方式，包括总线的根数、排列方式，总线的插头、插座的形状等功能特性：描述总线中每一根线的功能电气特性：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)，从CPU发出的信号叫输出信号(OUT)时间特性:定义了每根线在什么时间有效，即总线上各信号有效的时序关系为了方便各个功能部件的连接，广泛应用的总线都实现了标准化总线带宽总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总线性能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。总线

3、带宽＝总线传输速率＝吞吐率单位时间传输的数据量每秒兆字节（MB/S）或每秒位（bps）总线带宽＝传输的数据量÷需要的时间6.1.2总线的连接方式通过适配器将外围设备同计算机连接起来，实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。适配器通常简称为接口。1.单总线结构在单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总线结构。要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时能迅速获得总线控制权；当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。CPU主存设备接口

4、设备接口单总线结构系统总线(1)取指令(2)传送数据(3)I/O操作(4)DMA操作(5)单总线结构容易扩展成多CPU系统2.双总线结构在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线与存储器交换信息，减轻了系统总线的负担，主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPUCPU主存设备适配器设备适配器双总线结构存储总线系统总线3.三总线结构CPU主存设备适配器设备适配器IOPI/O总线三总线结构系统总线存储总线6.1.3总线结构对计算机系统性能的影响1.最大存储容量在单总线系统中，最大主存容量必须小于由计算

5、机字长所决定的可能的地址总数。2指令系统在双总线系统中，访存操作和输入/输出操作各有不同的指令。3吞吐量在三总线系统中，通道对外围设备统一管理并实现外围设备与主存之间的数据传送，因而系统吞吐能力比单总线系统强得多。6.1.4总线的内部结构----早期总线的内部结构CPU存储器模块输入设备接口输出设备接口数据线地址线控制线简单总线结构的不足第一：CPU是总线上惟一的主控者。第二：总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。当代总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。CPU-CACHE模块存储器模块I/O接口总线控制器

6、数据传送总线（数据线、地址线、控制线）仲裁总线（BR、BG）中断和同步总线公用线（时钟信号、电源/地线、…）当代流行的总线内部结构当代总线构成总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。数据传送总线：地址线、数据线、控制线。仲裁总线：总线请求线、总线授权线。中断和同步总线：中断请求线和中断认可线。公用线：时钟信号线、电源线、地线、系统复位线等。6.1.5总线结构实例CPU总线也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。PCI总线用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示卡适配器、网络接口控制器等。ISA总线用于与低速I/

7、O设备连接。南北桥芯片将CPU总线、PCI总线、ISA总线连成整体。桥芯片起到了信号速度缓冲、电平转换、控制协议的转换作用。6.2总线接口1.串行传送只有一条传输线，每次一位，按顺序来传送表示一个数码的所有二进制位(bit)。2.并行传送每个数据位都需要单独一条传输线。二进制数“0”或“1”在不同的线上同时进行传送。接口：即I/O设备适配器，具体指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。6.2.1接口的基本概念接口的功能控制接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等。缓冲接口在外围设备和计算机系统其他部件之间用作为

8、一个缓冲器，以补偿各种设备在速度上的差异。状态接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息。接口的功能转换接口可以完成任何要求的数据转换。整