计算机组成原理(华科版)第六章 系统总线课件.ppt

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1、第六章系统总线6.1系统总线结构总线（Bus），又称之为母线，是从一个或多个源部件传送信息到一个或多个目的部件的传输线束。总线是多个部件间的公共连线。6.1.1总线的结构与连接方式总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。一个计算机系统中的总线，大致分为如下三类：①内部总线同一部件之间的总线，如CPU内部连接各寄存器及运算器之间的连线。②系统总线同一台计算机系统各部件之间连接的总线，如CPU、内存、通道和各类I/O接口间的连线。③多机系统总线多台处理机之间互相连接的总线，它涉及到多机系统互连。1．总线的结构地址线：用于选择信息传送的设备。例

2、如，CPU与主存传送数据或指令时，必须将主存单元的地址送到总线地址线上，只有主存储器响应这个地址，其他设备则不响应。地址线通常是单向线，地址信息由源部件发送到目的部件。数据线：用于总线上的设备之间传送数据信息。数据线通常是双向线。例如，CPU与主存可以通过数据线进行输入（取数）或输出（写数）。控制线：用于实现对设备的控制和监视功能。例如，CPU与主存传送信息时，CPU通过控制线发送读或写命令到主存，启动主存读或写操作。同时，通过控制线监视主存送来的MOC回答信号，判断主存的工作是否已完成。控制线通常都是单向线，有从CPU发送出去的，也有从设备发送出去

3、的。除以上3种线外，还有时钟线、电源线和地线等，分别用作时钟控制及提供电源。为减少信号失真及噪声干扰，地线通常有多根，分布格式很讲究。2．总线的连接方式通过接口可以实现高速机器与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。因此，“接口”又有“适配器”、“设备控制器”等名称。根据连接方式不同，单机系统中采用的总线结构有三种基本类型：①单总线结构；②双总线结构；③三总线结构。（1）单总线结构在许多微小型计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备，称为单总线结构，如图6.1所示。在单总线结构中，要求连

4、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；而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权，否则，一条总线由多种部件共用，可能导致很大的时间延迟。在单总线系统中，主存与输入、输出设备都在同一条总线上，设备的寻址采用统一编址的方法，即所有的主存单元及外部设备接口寄存器的地址一起构成一个连续的地址空间（单总线地址空间），因此，访内指令与输入/输出指令在形式上完全相同，区别仅在于地址的数值不同，这就是说，对输入/输出设备的操作，完全可以和内存的操作一样处理。这样，当CPU把指令的地址字段送到总线上时，如果该地址字段对应的

5、地址是内存地址，则内存予以响应。此时，在CPU和内存之间将发生数据传送，数据传送的方向由指令操作码决定，如图6.2(b)所示。如果该指令地址字段对应的是外围设备地址，则外围设备译码器予以响应，此时，CPU和与该地址相对应的外围设备之间，将发生数据传送，而数据传送的方向由指令操作码决定，如图6.2(c)所示。在单总线系统中，某些外围设备也可以指定地址。此时，外围设备通过与CPU中的总线控制部件交换控制部件的方式占有总线。一旦外围设备得到总线控制权，就可向总线发送地址信号，使总线上的地址线置为适当的代码状态，以便决定它将要与那一个设备进行信息交换。采用

6、统一编址方法，省去一类I/O指令，简化了指令系统。此外，单总线结构简单，使用灵活，易扩充。然而，单总线的地址线位数与主存地址位数相同，主存的部分地址空间要用于外部设备接口寄存器寻址。此外，所有的部件均通过一条总线进行通信，分时使用总线，因此，通信速度比较慢。通常，单总线结构适用于小型或微型计算机的系统总线。（2）双总线结构单总线系统中，由于所有逻辑部件都挂在同一个总线上，因此总线只能分时工作，即某一时间只能允许一对部件之间传送数据，这就使信息传送的吞吐量受到限制。为此出现了双总线结构。这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又在CPU和内存之

7、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，并减轻了系统总线的负担，同时内存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。这种双总线系统以增加硬件为代价，当前高档微型机中广泛采用这种总线结构。（3）三总线结构图6.4所示的为三总线系统的结构图，它是在双总线系统的基础上增加I/O总线形成的。其中系统总线是CPU、内存和通道（IOP）。进行数据传送的公共通路，而I/O总线是多个外部设备与通道之间进行数据传送的公共通路。由上述可知，在DMA方式中，外设与存储器间直接交换数据而不经过CPU，从而减轻CPU对数据输入/

8、输出的控制，而“通道”方式进一步提高了CPU的效率。通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，又称为IOP（I/