计算机系统总线的组成及其特点

1、计算机系统总线的组成及其特点总线系统·计算机系统总线的类型;·信息的传送方式;·接口的基本功能及分类;·总线的控制和通信基本概念:1.总线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。借助于总线连接,计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换,并在争用资源的基础上进行工作。2.总线特性总线特性包括:物理特性:描述总线的物理连接方式(电缆式、主板式、背板式;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、传递方式(单端方式或差分方式等,以及有效电平范围;时间特性:定义了总线上各信号的

2、时序关系。3.总线标准化为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用,就需要进行系统总线的标准化工作,总线的标准化有利于系统的可扩展性。标准化工作一般由国际标准化组织负责进行定义或推荐,从总线特性上进行规范,标准化总线种类繁多,例:ISA总线、PCI总线、Futurebus+总线等。4. 总线带宽总线带宽是衡量总线性能的重要指标,定义了总线本身所能达到的最高传输速率(但实际带宽会受到限制,单位:兆字节每秒(MB/s。5.接口接口是连接两个部件的逻辑电路,适配器就是一种典型的接口。计算机接口的主要功能是:实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步,并完成计算机与和外设之间的所有数据传送和

3、控制。接口的作用可归纳为:(1实现数据缓冲,使主机与外设在工作速度上达到匹配;(2实现数据格式的转换;(3提供外设和接口的状态;(4实现主机与外设之间的通讯联络控制。6.设置接口的必要性由于I/O设备在结构和工作原理上与主机有很大的差异,主要为:(1传送速度的匹配问题;(2时序的配合问题;(3信息表示格式上的一致性问题;(4信息类型及信号电平匹配问题。为了协调这些差异,需加入接口电路,接口在这里起一个转换器的作用。7.接口的典型功能接口通常具有:控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断功能。8.设备编址方法统一编址:将I/O设备与内存统一编址,占有同一个地址空间。以地址区分访问外设或存储器,不需

4、专门的I/O指令。但占有了一部分内存空间。单独编址:将I/O设备与内存单独变址,分别占有两个不同的地址空间。由执行不同的指令区分访问内存或外设,所以需I/O指令。9.并行传送并行传送每传送一位数据需要一条传输线,一般采用电位传送方式进行数据传送。当采用并行传送方式时,主机与接口、接口与外设之间,都是以一个字或一个字节的各位同时进行处理的方式完成信息传递工作的,即每次传送一个字或一个字节的全部代码。10.串行传送串行传送即使用一条传输线,采用脉冲传送方式进行数据传送。串行接口中必须设置具有移位功能的数据缓冲寄存器,以实现数据格式的串-并转换。当采用串行传送方式时,接口与I/O设备之间通过一根数据

5、传输线按位依次传送数据,而接口主机之间仍按照并行的方式实行数据传递。串行传送的主要优点是只需要一条传输线,这对长距离传输降低成本尤为重要。缺点就是传送速度慢。11.分时传送分时传送即指总线复用或是共享总线的部件分时使用总线。12. 波特率波特是信号传输速度的单位,波特率等于每秒内线路状态的改变次数。标准波特率有: 1200、2400、4800、9600、19200等,1200波特率即指信号能在1秒钟内改变1200次值。二进制系统中,信息的最小单位是比特,仅当每个信号元素代表一比特信息时,波特率才等于比特率。13.总线仲裁当多个主设备同时争用总线控制权时,由总线仲裁部件以优先权或公平策略进行仲裁

6、,授权于其中的一个主设备总线的控制权。仲裁方式:(1集中式仲裁方式:链式查询方式;计数器定时查询方式;独立请求方式;(2分布式仲裁方式。14.总线定时总线的一次信息传送过程分为五个阶段:请求总线、总线仲裁、寻址目的地址、信息传送、状态返回。为同步主方、从方的操作,必须制定定时协议。定时方式:(1同步定时:事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;(2异步定时:采用应答方式进行总线传输控制。15.总线数据传送模式大多支持四类数传模式:(1读、写操作:读操作,即从方到主方的数据传送;写操作,即主方到从方的数据传送;(2块传送操作:即猝发式传送,只需给出块的起始地址,然后对固定长度的数据一个接一个

7、地读出或写入;(3写后读、读修改写操作:只给出一次地址,连续进行操作。前者用于校验;后者用于多道程序系统中对共享存储资源的保护;(4广播、广集操作:广播,即一个主方对多个从方进行写操作;广集,即与广播相反的操作。总线的概念和结构形态总线的基本概念1.概念·总线·总线特性·总线标准化·总线带宽2.总线类型总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。总线可分以下类型:内部总线:CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线;系统总线:即外部总线,CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线;I/O总线:连接中低速I/O设

8、备的总线;通信总线:多个计算机之间相互连接的通信线路。总线的连接方式总线的连接方式对计算机系统性能起着十分重要的作用。单机系统中总线结构的基本类型:·单总线:使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备,各部件分时使用总线交换信息,要求各部件高速运行。优点:简单,易于扩充;缺点:总线共用,易阻塞。·双总线:在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。优点:既保持了单总线的优点,又使CPU能够通过专用总线与存储器高速交换信息;缺点:增加了一定的硬件代价。·三总线:在双总线的基础上增加了I/O总线优点:合理发挥各总线作用;缺点:增加了硬件代价。·

9、多总线:如下图所示,将速度相近的部件与设备连于同一类性能的总线,充分发挥总线效能。总体上提高了系统性能。·CPU Bus:连接CPU和存储器的高速总线,减轻系统总线的负担;·PCI Bus:用于连接高速的I/O设备;·Expansion Bus:ISA/EISA/MCA总线,连接中、低速I/O设备;·Bridge: 各总线通过"桥"芯片连成总体。·Bridge/Memory Controlle-北桥·Expansion Bus Bridge-南桥I/O设备必须通过接口连于总线(总线的概念和结构形态接口接口也称适配器

10、,以实现高速CPU与低速外设之间,工作速度上的匹配和同步,并完成计算机与和外设之间的所有数据传送和控制。接口的作用可归纳为:(1实现数据缓冲,使主机与外设在工作速度上达到匹配;(2实现数据格式的转换;(3提供外设和接口的状态;(4实现主机与外设之间的通讯联络控制。设置接口的必要性由于I/O设备在结构和工作原理上与主机有很大的差异,主要为:(1传送速度的匹配问题;(2时序的配合问题;(3信息表示格式上的一致性问题;(4信息类型及信号电平匹配问题。总线结构对计算机系统性能的影响·对最大存储容量和指令系统的主要影响体现在主存与外设的编址方式上。·对吞吐量的影响主要体现在数据的传输方式上。总线的内部结构Pentium机总线结构1.Pentium机采用多总线结构,总线分为三层:CPU总线、PCI总线和ISA总线。(1CPU总线:·连接CPU和存储器·总线时钟频率为为 66.6MHz； （2）PCI 总线： ·连接高速 I/O 设备 ·总线时钟频率为 33.3MHz，带宽 132MB/s（32 位） 、264MB/s（64 位） ·总线采用集中式仲裁方式，有专用的 PCI 总线仲裁器； （3）ISA 总线： ·连接低速的 I/O 设备 ·支持 7 级 DMA