电子商务时代的企业管理

1、计算机组成与结构Computer Organization and Architecture (第四章) 顾 浩 赵宝华 2004.110/14/20221目录4.1总线工作作原理4.2几种系统统总线标标准4.3几种系统统总线标标准2/11/20202序总线是能由多多个部件件分时共享享的公共信信息传送送线路.分时和共共享是总总线的两两个基本本特性.共享:指多个部部件连接接在同一一组总线线上,各部件间间交换的的信息都都可通过过总线传传送.分时:指同一时时刻总线线只能在在一对部部件间传传送信息息.一个系统统的总线线结构决决定了该该计算机机系统的的数据通通路用系系统结构构.因此,总线结构构的带宽宽和

2、结构构对系统统性能有有很大影影响.2/11/202034.1总总线工工作原理理4.1.1总总线通信信的定时时方式总线通信信的定时时方式:指采用一一定方式式,让接收端端知道发发送端信信息的始始发和结结束时间间.按定时方方式不同同,可把通信信过程分分成同步和异步通信信两种.1.同步通信信:(1)特点:各部件都都用一个个公共的的时钟信信号进行行同步控控制,时钟信号号由CPU发出,发送到每每一个部部件(设备).t0时刻:将CPU产生的设设备地址址放在地地址总线线上,并经控制制线指出出操作性性质(R/W内存或R/WI/O设备).t1时刻:CPU发读信号号命令;t2时刻:设备把数数据放DB上,CPU在T3

3、中进行数数据选通通,将数接收收到自己己的寄存存器.t3时刻:CPU的读命令令和设备备数据信信号结束束.t4时刻:总线周期期结束.可开始新新数据的的传送.图4.12/11/202044.1.1总总线通信信的定时时方式(2)优点:模块间配配合简单单,步调一致致.传输频率率较高.(3)缺点:对所有模模块有严严格的时时限要求求,故缺乏灵灵活性.2.异步通信信:也叫应答答方式(1)特点:无统一时时钟和固固定的时时间标准准,靠请求应答方式式(handshaking)进行同步步控制,以实现不不同速度度间的数数据传送送.(2)三种应答答关系:全互锁:两设备间间的”请求”和”应答”,互为制约约.半互锁:设备2自

4、行决定定应答信信号撤消消与否.不互锁:两设备间间的”请求”和”应答”信号均有有一定时时间宽度度,何时结束束不互锁锁.主模块从从模模块请求应答2/11/202054.1.2总总线的组组成与仲仲裁1.总线的组组成:(1)传输线地址线线:决定直接接寻址范范围.数据线:决定数据据宽度.控制,时序和中中断信号号线:决定总线线功能强强弱,适应性好好坏.电源线:决定电源源种类,地线分布布及用法法.备用线:留给用户户进行性性能扩充充,满足特殊殊需要.(2)接口逻辑辑:需三态门门和缓冲冲寄存器器作为它它们的接接口.(3)总线控制制器:对各设备备对总线线的使用用进行合合理的分分配和管管理.2/11/202062.

5、总总线的急急用与仲仲裁总线主设设备:对总线有有控制权权.总线从设设备:对总线无无控制权权.总线通信信原则:通信前由由主模块块发请求求;同一时刻刻只允许许一对模模块间通通信;模块同时时使用总总线时,应由总线线控制器器中的判判优和仲仲裁逻辑辑按判优优原则决决定哪个个模块使使用总线线.总线判优优方式:集中式总线控制制逻辑集集中的一一处；分布式总线控制制逻辑分分布在连连接总线线的各部部件或设设备中.2/11/20207集中控制制的三种种常见优优先权仲仲裁方式式(1)链式查询询方式:用3条控制线线进行控控制:BS(总线忙);BR(总线讲求求);BG(总线允许许).特征:将BG串行地从从一部件件(I/O接

6、口)送到下一一个部件件,直到到达达有请求求的部件件为止.优先权位位置:离总线控控制器最最近的部部件具有有最高使使用权,离它越远远,优先权越越低.电路:链式查询询靠接口口的优先先权排队队电路实实现.(2)计数器定定时查询询方式:总线上的的任一设设备要求求使用总总线时,通过BR线发出总总线请求求.中央仲裁裁器接到到请求信信号以后后,在BS线为”0”的情况下下让计数数器开始始计数,计数值通通过一组组地址线线发向各各设备.每个设备备接口都都有一个个设备地地址判别别电路,当地址线线上的计计数值与与请求总总线的设设备地址址相一致致时,该设备置置“1”BS线,获得了总总线使用用权,此时中止止计数查查询。图4

7、.32/11/20208(3)独独立请求求方式工作原原理:每一个共共享总线线的设备备均有一一对总线线请求线线BRi和总线授授权线BGi.当设备要要求使用用总线时时,便发出该该设备的的请求信信号.总线控制制器中的的排队电电路决定定首先响响应哪个个设备的的请求,给设备以以授权信信号BGi。优点：响应时时间快,确定优先先响应的的设备所所花费的的时间少少,用不着一一个设备备接一个个设备地地查询。其次,对优先次次序的控控制相当当灵活，可以预预先固定定也可以以通过程程序来改改变优先先次序;还可以用用屏蔽(禁止)某个请求求的办法法,不响应来来自无效效设备的的请求。三种方方法控制制线数目目的比较较:链式查询询

8、方式只用二根根线。计数器定定时查询询方式大致用2n根线,n是允许接接纳的最最大部件件数。独立请求求方式要用2n根线.2/11/202094.1.3总总线特性性与性能能指标从结构上上,总线由母母线框架架和各部部件的插插板组成成.1.总线特性性(1)机械(物理)特性:指总线的的物理连连接方式式,包括总线线的根数数,总线的插插头、插座的形形状,引脚线的的排列方方式等。(2)电气特性性:定义每一一根线上上信号的的传递方方向及有有效电平平范围.送入CPU的信号叫叫输入信信号(IN),从CPU发出的信信号叫输输出信号号(OUT)。(3)功能特性性:描述总线线中每一一根线的的功能,有DB,AB和CB.(4)

9、时间特性性:定义了每每根线在在什么时时间有效效.规定了总总线上各各信号有有效的时时序关系系,CPU才能正确确无误地地使用。2.总线的性性能指标标:计算机总总线技术术包括通通路控制制性能,使用方法法,仲裁方法法和传输输方式等等.2/11/2020102.总线的性性能指标标(1)总线宽度度:即传送宽宽度,指一次总总线操作作中通过过总线传传送的数数据位数数(bit).常用8.16.32.64等.(2)总线周期期:指一次总总线操作作中所用用的时间间.(3)总线带宽宽(标准传输输率):指总线上上每秒传传输的最最大字节节数,用MB/S表示.带宽计算算公式:Dr=D/T=Df;式中T是时钟周周期T=1/f,

10、D为一个总总线周期期传送的的数据量量.(4)总线工作作的时钟钟频率:总线工作作的频率率越高,带宽越宽宽.(5)多路(分时)复用技术术:即地址和和数据线线共用一一物理线线路.(6)总线控制制方式:含突发传传输,并发工作作,自动配置置,仲裁方式式,逻辑方式式和计数数方式等等.(7)其它:如同步方方式,信号线数数,负载能力力和电源源电压等等.2/11/2020113.总线线的标准准化相同的指指令系统统,相同的功功能,不同厂家家生产的的各功能能部件在在实现方方法上几几乎没有有相同的的,但各厂家家生产的的相同功功能部件件却可以以互换使使用,其原因在在于它们们都遵守守了相同同的系统统总线的的要求,这就是系

11、系统总线线的标准化问问题。(1)即插即用用(plugandplay)功能:简称PnP.即背后设设备只需需简单插插入便可可运行,无需用户户拨动开开关或安安装软件件等.PnP功能主要要取决于于微机的的系统总总线结构构,有的总线线提供较较完善的的功能.2/11/2020124.1.4总总线分类类无统一的的分类方方法,但可从不不同角度度分类:1.按照总线线传递的的内容分分类:地址总线线(AB);数据总线线(DB)和控制总总线(CB).2.按总线所所处位置置分类:(1)片内总线线:位于CPU芯片内部部用于寄寄存器,ALU及各控制制部件间间传输信信号的总总线.(2)片外总线线:位于CPU芯片外部部用于连连

12、接CPU,MM和I/O设备的总总线.3.按总线在在系统中中连接的的主要部部件分类类:存储总线线; DMA总线;系统总线线;设备总线线.2/11/2020134.按系系统中使使用的总总线数量量分类(1)单总线结结构:特点:在许多单单处理器器的计算算机中,使用一条条单一的的系统总总线来连连接CPU、主存和I/O设备,叫做单总总线结构构.即所有的的模块都都挂在同同一组总总线上.优点:连接灵活活,便于扩充充.缺点:因所有信信息公用用一总线线,信息传输输吞吐量量受限制制.(2)双总线结结构:形成以存存储器为为中心的的双总线线结构.优点:保持了单单总线系系统简单单,易于扩充充的优点点,但又在CPU和主存之

13、之间专门门设置了了一组高高速的存存储总线线,使CPU可通过专专用总线线与存储储器交换换信息,并减轻了了系统总总线的负负担,同时主存存仍可通通过系统统总线与与外设之之间实现现DMA操作,而不必经经过CPU.缺点:以增加硬硬件为代代价。2/11/202014(3)三三总线和和多总线线结构结构:它是在双双总线系系统的基基础上增增加DMA总线形成成的,此举是为为了在主主存与高高速设备备(如磁盘)间进行高高速成批批的数据据传送.这种结构构的硬件代价价更大.分级的三三总线结结构:一般用于于I/O设备性能能相差不不大的情情况.四总线结结构:在高速设设备间设设立一条条单独的的高速总总线,见图4.9.2/11/

14、2020154.2几几种系系统总线线标准系统总线线连接同一一台计算算机系统统各部件件的总线线.4.2.1ISA(Industry Standard Architecture,工业标准准体系结结构)总线ISA-8(XT总线)ISA-16(AT总线)ISA-16总线的每每个插槽槽由一个个长槽和和一个短短槽组成成.长槽与XT兼容的62个引脚,每列有31个引脚,编号为A1A31和B1B31;短槽每列列有18个引脚,编号为C1C18和D1D18.引脚定义义见表4.2.4.4.2微通道结结构MCA和EISA1.MCA:1987年由IBM推出PS/2系统时,采用的32位的微机机总线.因采用封封闭策略略,没把

15、技术术公开,且与ISA不兼容.2.EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture,扩充工业业标准体体系结构构)总线32位总线,与ISA完全兼容容.最大数据据传输频频率可达达33Mb/s2/11/2020164.2.3PCI(PeripheralComponent Interconnect)外外设部件件互连总总线PCI总线位于于高速外外设与CPU之间.是由INTEL公司提出出的局部部总线标标准.版本从V1.0,V2.1到V2.2.其中,V2.2的性能:1.性能:位宽总总线线工作频频率最最大带宽宽PCI2.232位3M/66M133/266MB/S(是ISA的3

16、3倍)（主流）64位3M/66M266/533MB/S2.特点:见P159.3.插座形状状和引脚脚:为白色矩矩形插座座.总引线数数120条基本引脚脚50根可选引脚脚51根2/11/2020174.2.4AGP(AcceleratedGraohicPort)总线线AGP总线PCI总线ISA总线1.概述:AGP是一种为为提高视视频带宽宽而设计计的总线线规范.目的是为大大幅度提提高高档档微机处处理图形形(尤其是3D)的能力.2.性能特点点:见P160.3.形状和引引线:褐色插座座,一块主板板只有一一个,只能插显显卡.CPUL2北桥显卡主存(纹纹理数据据)南桥PCI卡卡PCI卡卡ISA卡卡ISA卡卡I

17、SA卡卡CPU总线2/11/2020184.3几几种设设备总线线标准总线技术术是用于连连接部件件或设备备.接口技术术是主机与与某外设设的适配配器,解决两者者间的电压压等级,信号形式式和速度度匹配.不同的接接口是不不通用的的.4.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口口标准1.EIA-RS232(1)概述:RS-232是美国电电子工业业协会EIA于20世纪60年代正式式公布的的串行总总线标准准,也是目前前最常用用的串行行接口标标准.用于实现现计算机机间,计算机与与外设间间的数据据通信.(2)性能指标标:最高传输输速率19.2kb/s;Dmax15m.使用DB-25连接器.主信道:15条

18、,带*者(3)标准接口口信号:共三组辅辅信信道:5条,低速未使用和和备份:5根设备或部部件的连接技技术不全用常用8根2/11/2020194.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口口标准2.RS-449接口标准准(1)概述:是EIA于1977年制定的的串行接接口标准准.于1980年成为美美国标准准.电气标准准由RS-422A或RS-423A定义.(2)机械性能能:规定37和9脚两种接接口连接接器.(3)电气性能能:依据RS-422A(平衡方式式)和RS-423A(非平衡方方式)及RS-485电气标准准.(4)性能指标标:最高传输输速率100kb/s;Dmax2000m.2/11/20

19、20204.3.2IDE接接口与SCSI接口总总线常用硬盘盘和IDE用于微机机。光驱接口口SCSI用于工作作站/服务器或或小型机机。1.IDE和EIDE接口:(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics,集成设备备电子部部件)于1989年被ANSI(美国标准准协会)认可为ATA(Advanced TechnologyAttachment,高级技术术配件),IDE和ATA实际上是是硬盘接接口技术术的不同同描述.最大特点点:是把控制制器集成成到驱动动器内.三点限制制:数据传输率1.5MB/s;最多接2个硬盘;支持的硬硬盘最大大容量为为528MB.2/11/2020214.3

20、.2IDE接接口与SCSI接口总总线(2)EIDE(ATA-2):或称FAST SCSI,它将最高高传输率率提高至至132.8Mb/s,同时引进进了LBA(LogicalBlockArrdess)地址转换换方式,突破了528MB的限制,可支持高高达8.1GB的硬盘.(3)UitraDMA/33/66/100/133:最高传输输率达133Mb/s,硬盘容量量达137GB.2.SCSI(SmallComputerSystem Interface)总线:即小型计计算机系系统接口口,是系统级级基于通道道的接口,其设计思思想来源源于IBM大型机系系统的I/O通道结构构,广泛用于于服务器器和图形形工作站站

21、.可连接硬硬盘,光驱,扫描仪,打印机等等.3.版本:SCSI-15MB/SSCSI-2（FAST SCSI）10MB/SSCSI-2（WIDE SCSI）20MB/SSCSI-3UltraWideSCSI(16位）40MB/S2/11/2020222.SCSI总线SCSI-3UltraWideSCSI(32位）80MB/SSCSI-3Ultra2SCSI(16位）80MB/SSCSI-3Ultra3SCSI Ultra 160/m160MB/S4.主要特性性(1)SCSI是系统级级的标准准输入/出总线接接口由8条数据线线,一条奇偶偶校验线线,9条控制线线组成.使用50芯电缆,以菊花链链形式最最

22、多可连连接8台设备。(2)支持多任任务并行行操作,有总线仲仲裁功能能.(3)可以同步步/异步方式式工作.(4)有两种输输出方式式:单端(Dmax=6m)和差分(Dmax=25m)(5)SCSI设备之间间是一种种对等关关系,而不是主主从关系系. SCSI设备分为为启动设设备(发命令的的设备)和目标设设备(接受并响响应命令令的设备备),它们用高高级命令令通信,方便,灵活.2/11/2020234.3.3USB(UniversalSerialBus)总线1.概述:USB总线由IBM,Intel,Microsoft等7家公司联联合开发发,版本由USB0.9(1995年)USB1.1(1998年)USB

23、2.0USB1.1与USB2.0的性能比比较2.特点:(1)使用方便便,可连多个个 设备备,且热插拔拔.软件可自自动启动动.不涉及IRQ冲突.(2)速度快,可高达480Mb/s.(3)连接灵活活,用HUB可最多可可连127个.(4)独立供电电(5)支持多媒媒体版本速率Mb/s接点数接点间距离/m拓扑结构支持系统支持特性信号线数USB 1.1USB 2.01248012712755星形星形W95以上,OS/2W98以上PnP,热插拔PnP,热插拔4/94/92/11/2020243.拓扑扑结构存在问题题:理论上能能连127个设备,实际只能能连34个.串联时,会出现电电力不足足的问题题.3.拓扑结构构:主控器具具有根集集线器功功能,具有24个USB端口,采用”级联”方式连接接.最大串接接能力为为5个HUB级联,最长扩展展连接能能力为30m.4.USB的接口接接头USB用矩形插插座和插插头,有4针和9针两种.目前常用用4针.其中:引脚1+5V电源引脚脚。引脚2数据输入入/数据同步步引脚RD。引脚3信号接地地引脚GND。引脚4数据输出出/时钟同步步引脚TD。2/11/2020255.USB系统统总线结结构客户驱动动程序:与特定USB设备通信信,由USB设备商或或作为操作系系统一部部分提供供.USB驱动程序序:作为OS中支持USB设备的驱驱动程序序.通