计算机组成原理 第3章 总线

第三章系统总线3.1总线的基本概念3.2总线的分类3.3总线特性及性能指标3.4总线结构3.5总线控制3.1总线的基本概念一、什么是总线二、总线上信息的传送总线是连接各个部件的信息传输线是各个部件共享的传输介质串行并行三、总线结构计算机举例1.面向CPU的双总线结构框图中央处理器CPUI/O总线M总线3.1主存储器

M.MI/O接口

外部设备1

外部设备2……I/O接口I/O接口

外部设备n单总线（系统总线）2.单总线结构框图CPUM.MI/O接口

外部设备1

外部设备2I/O接口…

外部设备nI/O接口…3.13.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线M.MCPUI/O接口

外部设备1…

外部设备nI/O接口…存储总线3.13.2总线的分类1.片内总线2.系统总线芯片内部的总线数据总线地址总线控制总线双向与机器字长、存储字长有关单向与存储地址、I/O地址有关有出有入计算机各部件之间的信息传输线存储器读、存储器写总线允许、中断确认中断请求、总线请求3.通信总线串行通信总线并行通信总线传输方式3.2用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信3.3总线特性及性能指标CPU

插件板M.M

插件板I/O插件板一、总线物理实现BUS1.机械特性2.电气特性3.功能特性4.时间特性二、总线特性尺寸形状传输方向和有效的电平范围每根传输线的功能信号的时序

关系3.3地址数据控制三、总线的性能指标1.总线宽度2.标准传输率3.时钟同步/异步4.总线复用5.信号线数6.总线控制方式7.其他指标数据线的根数每秒传输的最大字节数（MB／s）同步、不同步地址线

与数据线复用地址线、数据线和控制线的总和负载能力并发、自动、仲裁、逻辑、计数3.3ISAEISAVL-BUSPCI模块系统总线标准四、总线标准系统模块3.3标准界面3.4总线结构一、单总线结构单总线（系统总线）CPUM.MI/O接口

外部设备1

外部设备2I/O接口…

外部设备nI/O接口…1.双总线结构具有特殊功能的处理器由通道对I/O统一管理通道I/O接口设备n

……I/O接口设备0

CPU主存主存总线I/O总线二、多总线结构3.42.三总线结构主存总线DMA总线I/O总线CPU

主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口……3.43.三总线结构的又一形式3.4局域网系统总线CPUCache局部总线扩展总线接口扩展总线Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存4.四总线结构主存扩展总线接口局域网SCSI多媒体CPU调制解调器串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥3.41.传统微型机总线结构三、总线结构举例存储器SCSIII控制器主存控制器ISAEISA8MHz16位数据通路标准总线控制器33MHz32位数据通路系统总线调制解调器多媒体高速局域网高性能图形CPU…3.42.VL-BUS局部总线结构33MHz的32位数据通路系统总线ISAEISA多媒体高速局域网高性能图形调制解调器图文传真8MHz的16位数据通路标准总线控制器CPU主存控制器存储器局部总线控制器

SCSIⅡ控制器VLBUS……3.43.PCI总线结构CPU多媒体PCI桥高速局域网高性能图形调制解调器图文传真PCI总线系统总线33MHz的32位数据通路8MHz的16位数据通路ISAEISA标准总线控制器SCSIⅡ

控制器存储器3.44.多层PCI总线结构PCI总线2存储器桥0桥4PCI设备桥5总线桥桥3桥1设备桥2第一级桥第二级桥第三级桥PCI总线4PCI总线5PCI总线3PCI总线1PCI总线0存储器总线

标准总线CPU3.43.5总线控制一、总线判优控制总线判优控制分布式集中式主设备(模块)对总线有控制权从设备(模块)响应

从主设备发来的总线命令1.基本概念链式查询计数器定时查询独立请求方式2.链式查询方式总线控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG数据线地址线BS

-总线忙BR-总线请求BG-总线同意3.5I/O接口10BS

-总线忙BR-总线请求总线控制部件数据线地址线I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n设备地址3.计数器定时查询方式I/O接口13.5计数器设备地址

1排队器排队器4.独立请求方式总线控制部件数据线地址线I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意BR-总线请求3.5链式查询方式：优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。缺点：对询问链的电路故障很敏感，优先级固定。计数器定时方式：计数器的初值也可用程序来设置，这可以方便地改变优先次序，但这种灵活性是以增加线数为代价的。可方便的改变优先级。独立请求方式：优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少。对优先次序的控制也是相当灵活的。三种总线判优方式的比较二、总线通信控制1.目的2.总线传输周期主模块申请，总线仲裁决定主模块向从模块给出地址和命令主模块和从模块交换数据主模块撤销有关信息申请分配阶段寻址阶段传数阶段结束阶段解决通信双方协调配合问题3.5由统一时标

控制数据传送充分挖掘

系统总线每瞬间的潜力同步通信异步通信

半同步通信

分离式通信

3.总线通信的四种方式采用应答方式，没有公共时钟标准同步、异步结合3.5(1)同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

读命令数据3.5(2)同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

写命令数据3.5同步定时的特点：（1）由于采用统一时钟定时，具有较高的数据传输率。（2）必