系統(tǒng)總線課件.ppt

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1、第六章總線系統(tǒng)6.1總線概述6.1.1總線的基本概念總線是若干信號(hào)線的集合，是計(jì)算機(jī)中多個(gè)功能部件間進(jìn)行信息傳送的公共通路。計(jì)算機(jī)的生命力就在于其信息的流動(dòng)性，而計(jì)算機(jī)中信息的流動(dòng)正是借助于總線實(shí)現(xiàn)的，因此總線對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。分時(shí)與共享是總線的基本特征。分時(shí)是指在某一時(shí)刻，只允許連接在總線上的各部件中的一個(gè)將信息送上總線；共享則是指連接在總線上的各部件都可使用總線進(jìn)行信息傳送。為了能夠?qū)崿F(xiàn)分時(shí)與共享，總線上的各部件都是以三態(tài)邏輯門電路與總線進(jìn)行連接，三態(tài)邏輯門電路是總線的基本接口。6.1.2總線的特性1.物理特性指總線的物理連接方式，包括總線的根數(shù)，總線的插頭

2、、插座形狀，引腳線的排列方式等。2.功能特性描述總線中每一根線的功能。從功能上看，總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。3.電氣特性定義每一根線上信號(hào)的傳遞方向及有效電平范圍。輸入輸出的判別標(biāo)準(zhǔn)是以CPU為標(biāo)準(zhǔn)。4.時(shí)間特性定義每根線在什么時(shí)間有效。6.1.3總線的分類從不同的角度，可對(duì)總線做不同的分類。這里給出幾種常用的分類方法。按總線連接的部件，可將總線分為：①芯片內(nèi)總線：指連接芯片內(nèi)各部件的總線。例如CPU芯片內(nèi)部連接運(yùn)算器、寄存器等部件的總線。②系統(tǒng)總線：指一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接CPU、主存、I/O接口等部件的總線。這種總線是我們這一章要討論的重點(diǎn)。③I/O總線：指I

3、/O設(shè)備之間的連接總線。按信息傳送方向，可將總線分為：①單向總線：總線上的信息只能沿一個(gè)方向傳送。②雙向總線：總線上的信息可沿兩個(gè)方向傳送。按時(shí)序控制方式，可將總線分為：①同步總線：同步總線設(shè)置有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，總線上的各部件均遵循這個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，每一次數(shù)據(jù)傳送均占有確定數(shù)目的時(shí)鐘周期。②異步總線：異步總線沒(méi)有設(shè)置統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，總線上的各部件均有各自的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，收發(fā)雙方采用應(yīng)答信號(hào)來(lái)進(jìn)行時(shí)間同步。按數(shù)據(jù)傳送格式，可將總線分為：①串行總線：串行總線中的數(shù)據(jù)線只有一根，一次只能傳送一位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)只能逐位串行地傳送，如要傳送8位數(shù)據(jù)，則必須將8位數(shù)據(jù)按順序

4、逐一通過(guò)總線傳送。串行總線適用于遠(yuǎn)距離傳送。②并行總線：并行總線中的數(shù)據(jù)線有多根，可同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)。通常其可同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)是字節(jié)的倍數(shù)，該位數(shù)又被稱為總線的寬度，如8位總線、16位總線、32位總線及64位總線，就是指其可同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)分別是8位、16位、32位及64位。并行總線適用于近距離傳送。6.1.4總線的標(biāo)準(zhǔn)化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，總線的標(biāo)準(zhǔn)化就顯得日益重要。有了總線標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家生產(chǎn)的相同功能部件，雖然實(shí)現(xiàn)方法各不相同，但卻可以互換使用，這就為用戶提供了多樣的選擇；有了總線標(biāo)準(zhǔn)，也可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。制訂總線標(biāo)

5、準(zhǔn)的關(guān)鍵是要保證連接部件能夠互連和協(xié)調(diào)工作?？偩€標(biāo)準(zhǔn)通常是以兩種方式推出的：一種是某公司在開(kāi)發(fā)自己的系統(tǒng)時(shí)采用的總線標(biāo)準(zhǔn)，被其它廠家所接受，而成為大家共同遵循的標(biāo)準(zhǔn)，即實(shí)際的工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)；另一種是由國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)或多家大公司聯(lián)合制訂的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE就是從事總線標(biāo)準(zhǔn)制訂工作的權(quán)威機(jī)構(gòu)。PC機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)總線從ISA到VESA，再到PCI。6.1.5總線的性能指標(biāo)總線的性能指標(biāo)主要包括：①總線寬度：指可同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，即數(shù)據(jù)總線的寬度，這一指標(biāo)主要是針對(duì)并行總線。②尋址能力：指地址總線的位數(shù)，即由地址總線所能直接尋址的存儲(chǔ)空間大小。這一指標(biāo)主要是針對(duì)系統(tǒng)總線。③總線周期：總線傳送一

6、次數(shù)據(jù)所需的時(shí)間，它的倒數(shù)即為總線頻率。④總線帶寬：又稱為總線傳輸率，指單位時(shí)間內(nèi)總線可以傳送的數(shù)據(jù)總量，單位為MB/S。⑤總線負(fù)載能力：指總線上所能連接的設(shè)備數(shù)。例：某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為33MHz，求總線帶寬是多少？若一個(gè)總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為66MHz，求總線帶寬。6.1.6單機(jī)系統(tǒng)中的總線結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的各功能部件是通過(guò)總線進(jìn)行連接的，各功能部件如何通過(guò)總線進(jìn)行連接，即為總線結(jié)構(gòu)問(wèn)題，不同的總線結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能不同。單機(jī)系統(tǒng)中有兩種基本的總線結(jié)構(gòu)

7、。①單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)就是使用一條系統(tǒng)總線來(lái)連接CPU、主存及I/O接口。在這種結(jié)構(gòu)中，總線上的任意兩個(gè)功能部件之間都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，總線控制簡(jiǎn)單，系統(tǒng)易于擴(kuò)展，但由于所有的數(shù)據(jù)傳輸都必須通過(guò)唯一的通路，所以數(shù)據(jù)流量受到很大限制，系統(tǒng)速度較慢。②雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)是在單總線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一條高速存儲(chǔ)總線，以連接CPU與主存。這種結(jié)構(gòu)保持了單總線系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)。由于CPU要不斷地從主存取指令、取數(shù)據(jù)，CPU與主存之間的數(shù)據(jù)流量較大，因此在CPU與主存之間設(shè)立單獨(dú)的高