第8章 系統(tǒng)總線.doc

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1、第8章系統(tǒng)總線在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，無(wú)論是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間，還是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間，地址、數(shù)據(jù)、控制信息的傳送都是通過(guò)總線進(jìn)行的，總線是信息傳送的公共通路。因此，總線也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。本章介紹系統(tǒng)總線，包括系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，總線的控制和通信方式，信息在總線中的傳送方式，微型機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)，以及常用總線舉例。8.1總線概述8.1.1總線原理總線，也叫母線，是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部件和裝置的線路，它是一個(gè)或多個(gè)信息源傳送信息到多個(gè)目的地的數(shù)通路。每一位二進(jìn)制數(shù)碼由總線中的一根線來(lái)傳送，我們稱為1位總線。每1位總線都有若

2、干發(fā)送端和接收端。在發(fā)送端和接收端都設(shè)有控制門，分別叫做發(fā)送門和接收門。1位總線傳輸數(shù)據(jù)的示意圖如下圖所示。圖中發(fā)送端有3個(gè)發(fā)送門A、B、C，接收端有3個(gè)接收門D、E、F，數(shù)據(jù)可從發(fā)送端的任一個(gè)發(fā)送門發(fā)出，可被接收端的一個(gè)或幾個(gè)接收門接收。同一時(shí)刻總線只能傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，否則總線輸出要發(fā)生混亂。因此，在發(fā)送端應(yīng)設(shè)有判優(yōu)或仲裁邏輯，當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)在發(fā)送端要求發(fā)送時(shí)，由判優(yōu)或仲裁邏輯選擇一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送出去，以保證傳送的正確性。在上圖中，發(fā)送端的A、B、C的3個(gè)發(fā)送門中，同一時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送門打開(kāi)，不能同時(shí)打開(kāi)兩個(gè)以上的發(fā)送門，這叫做發(fā)

3、送端的分時(shí)性。而接收端沒(méi)有上述限制，也即可以同時(shí)打開(kāi)幾個(gè)門。如某一時(shí)刻，若端口A作為發(fā)送端，則作為接收端的D、E、F這3個(gè)門可以同時(shí)接收到從A發(fā)送門所傳送的數(shù)據(jù)，B和C這兩個(gè)端口也可以作為接收端接收到從A發(fā)送門所傳送的數(shù)據(jù)——1位二進(jìn)制數(shù)碼。8.1.2總線結(jié)構(gòu)類型⒈單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)是用一組總線連接整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各大功能部件，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有設(shè)備都掛在這條總線上，各大部件之間的所有的信息傳送都通過(guò)這組總線。如下圖所示。單總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)⑴所有連接到單總線上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部件都共享同一地址空間。I/O設(shè)備地址都采取存儲(chǔ)器映射方

4、式編址，因而指令系統(tǒng)中沒(méi)有輸入輸出指令，任何訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令都可以訪問(wèn)連接到總線上的任何設(shè)備。⑵單總線采用異步通信方式，其傳輸速率只與設(shè)備固有速率有關(guān)，而與總線上其它子系統(tǒng)、總線的物理長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。⑶單總線不僅用在處理器級(jí)部件間互連，而且也可以用于各單元部件之間的連接。它們都具有標(biāo)準(zhǔn)總線的接口。⑷與總線連接的所有部件是互相獨(dú)立的，這種總線結(jié)構(gòu)便于系統(tǒng)部件的擴(kuò)充。⒉雙總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)的缺陷是系統(tǒng)效率和連接到總線上的各設(shè)備的利用率不高。為了克服這一缺陷，在有些小型機(jī)和大、中型機(jī)中，讓I/O總線與內(nèi)存總線分開(kāi)，形成了雙總線結(jié)構(gòu)。這種

5、總線結(jié)構(gòu)有兩條總線，一條是內(nèi)存總線，用于CPU、內(nèi)存和通道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；另一條是I/O總線，用于多個(gè)外圍設(shè)備與通道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在雙總線結(jié)構(gòu)中，通道是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)獨(dú)立部件，使CPU的效率大為提高，并可以實(shí)現(xiàn)形式多樣而更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳送。雙總線的優(yōu)點(diǎn)是以增加通道這一設(shè)備為代價(jià)的，通道實(shí)際上是一臺(tái)具有特殊功能的處理器，所以雙總線通常在大、中型計(jì)算機(jī)中采用。⒊三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)是基于上述思想，在CPU和主存之間設(shè)置了一條獨(dú)立總線，以進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)的效率。這種總線結(jié)構(gòu)是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件之間采用三條各自獨(dú)立

6、的總線來(lái)構(gòu)成信息通路。這三條總線是：內(nèi)存總線，輸入/輸出（I/O）總線和內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）總線。內(nèi)存總線用于CPU和內(nèi)存之間傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息；I/O總線供CPU和各類外設(shè)之間的通信；DMA總線使內(nèi)存和高速外設(shè)之間能夠直接傳送數(shù)據(jù)。若再把不同速率的外部設(shè)備分類連接建立多條總線，則就是多總線結(jié)構(gòu)了。8.1.3總線的分類⒈數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線根據(jù)總線所傳輸?shù)男畔?nèi)容的不同，總線可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。2.片級(jí)總線、內(nèi)部總線和外部總線根據(jù)總線在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所處的位置不同，總線又有片級(jí)總線、內(nèi)部總線和外部總

7、線之分。片級(jí)總線是指微處理器芯片內(nèi)各部件的連接總線，內(nèi)部總線則是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部分之間的連接總線，內(nèi)部總線也可稱為系統(tǒng)總線或板級(jí)總線；外部總線則是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間互聯(lián)的總線，通常稱為通信總線。通常所討論的總線是后面兩種。⒊并行總線和串行總線⑴并行總線：是指一次能同時(shí)傳送多個(gè)二進(jìn)制數(shù)位的總線。并行總線根據(jù)其數(shù)據(jù)總線所傳送的二進(jìn)制位數(shù)又可以分為8位總線、16位總線、32位總線和64位總線。⑵串行總線：是指二進(jìn)制數(shù)的各位在一條線上是一位一位傳送的。串行總線的傳輸速度比并行總線慢。CRT、電傳打字機(jī)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集設(shè)備等都采用串行傳

8、送方式。⒋單向總線和雙向總線⑴單向總線：數(shù)據(jù)只能朝一個(gè)方向傳送的總線。典型的單向總線是地址總線，單向總線僅有一個(gè)固定的發(fā)送門，接收門可以有多個(gè)，如下圖所示（圖示的發(fā)送門有3個(gè)信號(hào)源）。⑵雙向總線：數(shù)據(jù)可以朝兩個(gè)方向傳送的總線，典型的雙向總線是數(shù)據(jù)總線，而控制總線的某些位是單向的，另一些位則