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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線的集合，是計算機中多個功能部件間進行信息傳送的公共通路。計算機的生命力就在于其信息的流動性，而計算機中信息的流動正是借助于總線實現(xiàn)的，因此總線對計算機系統(tǒng)來說是至關重要的。分時與共享是總線的基本特征。分時是指在某一時刻，只允許連接在總線上的各部件中的一個將信息送上總線；共享則是指連接在總線上的各部件都可使用總線進行信息傳送。為了能夠實現(xiàn)分時與共享，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，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、數據總線和控制總線。3.電氣特性定義每一根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍。輸入輸出的判別標準是以CPU為標準。4.時間特性定義每根線在什么時間有效。6.1.3總線的分類從不同的角度，可對總線做不同的分類。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芯片內總線：指連接芯片內各部件的總線。例如CPU芯片內部連接運算器、寄存器等部件的總線。②系統(tǒng)總線：指一個計算機系統(tǒng)內連接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。③I/O總線：指I
3、/O設備之間的連接總線。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方向傳送。②雙向總線：總線上的信息可沿兩個方向傳送。按時序控制方式，可將總線分為：①同步總線：同步總線設置有統(tǒng)一的時鐘信號，總線上的各部件均遵循這個統(tǒng)一的時鐘信號，每一次數據傳送均占有確定數目的時鐘周期。②異步總線：異步總線沒有設置統(tǒng)一的時鐘信號，總線上的各部件均有各自的時間標準，在進行數據傳送時，收發(fā)雙方采用應答信號來進行時間同步。按數據傳送格式，可將總線分為：①串行總線：串行總線中的數據線只有一根，一次只能傳送一位數據。數據只能逐位串行地傳送，如要傳送8位數據，則必須將8位數據按順序
4、逐一通過總線傳送。串行總線適用于遠距離傳送。②并行總線：并行總線中的數據線有多根，可同時傳送多位數據。通常其可同時傳送的數據位數是字節(jié)的倍數，該位數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，就是指其可同時傳送的數據位數分別是8位、16位、32位及64位。并行總線適用于近距離傳送。6.1.4總線的標準化隨著計算機技術的發(fā)展與計算機應用的普及，總線的標準化就顯得日益重要。有了總線標準，不同廠家生產的相同功能部件，雖然實現(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；有了總線標準，也可大大簡化系統(tǒng)設計，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護性。制訂總線標
5、準的關鍵是要保證連接部件能夠互連和協(xié)調工作。總線標準通常是以兩種方式推出的：一種是某公司在開發(fā)自己的系統(tǒng)時采用的總線標準，被其它廠家所接受，而成為大家共同遵循的標準，即實際的工業(yè)界標準；另一種是由國際權威機構或多家大公司聯(lián)合制訂的標準。IEEE就是從事總線標準制訂工作的權威機構。PC機中的標準總線從ISA到VESA，再到PCI。6.1.5總線的性能指標總線的性能指標主要包括：①總線寬度：指可同時傳送的數據位數，即數據總線的寬度，這一指標主要是針對并行總線。②尋址能力：指地址總線的位數，即由地址總線所能直接尋址的存儲空間大小。這一指標主要是針對系統(tǒng)總線。③總線周期：總線傳送一
6、次數據所需的時間，它的倒數即為總線頻率。④總線帶寬：又稱為總線傳輸率，指單位時間內總線可以傳送的數據總量，單位為MB/S。⑤總線負載能力：指總線上所能連接的設備數。例：某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數據。假設一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為33MHz，求總線帶寬是多少？若一個總線周期中并行傳送64位數據，總線時鐘頻率升為66MHz，求總線帶寬。6.1.6單機系統(tǒng)中的總線結構在計算機系統(tǒng)中，計算機的各功能部件是通過總線進行連接的，各功能部件如何通過總線進行連接，即為總線結構問題，不同的總線結構將導致計算機系統(tǒng)的性能不同。單機系統(tǒng)中有兩種基本的總線結構
7、。①單總線結構單總線結構就是使用一條系統(tǒng)總線來連接CPU、主存及I/O接口。在這種結構中，總線上的任意兩個功能部件之間都可以進行數據傳輸，總線控制簡單，系統(tǒng)易于擴展，但由于所有的數據傳輸都必須通過唯一的通路，所以數據流量受到很大限制，系統(tǒng)速度較慢。②雙總線結構雙總線結構是在單總線結構的基礎上增加了一條高速存儲總線，以連接CPU與主存。這種結構保持了單總線系統(tǒng)控制簡單，易于擴展的優(yōu)點，同時又減輕了系統(tǒng)總線的負擔。由于CPU要不斷地從主存取指令、取數據，CPU與主存之間的數據流量較大，因此在CPU與主存之間設立單獨的高
