第 7 章 總線技術(shù)

1、2022-3-7 2012 第8版1第第 7 7 章章 總線技術(shù)總線技術(shù) 2022-3-72本章學(xué)習(xí)內(nèi)容 總線的組成與結(jié)構(gòu)總線的組成與結(jié)構(gòu) 總線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)總線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 總線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 常見的總線常見的總線 2022-3-737.1 7.1 總線概述總線概述 總線作為計(jì)算機(jī)傳送信息的通道，是連接總線作為計(jì)算機(jī)傳送信息的通道，是連接各個(gè)功能部件的紐帶。各個(gè)功能部件的紐帶。 總線由多條通信線路（或線纜）組成?？偩€由多條通信線路（或線纜）組成。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常包含許多不同種類的總計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常包含許多不同種類的總線，它們?cè)诓煌瑢哟紊蠟橛?jì)算機(jī)組件之間線，它們?cè)诓煌瑢哟紊蠟橛?jì)算

2、機(jī)組件之間提供通信通路。提供通信通路。2022-3-747.1.1 7.1.1 采用總線實(shí)現(xiàn)互連的優(yōu)勢(shì)采用總線實(shí)現(xiàn)互連的優(yōu)勢(shì) 減少各個(gè)部件之間的連線數(shù)量減少各個(gè)部件之間的連線數(shù)量 方便系統(tǒng)構(gòu)建方便系統(tǒng)構(gòu)建 擴(kuò)充系統(tǒng)性能擴(kuò)充系統(tǒng)性能 便于產(chǎn)品更新?lián)Q代便于產(chǎn)品更新?lián)Q代 2022-3-757.1.2 7.1.2 總線的分類總線的分類 按總線所承擔(dān)的任務(wù)按總線所承擔(dān)的任務(wù) 內(nèi)部總線內(nèi)部總線 外部總線外部總線 按總線所處的物理位置按總線所處的物理位置 （芯）片內(nèi)總線（芯）片內(nèi)總線 功能模塊（板）內(nèi)總線功能模塊（板）內(nèi)總線 功能模塊（板）間總線（即通常說的系統(tǒng)總線）功能模塊（板）間總線（即通常說的系統(tǒng)總線

3、） 外部總線外部總線 2022-3-76 按總線所傳送的信息類型按總線所傳送的信息類型 地址總線地址總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 控制總線控制總線 按總線一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)按總線一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù) 串行總線串行總線 并行總線并行總線 按總線操作的定時(shí)方式按總線操作的定時(shí)方式 同步總線同步總線 異步總線異步總線 2022-3-777.1.3 7.1.3 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn) 1. 1. 邏輯規(guī)范邏輯規(guī)范 引腳信號(hào)的功能描述。包括信號(hào)的含義、信號(hào)引腳信號(hào)的功能描述。包括信號(hào)的含義、信號(hào)的傳送方向（發(fā)送、接收或雙向）、有效信號(hào)的傳送方向（發(fā)送、接收或雙向）、有效信號(hào)所采用的電平極性（高電平所采用的電平極性（高

4、電平/低電平，正脈沖低電平，正脈沖/負(fù)脈沖）及是否具有三態(tài)能力等。負(fù)脈沖）及是否具有三態(tài)能力等。 2022-3-78 2. 2. 時(shí)序規(guī)范時(shí)序規(guī)范 描述各信號(hào)有效描述各信號(hào)有效/無效的發(fā)生時(shí)間以及不同信號(hào)無效的發(fā)生時(shí)間以及不同信號(hào)之間相互配合的時(shí)間關(guān)系。之間相互配合的時(shí)間關(guān)系。 例如當(dāng)?shù)刂沸盘?hào)有效后，至少需要多長(zhǎng)時(shí)間的延例如當(dāng)?shù)刂沸盘?hào)有效后，至少需要多長(zhǎng)時(shí)間的延遲才能使讀遲才能使讀/寫信號(hào)有效。寫信號(hào)有效。 3.3.電器規(guī)范電器規(guī)范 總線上各個(gè)信號(hào)所采用的電平標(biāo)準(zhǔn)（例如總線上各個(gè)信號(hào)所采用的電平標(biāo)準(zhǔn)（例如1.5V1.5V電電平、平、3V3V電平等）和負(fù)載能力。電平等）和負(fù)載能力。 負(fù)載能力定義

5、了總線理論上最多可以連接模塊的負(fù)載能力定義了總線理論上最多可以連接模塊的數(shù)量。數(shù)量。 2022-3-79 4. 4. 機(jī)械規(guī)范機(jī)械規(guī)范 定義總線包括插槽定義總線包括插槽/ /插頭或插板的結(jié)構(gòu)、形狀、插頭或插板的結(jié)構(gòu)、形狀、大小方面的物理尺寸、接插件機(jī)械強(qiáng)度；總線大小方面的物理尺寸、接插件機(jī)械強(qiáng)度；總線信號(hào)的布局、引腳信號(hào)的長(zhǎng)度、寬度以及間距信號(hào)的布局、引腳信號(hào)的長(zhǎng)度、寬度以及間距等。等。 5. 5. 通信協(xié)議通信協(xié)議 定義數(shù)據(jù)通過總線傳輸時(shí)采用的連接方法、數(shù)定義數(shù)據(jù)通過總線傳輸時(shí)采用的連接方法、數(shù)據(jù)格式、發(fā)送速度等方面的規(guī)定。據(jù)格式、發(fā)送速度等方面的規(guī)定。 通常，串行總線必須規(guī)定通訊協(xié)議規(guī)范。

6、通常，串行總線必須規(guī)定通訊協(xié)議規(guī)范。 通訊協(xié)議通常還要分為若干層次。通訊協(xié)議通常還要分為若干層次。 2022-3-710制定總線標(biāo)準(zhǔn)制定總線標(biāo)準(zhǔn)/ /規(guī)范的兩種途徑規(guī)范的兩種途徑 由具有權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)化組織（如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)由具有權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)化組織（如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織化組織ISOISO、電氣電子工程師協(xié)會(huì)、電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEEEIEEEE、美國(guó)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ANSIANSI等）制定并推薦使用。等）制定并推薦使用。 由某個(gè)或某幾個(gè)在業(yè)界具有影響力的設(shè)備由某個(gè)或某幾個(gè)在業(yè)界具有影響力的設(shè)備制造商提出，然后又被業(yè)內(nèi)其他廠家認(rèn)可并廣制造商提出，然后又被業(yè)內(nèi)其他廠家認(rèn)可并廣泛使用。即所謂事實(shí)

7、標(biāo)準(zhǔn)。泛使用。即所謂事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。 事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)有可能作為沒有經(jīng)過正式、嚴(yán)格定義事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)有可能作為沒有經(jīng)過正式、嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)在業(yè)內(nèi)使用；也有可能經(jīng)過一段時(shí)間的的標(biāo)準(zhǔn)在業(yè)內(nèi)使用；也有可能經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，被廠商提交給有關(guān)組織討論而最終被使用后，被廠商提交給有關(guān)組織討論而最終被確定為正式標(biāo)準(zhǔn)。確定為正式標(biāo)準(zhǔn)。 2022-3-7117.1.4 7.1.4 總線的性能總線的性能 1. 1. 總線帶寬總線帶寬 單位時(shí)間內(nèi)總線所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。一般用單位時(shí)間內(nèi)總線所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。一般用兆字節(jié)兆字節(jié)/ /秒（秒（MB/sMB/s）來表示。）來表示。 2. 2. 總線寬度總線寬度 一個(gè)總線所設(shè)置的通信

8、線路（或線纜）的數(shù)一個(gè)總線所設(shè)置的通信線路（或線纜）的數(shù)目稱為該目稱為該總線的寬度總線的寬度。 數(shù)據(jù)總線寬度數(shù)據(jù)總線寬度 數(shù)據(jù)總線的寬度決定了一個(gè)總線內(nèi)設(shè)置的用于傳數(shù)據(jù)總線的寬度決定了一個(gè)總線內(nèi)設(shè)置的用于傳送數(shù)據(jù)的信號(hào)線的數(shù)目。送數(shù)據(jù)的信號(hào)線的數(shù)目。 數(shù)據(jù)總線的寬度決定了一次可以同時(shí)傳送的二進(jìn)數(shù)據(jù)總線的寬度決定了一次可以同時(shí)傳送的二進(jìn)制信息的位數(shù)。數(shù)據(jù)總線的寬度是決定計(jì)算機(jī)系制信息的位數(shù)。數(shù)據(jù)總線的寬度是決定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵特性。統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵特性。2022-3-712 地址總線的寬度地址總線的寬度 地址總線的寬度決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的尋址能力。地址總線的寬度決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的尋址能力。

9、 3. 3. 總線的時(shí)鐘頻率總線的時(shí)鐘頻率 對(duì)于同步總線來說，由于采用統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖對(duì)于同步總線來說，由于采用統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖作為定時(shí)基準(zhǔn)，因此總線的時(shí)鐘頻率越高，總作為定時(shí)基準(zhǔn)，因此總線的時(shí)鐘頻率越高，總線上的操作就越快。顯然，在數(shù)據(jù)總線寬度相線上的操作就越快。顯然，在數(shù)據(jù)總線寬度相同的情況下，較高的總線時(shí)鐘頻率，會(huì)帶來較同的情況下，較高的總線時(shí)鐘頻率，會(huì)帶來較大的數(shù)據(jù)吞吐量。大的數(shù)據(jù)吞吐量。 4. 4. 總線的負(fù)載能力總線的負(fù)載能力 限定在總線上可以連接模塊的最大數(shù)目。限定在總線上可以連接模塊的最大數(shù)目。 2022-3-7137.2 7.2 總線的組成與結(jié)構(gòu)總線的組成與結(jié)構(gòu) 7.2.1 7.

10、2.1 總線的組成總線的組成 1. 1. 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 雙向傳輸。雙向傳輸。 數(shù)據(jù)線的數(shù)目一般與計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)相同（當(dāng)數(shù)據(jù)線的數(shù)目一般與計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)相同（當(dāng)然也可以不同）；然也可以不同）； 采用具有三態(tài)采用具有三態(tài)能力的電路。能力的電路。 2022-3-7142. 2. 地址總線地址總線 地址總線地址總線 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 單向傳輸；單向傳輸； 地址線的數(shù)目決定尋址能力的大小。地址線的數(shù)目決定尋址能力的大小。2022-3-7153. 3. 控制總線控制總線 控制總線控制總線 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 單向傳輸；單向傳輸； 控制線的類型和數(shù)目取決于總線類型?？刂凭€的類型和數(shù)目取決于總線類型。 202

11、2-3-716典型的控制信號(hào)線典型的控制信號(hào)線 存儲(chǔ)器讀信號(hào)存儲(chǔ)器讀信號(hào) 存儲(chǔ)器寫信號(hào)存儲(chǔ)器寫信號(hào) I/OI/O讀信號(hào)讀信號(hào) I/OI/O寫信號(hào)寫信號(hào) 傳輸應(yīng)答信號(hào)（傳輸應(yīng)答信號(hào)（ACKACK） 總線請(qǐng)求信號(hào)總線請(qǐng)求信號(hào) 總線授予（回答）信號(hào)總線授予（回答）信號(hào) 中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷請(qǐng)求信號(hào) 中斷應(yīng)答信號(hào)中斷應(yīng)答信號(hào) 時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘信號(hào) 復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào) 2022-3-717總線互聯(lián)機(jī)制總線互聯(lián)機(jī)制存儲(chǔ)模塊1存儲(chǔ)模塊nI/O模塊1CPUI/O模塊n.地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線2022-3-718總線的使用規(guī)則總線的使用規(guī)則 發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線的使用規(guī)則：時(shí)，總線的使用規(guī)則： 獲得總線；獲得總線；

12、 通過總線傳送數(shù)據(jù)。通過總線傳送數(shù)據(jù)。 接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)時(shí)，總線的使用規(guī)則：時(shí)，總線的使用規(guī)則： 獲得總線；獲得總線； 通過向控制總線和地址總線傳送適當(dāng)?shù)耐ㄟ^向控制總線和地址總線傳送適當(dāng)?shù)目刂坪偷刂沸盘?hào)，向其它功能模塊發(fā)送傳送數(shù)控制和地址信號(hào)，向其它功能模塊發(fā)送傳送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，然后等待其它功能模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。據(jù)的請(qǐng)求，然后等待其它功能模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。2022-3-7194. 4. 總線控制器總線控制器 總線控制器負(fù)責(zé)控制和分配總線的使用。總線控制器負(fù)責(zé)控制和分配總線的使用。 總線控制器的功能：總線控制器的功能： 總線系統(tǒng)的資源分配與管理總線系統(tǒng)的資源分配與管理 負(fù)責(zé)向使用總線的功能模塊分配中斷向量

13、號(hào)、負(fù)責(zé)向使用總線的功能模塊分配中斷向量號(hào)、DMADMA通道號(hào)及通道號(hào)及I/OI/O端口地址。端口地址。 提供總線定時(shí)信號(hào)脈沖提供總線定時(shí)信號(hào)脈沖 負(fù)責(zé)總線使用權(quán)的仲裁負(fù)責(zé)總線使用權(quán)的仲裁 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換和不同總線負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換和不同總線之間傳輸數(shù)據(jù)的緩沖之間傳輸數(shù)據(jù)的緩沖2022-3-7205. 5. 總線上的設(shè)備分類總線上的設(shè)備分類 按邏輯功能分按邏輯功能分 總線主設(shè)備總線主設(shè)備：總線操作的發(fā)起者，負(fù)責(zé)全面總線操作的發(fā)起者，負(fù)責(zé)全面的總線控制。的總線控制。 總線從設(shè)備總線從設(shè)備：總線操作的對(duì)象總線操作的對(duì)象 。 按在信息交換中的地位分按在信息交換中的地位分 總線源設(shè)

14、備總線源設(shè)備：發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。 總線目的設(shè)備總線目的設(shè)備：接受數(shù)據(jù)的設(shè)備。接受數(shù)據(jù)的設(shè)備。 注意注意：源設(shè)備：源設(shè)備不一定不一定就是主設(shè)備，目的就是主設(shè)備，目的設(shè)備也設(shè)備也不一定不一定就是從設(shè)備。就是從設(shè)備。2022-3-721 總線上有些設(shè)備在某一時(shí)段是主設(shè)備，總線上有些設(shè)備在某一時(shí)段是主設(shè)備，而在另一時(shí)段又可能變成從設(shè)備。而在另一時(shí)段又可能變成從設(shè)備。 例如，例如，SCSISCSI磁盤控制器。磁盤控制器。2022-3-7227.2.2 7.2.2 總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) 在物理上，總線實(shí)際上由一系列并行的電子導(dǎo)在物理上，總線實(shí)際上由一系列并行的電子導(dǎo)體構(gòu)成。體構(gòu)成。插槽系統(tǒng)總

15、線系統(tǒng)底板CPU主存儲(chǔ)器I/O接口控制器2022-3-723 總線向系統(tǒng)中的所有組件提供服務(wù)，每個(gè)系統(tǒng)總線向系統(tǒng)中的所有組件提供服務(wù)，每個(gè)系統(tǒng)組件與總線上的全部或部分信號(hào)線相連接。組件與總線上的全部或部分信號(hào)線相連接。 總線擴(kuò)展槽總線擴(kuò)展槽 在總線上設(shè)置內(nèi)有總線信號(hào)接觸點(diǎn)的插槽，這在總線上設(shè)置內(nèi)有總線信號(hào)接觸點(diǎn)的插槽，這些插槽上可以以垂直方式插接印刷電路板（計(jì)些插槽上可以以垂直方式插接印刷電路板（計(jì)算機(jī)的功能模塊）。算機(jī)的功能模塊）。 目前許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)內(nèi)部，都采用通過目前許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)內(nèi)部，都采用通過總線擴(kuò)展槽總線擴(kuò)展槽來連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要組件。來連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要組件。 2

16、022-3-724主板上的總線擴(kuò)展槽主板上的總線擴(kuò)展槽 左側(cè)最長(zhǎng)的左側(cè)最長(zhǎng)的插槽為插槽為ISA插槽（黑色）插槽（黑色） 中間白色的中間白色的為為PCI插槽插槽 右邊棕色的右邊棕色的插槽為插槽為AGP插槽插槽 2022-3-725現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 將原來采用電路板實(shí)現(xiàn)的組件，改由集成電路將原來采用電路板實(shí)現(xiàn)的組件，改由集成電路來實(shí)現(xiàn)，即將原組件電路板上的所有元件集成來實(shí)現(xiàn)，即將原組件電路板上的所有元件集成到一塊（或幾塊）集成電路芯片中。到一塊（或幾塊）集成電路芯片中。 例如，在例如，在CPU芯片中，由安置在芯片內(nèi)部的總芯片中，由安置在芯片內(nèi)部的總線來連接處理機(jī)和高

17、速緩沖存儲(chǔ)器（線來連接處理機(jī)和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）等功能部件，而安置在印刷電路板上的總線則等功能部件，而安置在印刷電路板上的總線則用于連接處理機(jī)、主存和系統(tǒng)的其它組件。用于連接處理機(jī)、主存和系統(tǒng)的其它組件。 采用這種方法，可以非常方便地構(gòu)造和擴(kuò)充計(jì)采用這種方法，可以非常方便地構(gòu)造和擴(kuò)充計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。算機(jī)系統(tǒng)。 2022-3-7267.3 7.3 總線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)總線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7.3.1 7.3.1 總線的設(shè)計(jì)要素總線的設(shè)計(jì)要素 信號(hào)線類型：信號(hào)線類型： 專用信號(hào)線專用信號(hào)線 復(fù)用信號(hào)線復(fù)用信號(hào)線總線寬度：總線寬度： 地址線寬度地址線寬度 數(shù)據(jù)線寬度數(shù)據(jù)線寬度總線仲裁的方法：總線仲裁的

18、方法： 集中仲裁集中仲裁 分布仲裁分布仲裁數(shù)據(jù)傳輸類型：數(shù)據(jù)傳輸類型： 讀讀 寫寫 讀讀修改修改寫寫 寫后讀寫后讀 塊傳輸（連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸）塊傳輸（連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸）總線定時(shí)方法：總線定時(shí)方法： 同步同步 異步異步2022-3-7271. 1. 信號(hào)線類型信號(hào)線類型 專用信號(hào)線專用信號(hào)線 在總線中該信號(hào)線始終被指派實(shí)現(xiàn)一個(gè)規(guī)定功在總線中該信號(hào)線始終被指派實(shí)現(xiàn)一個(gè)規(guī)定功能或指派專門用于某一類特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組能或指派專門用于某一類特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組件。件。 復(fù)用信號(hào)線復(fù)用信號(hào)線 在一根信號(hào)線上定義多種意義的信號(hào)或者用于在一根信號(hào)線上定義多種意義的信號(hào)或者用于多個(gè)（多類）總線設(shè)備。多個(gè)（多類）總線設(shè)備。

19、2022-3-728信號(hào)線的分時(shí)復(fù)用信號(hào)線的分時(shí)復(fù)用總線周期時(shí)間地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用信號(hào)線地址有效信號(hào)線地址數(shù)據(jù)地址圖7-3 地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用信號(hào)總線時(shí)段總線時(shí)段2022-3-7292. 2. 總線仲裁的方法總線仲裁的方法 總線仲裁總線仲裁 根據(jù)連接到總線上的各功能模塊所承擔(dān)任務(wù)的根據(jù)連接到總線上的各功能模塊所承擔(dān)任務(wù)的輕重緩急，預(yù)先或動(dòng)態(tài)地賦予它們不同的使用輕重緩急，預(yù)先或動(dòng)態(tài)地賦予它們不同的使用總線的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)有多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用總總線的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)有多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用總線時(shí)，總線仲裁電路選出當(dāng)前優(yōu)先級(jí)最高的那線時(shí)，總線仲裁電路選出當(dāng)前優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)，賦予總線控制權(quán)。個(gè)，賦予總線控制權(quán)

20、。 總線仲裁就是確定哪一個(gè)總線設(shè)備作為當(dāng)前的總線仲裁就是確定哪一個(gè)總線設(shè)備作為當(dāng)前的總線主控設(shè)備。總線主控設(shè)備。 2022-3-730總線仲裁方法的分類總線仲裁方法的分類 集中仲裁集中仲裁 分布仲裁分布仲裁 并行仲裁并行仲裁 串行仲裁串行仲裁 固定優(yōu)先級(jí)固定優(yōu)先級(jí) 動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí) 2022-3-731 集中仲裁集中仲裁 在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)仲裁電路集中處理連接到總線在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)仲裁電路集中處理連接到總線上的各個(gè)設(shè)備所提出的使用總線的請(qǐng)求信號(hào)，集上的各個(gè)設(shè)備所提出的使用總線的請(qǐng)求信號(hào)，集中對(duì)它們的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行比較，由此確定總線的主中對(duì)它們的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行比較，由此確定總線的主控設(shè)備?？卦O(shè)備。 分

21、布仲裁分布仲裁 系統(tǒng)中每一個(gè)總線設(shè)備中都有較為復(fù)雜的總線訪系統(tǒng)中每一個(gè)總線設(shè)備中都有較為復(fù)雜的總線訪問請(qǐng)求控制邏輯，優(yōu)先級(jí)比較電路也是分布在各問請(qǐng)求控制邏輯，優(yōu)先級(jí)比較電路也是分布在各個(gè)總線設(shè)備中，由各個(gè)已連接到總線上的并且目個(gè)總線設(shè)備中，由各個(gè)已連接到總線上的并且目前有總線請(qǐng)求的設(shè)備共同來決定下面應(yīng)該由哪個(gè)前有總線請(qǐng)求的設(shè)備共同來決定下面應(yīng)該由哪個(gè)設(shè)備成為總線的主控設(shè)備。設(shè)備成為總線的主控設(shè)備。 2022-3-732 集中式仲裁機(jī)制的集中式仲裁機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)模塊化程度高，設(shè)備一方電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。系統(tǒng)模塊化程度高，設(shè)備一方電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。 集中式仲裁機(jī)制的集中式仲裁機(jī)制的缺點(diǎn)缺點(diǎn) 系

22、統(tǒng)可靠性不太高，一旦仲裁電路發(fā)生故障，總系統(tǒng)可靠性不太高，一旦仲裁電路發(fā)生故障，總線就不能使用了。線就不能使用了。 分布式仲裁的特點(diǎn)與集中式仲裁的特點(diǎn)正分布式仲裁的特點(diǎn)與集中式仲裁的特點(diǎn)正好相反。好相反。 2022-3-733 連接到總線上的每個(gè)設(shè)備與總線仲裁電路之間連接到總線上的每個(gè)設(shè)備與總線仲裁電路之間都有獨(dú)立的總線請(qǐng)求線和總線允許信號(hào)線。都有獨(dú)立的總線請(qǐng)求線和總線允許信號(hào)線。集中式并行總線仲裁集中式并行總線仲裁 集中式總線仲裁器設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備n總線總線請(qǐng)求線1總線請(qǐng)求線2總線請(qǐng)求線n總線應(yīng)答線n總線應(yīng)答線2總線應(yīng)答線1.2022-3-734 集中式并行仲裁的集中式并行仲裁的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 總

23、線仲裁速度快，優(yōu)先級(jí)設(shè)置靈活，即有可能總線仲裁速度快，優(yōu)先級(jí)設(shè)置靈活，即有可能通過向總線仲裁器發(fā)送不同的控制命令，實(shí)現(xiàn)通過向總線仲裁器發(fā)送不同的控制命令，實(shí)現(xiàn)不同的優(yōu)先級(jí)策略。不同的優(yōu)先級(jí)策略。 集中式并行仲裁的集中式并行仲裁的缺點(diǎn)缺點(diǎn) 每個(gè)設(shè)備與總線仲裁器之間都需要設(shè)置一條總每個(gè)設(shè)備與總線仲裁器之間都需要設(shè)置一條總線請(qǐng)求信號(hào)線和一條總線允許信號(hào)線，使連接線請(qǐng)求信號(hào)線和一條總線允許信號(hào)線，使連接到總線上設(shè)備的數(shù)量受到信號(hào)線數(shù)目的限制，到總線上設(shè)備的數(shù)量受到信號(hào)線數(shù)目的限制，并且可靠性不高。并且可靠性不高。 2022-3-735集中式串行總線仲裁集中式串行總線仲裁 連接到總線上的設(shè)備共用一條總線

24、請(qǐng)求信號(hào)線連接到總線上的設(shè)備共用一條總線請(qǐng)求信號(hào)線或（和）一條總線允許信號(hào)線?；颍ê停┮粭l總線允許信號(hào)線。2022-3-736 集中式串行仲裁的集中式串行仲裁的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 用于總線管理的信號(hào)線數(shù)目較少，且與連接到用于總線管理的信號(hào)線數(shù)目較少，且與連接到總線上的設(shè)備數(shù)目無關(guān)，總線仲裁器電路的實(shí)總線上的設(shè)備數(shù)目無關(guān)，總線仲裁器電路的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單?，F(xiàn)較為簡(jiǎn)單。 集中式串行仲裁的集中式串行仲裁的缺點(diǎn)缺點(diǎn) 設(shè)備的優(yōu)先級(jí)固定，要改變一個(gè)設(shè)備使用總線設(shè)備的優(yōu)先級(jí)固定，要改變一個(gè)設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)，就必須改變它所處總線的物理位置；的優(yōu)先級(jí)，就必須改變它所處總線的物理位置；總線優(yōu)先級(jí)的比較時(shí)間較長(zhǎng)?？偩€優(yōu)先級(jí)的

25、比較時(shí)間較長(zhǎng)。 2022-3-737 固定優(yōu)先級(jí)固定優(yōu)先級(jí) 總線上的各個(gè)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)一經(jīng)指定后總線上的各個(gè)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)一經(jīng)指定后就不再改變。就不再改變。 動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí) 設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)可以隨時(shí)間變化。設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)可以隨時(shí)間變化。 總線的優(yōu)先級(jí)總線的優(yōu)先級(jí)2022-3-738 典型的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)策略是輪轉(zhuǎn)策略，即典型的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)策略是輪轉(zhuǎn)策略，即首先將設(shè)備排隊(duì)，指定一個(gè)設(shè)備為目前首先將設(shè)備排隊(duì)，指定一個(gè)設(shè)備為目前優(yōu)先級(jí)最高的設(shè)備，隊(duì)中的下一個(gè)設(shè)備優(yōu)先級(jí)最高的設(shè)備，隊(duì)中的下一個(gè)設(shè)備次之，就這樣先排下去。當(dāng)目前具有最次之，就這樣先排下去。當(dāng)目前具有最高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備使用一次總線后，它

26、就高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備使用一次總線后，它就變成優(yōu)先級(jí)最低的設(shè)備，即排到隊(duì)尾，變成優(yōu)先級(jí)最低的設(shè)備，即排到隊(duì)尾，隊(duì)中下一個(gè)設(shè)備就變成目前具有最高優(yōu)隊(duì)中下一個(gè)設(shè)備就變成目前具有最高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備。這樣所有設(shè)備都具有平等先級(jí)的設(shè)備。這樣所有設(shè)備都具有平等使用總線的機(jī)會(huì)。使用總線的機(jī)會(huì)。2022-3-739 固定優(yōu)先級(jí)策略的固定優(yōu)先級(jí)策略的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。 固定優(yōu)先級(jí)策略的固定優(yōu)先級(jí)策略的缺點(diǎn)缺點(diǎn) 當(dāng)設(shè)備較多時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的設(shè)備就很難有機(jī)會(huì)當(dāng)設(shè)備較多時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的設(shè)備就很難有機(jī)會(huì)使用總線。使用總線。 動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)策略的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)策略的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 能夠很好地適應(yīng)總線上存在較多設(shè)備的情形。能夠很好

27、地適應(yīng)總線上存在較多設(shè)備的情形。 動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)策略的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)策略的缺點(diǎn)缺點(diǎn) 在硬件實(shí)現(xiàn)上復(fù)雜。在硬件實(shí)現(xiàn)上復(fù)雜。2022-3-7403. 3. 總線定時(shí)方法總線定時(shí)方法 總線定時(shí)方式是指為了協(xié)調(diào)總線上發(fā)生總線定時(shí)方式是指為了協(xié)調(diào)總線上發(fā)生的事件所采用的方法。的事件所采用的方法。 總線上發(fā)生的事件是指那些為了使用總總線上發(fā)生的事件是指那些為了使用總線傳輸信息，總線所作的各種必要的動(dòng)線傳輸信息，總線所作的各種必要的動(dòng)作。作。 總線定時(shí)的方法分為總線定時(shí)的方法分為同步定時(shí)同步定時(shí)和和異步定異步定時(shí)時(shí)，由此總線又可分為，由此總線又可分為同步總線同步總線和和異步異步總線總線。 2022-3-741 同步

28、總線同步總線 在同步總線中，總線上所有事件的發(fā)生，在同步總線中，總線上所有事件的發(fā)生，都要由一個(gè)時(shí)鐘脈沖序列來定時(shí)。都要由一個(gè)時(shí)鐘脈沖序列來定時(shí)。 在同步定時(shí)方式下，總線中包含一條時(shí)在同步定時(shí)方式下，總線中包含一條時(shí)鐘信號(hào)線鐘信號(hào)線 ，所有的總線事件都應(yīng)在一個(gè)，所有的總線事件都應(yīng)在一個(gè)時(shí)鐘周期的開始時(shí)（即高電平有效時(shí)）時(shí)鐘周期的開始時(shí)（即高電平有效時(shí)）啟動(dòng)動(dòng)作。啟動(dòng)動(dòng)作。 2022-3-742同步定時(shí)方式下的總線操作同步定時(shí)方式下的總線操作 狀態(tài)信號(hào)地址信號(hào)輸出的有效數(shù)據(jù)輸入的有效數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線地址信號(hào)線地址有效信號(hào)線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀信號(hào)線寫信號(hào)線T1T2T3讀周期寫周期總線時(shí)段2

29、022-3-743 異步總線異步總線 異步定時(shí)異步定時(shí) 總線上一個(gè)事件的動(dòng)作發(fā)生與否，依賴總線上一個(gè)事件的動(dòng)作發(fā)生與否，依賴于前一個(gè)事件動(dòng)作的執(zhí)行情況。于前一個(gè)事件動(dòng)作的執(zhí)行情況。 2022-3-744異步方式下的讀總線周期異步方式下的讀總線周期 狀 態(tài) 信 號(hào)地 址 信 號(hào)狀 態(tài) 信 號(hào) 線地 址 信 號(hào) 線讀 信 號(hào) 線有 效 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線應(yīng) 答 信 號(hào) 線2022-3-745異步方式下的寫總線周期異步方式下的寫總線周期 狀 態(tài) 信 號(hào)地 址 信 號(hào)狀 態(tài) 信 號(hào) 線地 址 信 號(hào) 線寫 信 號(hào) 線有 效 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線應(yīng) 答 信 號(hào) 線2022-3-7464 4數(shù)據(jù)傳輸類型

30、數(shù)據(jù)傳輸類型 數(shù)據(jù)傳輸類型數(shù)據(jù)傳輸類型 讀讀/寫操作在各種類型總線上的各種實(shí)現(xiàn)寫操作在各種類型總線上的各種實(shí)現(xiàn)方法。方法。 總線中一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€中一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬蓚€(gè)階段兩個(gè)階段 地址、命令階段地址、命令階段 數(shù)據(jù)傳輸階段數(shù)據(jù)傳輸階段2022-3-747 讀操作讀操作 總線的從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到主控設(shè)備。總線的從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到主控設(shè)備。 寫操作寫操作 總線的主控設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到從設(shè)備。總線的主控設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到從設(shè)備。2022-3-748非復(fù)用總線上的讀操作非復(fù)用總線上的讀操作 2022-3-749分時(shí)復(fù)用總線上的讀操作分時(shí)復(fù)用總線上的讀操作 2022-3-750聯(lián)合操作聯(lián)合操作 2022-3-75

31、1 讀讀修改修改寫操作寫操作 在讀操作之后對(duì)同一單元立即實(shí)施寫操作在在讀操作之后對(duì)同一單元立即實(shí)施寫操作在讀讀修改修改寫操作時(shí)，數(shù)據(jù)單元的地址只需寫操作時(shí)，數(shù)據(jù)單元的地址只需在操作開始時(shí)發(fā)送一次即可，且整個(gè)操作是在操作開始時(shí)發(fā)送一次即可，且整個(gè)操作是不間斷地連續(xù)執(zhí)行的。這樣可以防止其它潛不間斷地連續(xù)執(zhí)行的。這樣可以防止其它潛在的總線主控設(shè)備（如其它處理機(jī)）在操作在的總線主控設(shè)備（如其它處理機(jī)）在操作執(zhí)行期間對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)單元的訪問。執(zhí)行期間對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)單元的訪問。 讀讀修改修改寫操作的主要目的是在多道程序?qū)懖僮鞯闹饕康氖窃诙嗟莱绦驁?zhí)行的環(huán)境下，確保保存在共享存儲(chǔ)資源中執(zhí)行的環(huán)境下，確保保存在共享存

32、儲(chǔ)資源中的數(shù)據(jù)能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。的數(shù)據(jù)能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。2022-3-752 寫后讀操作寫后讀操作 對(duì)某一存儲(chǔ)單元的寫操作完成后立即實(shí)對(duì)某一存儲(chǔ)單元的寫操作完成后立即實(shí)施讀操作。施讀操作。 寫后讀操作的目的是為了對(duì)剛寫入的信寫后讀操作的目的是為了對(duì)剛寫入的信息進(jìn)行校驗(yàn)。息進(jìn)行校驗(yàn)。2022-3-753數(shù)據(jù)塊傳輸方式數(shù)據(jù)塊傳輸方式2022-3-754 數(shù)據(jù)塊傳輸方式數(shù)據(jù)塊傳輸方式 在一個(gè)地址、命令階段后，即給出了第在一個(gè)地址、命令階段后，即給出了第一個(gè)數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)單元的地址之后，可一個(gè)數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)單元的地址之后，可以有多個(gè)數(shù)據(jù)傳送操作，即可以讀以有多個(gè)數(shù)據(jù)傳送操作，即可以讀/寫連寫連續(xù)的

33、多個(gè)數(shù)據(jù)單元。續(xù)的多個(gè)數(shù)據(jù)單元。 也稱為也稱為連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸方式連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸方式、突發(fā)（猝發(fā)突發(fā)（猝發(fā)或迸發(fā)）數(shù)據(jù)傳輸方式或迸發(fā)）數(shù)據(jù)傳輸方式、成組數(shù)據(jù)傳輸成組數(shù)據(jù)傳輸方式方式。2022-3-755 在數(shù)據(jù)塊傳輸方式下，總線的主控設(shè)備在數(shù)據(jù)塊傳輸方式下，總線的主控設(shè)備只需將要發(fā)送或接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的只需將要發(fā)送或接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的地址發(fā)送給存儲(chǔ)器，其余多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的地址發(fā)送給存儲(chǔ)器，其余多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的地址相對(duì)于第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的地址來說都地址相對(duì)于第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的地址來說都是連續(xù)地址，主存儲(chǔ)器可以自動(dòng)修改后是連續(xù)地址，主存儲(chǔ)器可以自動(dòng)修改后續(xù)訪問的數(shù)據(jù)單元的地址而不需要主控續(xù)訪問的數(shù)據(jù)單元的地址而不需

34、要主控設(shè)備每次都發(fā)送地址。這樣做能夠大大設(shè)備每次都發(fā)送地址。這樣做能夠大大提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。2022-3-756 例：某同步總線的時(shí)鐘頻率為例：某同步總線的時(shí)鐘頻率為100MHz，寬度為，寬度為32位，地址位，地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用，每傳輸一個(gè)地址或數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線復(fù)用，每傳輸一個(gè)地址或數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)鐘周期。若該總線支持猝發(fā)傳輸模式，占用一個(gè)時(shí)鐘周期。若該總線支持猝發(fā)傳輸模式，則一次則一次“主存寫主存寫”總線事務(wù)傳輸總線事務(wù)傳輸128位數(shù)據(jù)所需位數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間至少是多少？要的時(shí)間至少是多少？ 解：一次解：一次“主存寫主存寫”共需要傳輸共需要傳輸1次地址，次地址，4次數(shù)次數(shù)據(jù)，共據(jù)，

35、共5次。次。 所需要的時(shí)間：所需要的時(shí)間：51/100MHz50ns2022-3-7577.3.2 7.3.2 總線的實(shí)現(xiàn)總線的實(shí)現(xiàn) 1. 1. 采用集電極開路與非門電路實(shí)現(xiàn)總線采用集電極開路與非門電路實(shí)現(xiàn)總線 2022-3-7582. 2. 采用三采用三態(tài)門電路實(shí)現(xiàn)總線態(tài)門電路實(shí)現(xiàn)總線2022-3-7597.4 7.4 總線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 按照總線的組織結(jié)構(gòu)不同，可將計(jì)算機(jī)按照總線的組織結(jié)構(gòu)不同，可將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為：系統(tǒng)分為： 單總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 多總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 2022-3-

36、7601. 1. 單總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 所有連接到系統(tǒng)總線上的功能部件既可所有連接到系統(tǒng)總線上的功能部件既可以共享同一地址空間也可以分享不同的以共享同一地址空間也可以分享不同的地址空間。地址空間。 早期采用單總線結(jié)構(gòu)的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)早期采用單總線結(jié)構(gòu)的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大多采用異步定時(shí)方式。大多采用異步定時(shí)方式。 單總線往往成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的瓶頸。單總線往往成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的瓶頸。 2022-3-761 圖 1-7 計(jì)算機(jī)的單總線結(jié)構(gòu) 接口 CPU 存儲(chǔ)器 接口 I/O 設(shè)備 I/O 設(shè)備 單總線 2022-3-7622. 2. 雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)

37、系統(tǒng) 在雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過設(shè)置內(nèi)存總在雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過設(shè)置內(nèi)存總線，使線，使CPU和主存儲(chǔ)器之間的信息流與外設(shè)和主和主存儲(chǔ)器之間的信息流與外設(shè)和主存儲(chǔ)器之間的信息流分開，大大減輕了系統(tǒng)總線存儲(chǔ)器之間的信息流分開，大大減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了CPU與外設(shè)的并行操作，有效地與外設(shè)的并行操作，有效地提升了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能，但又保持了單總線結(jié)提升了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能，但又保持了單總線結(jié)構(gòu)所具有的簡(jiǎn)潔、易擴(kuò)充的優(yōu)點(diǎn)。構(gòu)所具有的簡(jiǎn)潔、易擴(kuò)充的優(yōu)點(diǎn)。 存在的問題存在的問題 內(nèi)存總線與系統(tǒng)總線對(duì)主存儲(chǔ)器的訪問存在沖突內(nèi)存總線與系統(tǒng)總線對(duì)主存儲(chǔ)器的訪問存在沖突。2022

38、-3-763 圖 1-8 面向存儲(chǔ)器的雙總線結(jié)構(gòu) 接口 CPU 存儲(chǔ)器 接口 I/O 設(shè)備 I/O 設(shè)備 系統(tǒng)總線 存儲(chǔ)總線 2022-3-7643. 3. 多總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 多總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是在雙總線結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增多總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是在雙總線結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加加I/O總線實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？偩€實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 增加增加I/O總線的目的總線的目的 進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。 多總線結(jié)構(gòu)可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件之間采用多總線結(jié)構(gòu)可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件之間采用多條各自獨(dú)立的總線來構(gòu)成分層次的信息通路。多條各自獨(dú)立

39、的總線來構(gòu)成分層次的信息通路。2022-3-7652022-3-7664. 4. 多層次總線結(jié)構(gòu)多層次總線結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)往往采用分層劃分的層次型多現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)往往采用分層劃分的層次型多總線結(jié)構(gòu)。即總線結(jié)構(gòu)。即根據(jù)系統(tǒng)功能模塊性能上的要求根據(jù)系統(tǒng)功能模塊性能上的要求設(shè)置不同層次、不同種類的總線。設(shè)置不同層次、不同種類的總線。 引入層次型總線的必要性引入層次型總線的必要性 當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有設(shè)備都在使用單一的當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有設(shè)備都在使用單一的系統(tǒng)總線時(shí)，會(huì)使得系統(tǒng)總線顯得非常擁擠。系統(tǒng)總線時(shí)，會(huì)使得系統(tǒng)總線顯得非常擁擠。 解決的方法：解決的方法： 在處理機(jī)子系統(tǒng)中配置專供在處理機(jī)子系

40、統(tǒng)中配置專供CPUCPU使用的使用的局部總線局部總線，在局部總線上連接局部存儲(chǔ)器和局部在局部總線上連接局部存儲(chǔ)器和局部I/OI/O接口，接口，在系統(tǒng)總線上連接主存儲(chǔ)器和其他速度較慢的在系統(tǒng)總線上連接主存儲(chǔ)器和其他速度較慢的I/OI/O設(shè)備控制器。設(shè)備控制器。 2022-3-767 將許多組件電路板連接到總線，將增加總將許多組件電路板連接到總線，將增加總線的長(zhǎng)度，帶來傳遞延遲。線的長(zhǎng)度，帶來傳遞延遲。 造成延遲的原因造成延遲的原因 總線仲裁機(jī)構(gòu)用來協(xié)調(diào)各個(gè)組件對(duì)總線使用的總線仲裁機(jī)構(gòu)用來協(xié)調(diào)各個(gè)組件對(duì)總線使用的有關(guān)操作需要時(shí)間。有關(guān)操作需要時(shí)間。 當(dāng)總線的使用權(quán)頻繁地從一個(gè)組件傳遞到另一當(dāng)總線的

41、使用權(quán)頻繁地從一個(gè)組件傳遞到另一個(gè)組件時(shí)，傳遞延遲將明顯地影響總線的性能。個(gè)組件時(shí)，傳遞延遲將明顯地影響總線的性能。 2022-3-768 總線成為系統(tǒng)的瓶頸總線成為系統(tǒng)的瓶頸 一些需要連續(xù)且數(shù)目較大的數(shù)據(jù)字的傳輸應(yīng)用，一些需要連續(xù)且數(shù)目較大的數(shù)據(jù)字的傳輸應(yīng)用，比如主存到顯示緩沖存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，將比如主存到顯示緩沖存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，將幾乎耗盡總線的帶寬。幾乎耗盡總線的帶寬。 解決問題的方法：解決問題的方法： 通過提高總線的帶寬，如增加數(shù)據(jù)總線的寬度以通過提高總線的帶寬，如增加數(shù)據(jù)總線的寬度以及提高總線的工作頻率。及提高總線的工作頻率。 但由于某些組件（如圖形、視頻顯示適配器、千但由于

42、某些組件（如圖形、視頻顯示適配器、千兆網(wǎng)絡(luò)接口適配器等）對(duì)總線帶寬的要求增長(zhǎng)得兆網(wǎng)絡(luò)接口適配器等）對(duì)總線帶寬的要求增長(zhǎng)得非?？欤瑢?duì)于結(jié)構(gòu)單一總線來說很難滿足這些要非?？?，對(duì)于結(jié)構(gòu)單一總線來說很難滿足這些要求。求。 2022-3-769傳統(tǒng)的層次型多總線結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的層次型多總線結(jié)構(gòu)處理機(jī)高速緩沖存儲(chǔ)器局部I/O設(shè)備控制器系統(tǒng)總線主存儲(chǔ)器擴(kuò)展總線接口網(wǎng)絡(luò)接口控制器SCSI接口控制器串行接口調(diào)制解調(diào)器擴(kuò)展總線局部總線2022-3-770 局部總線用于處理機(jī)與局部總線用于處理機(jī)與Cache以及其它局部組以及其它局部組件（例如顯示適配器）的連接。件（例如顯示適配器）的連接。 Cache控制器不僅與局部總線

43、相連，還與系統(tǒng)控制器不僅與局部總線相連，還與系統(tǒng)總線相連，由此實(shí)現(xiàn)局部總線與主存的連接?？偩€相連，由此實(shí)現(xiàn)局部總線與主存的連接。 使用使用Cache能有效地隔離處理機(jī)對(duì)主存頻繁的能有效地隔離處理機(jī)對(duì)主存頻繁的訪問請(qǐng)求，因此主存不再與局部總線連接，轉(zhuǎn)訪問請(qǐng)求，因此主存不再與局部總線連接，轉(zhuǎn)而連接到系統(tǒng)總線。而連接到系統(tǒng)總線。 在這種方式下在這種方式下I/O設(shè)備與主存之間的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與主存之間的數(shù)據(jù)傳輸只需要通過系統(tǒng)總線即可完成，從而不會(huì)干擾只需要通過系統(tǒng)總線即可完成，從而不會(huì)干擾到處理機(jī)的操作。到處理機(jī)的操作。 2022-3-771 I/O接口控制器可以直接連接到系統(tǒng)總線，但由接口控制器可以直

44、接連接到系統(tǒng)總線，但由于于I/O設(shè)備的速度差別非常大，因此可以設(shè)置一設(shè)備的速度差別非常大，因此可以設(shè)置一條或多條擴(kuò)展總線來連接條或多條擴(kuò)展總線來連接I/O接口控制器。接口控制器。 擴(kuò)展總線接口在系統(tǒng)總線和連接在擴(kuò)展總線上擴(kuò)展總線接口在系統(tǒng)總線和連接在擴(kuò)展總線上的的I/O接口控制器之間起了一個(gè)緩沖數(shù)據(jù)的作用。接口控制器之間起了一個(gè)緩沖數(shù)據(jù)的作用。 傳統(tǒng)的層次型多總線結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)的層次型多總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以方便地支持速率不同的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以方便地支持速率不同的各種I/O設(shè)備。設(shè)備。 使主存與處理機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和主存與使主存與處理機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和主存與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸

45、分隔開來，互不干擾。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸分隔開來，互不干擾。 2022-3-772高性能多層次總線結(jié)構(gòu)高性能多層次總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線主存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器/總線橋處理機(jī)高速總線SCSI接口適配器FireWire接口適配器局域網(wǎng)接口適配器圖形接口適配器擴(kuò)展總線擴(kuò)展總線接口傳真機(jī)接口適配器調(diào)制解調(diào)器接口適配器串行接口適配器局部總線2022-3-773 為了適應(yīng)一些新型設(shè)備（例如視頻為了適應(yīng)一些新型設(shè)備（例如視頻/圖形顯示接圖形顯示接口適配器、千兆以太網(wǎng)卡等）對(duì)總線在性能方面口適配器、千兆以太網(wǎng)卡等）對(duì)總線在性能方面不斷增長(zhǎng)的需求，業(yè)界普遍采用的方法是構(gòu)建一不斷增長(zhǎng)的需求，業(yè)界普遍采用的方法是構(gòu)建一個(gè)具

46、有與處理機(jī)緊密集成的、用來支撐整個(gè)系統(tǒng)個(gè)具有與處理機(jī)緊密集成的、用來支撐整個(gè)系統(tǒng)且相對(duì)獨(dú)立的且相對(duì)獨(dú)立的高速總線高速總線。 與處理機(jī)緊密集成的高速總線與處理機(jī)緊密集成的高速總線 高速總線充分考慮與它連接的處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，高速總線充分考慮與它連接的處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，如處理機(jī)引腳的信號(hào)定義情況以及工作時(shí)序，使如處理機(jī)引腳的信號(hào)定義情況以及工作時(shí)序，使得處理機(jī)與高速總線之間僅需要一個(gè)橋接電路得處理機(jī)與高速總線之間僅需要一個(gè)橋接電路（簡(jiǎn)稱總線橋）即可實(shí)現(xiàn)處理機(jī)與總線的互連，（簡(jiǎn)稱總線橋）即可實(shí)現(xiàn)處理機(jī)與總線的互連，而不需要另外去實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的處理機(jī)引腳信號(hào)而不需要另外去實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的處理機(jī)引腳信號(hào)與

47、標(biāo)準(zhǔn)的總線信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換電路，以降低系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)的總線信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換電路，以降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度。實(shí)現(xiàn)的難度。 2022-3-774 高性能多層次總線結(jié)構(gòu)高性能多層次總線結(jié)構(gòu)的的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 高速總線橋緊密地和處理機(jī)集成在一起，但同高速總線橋緊密地和處理機(jī)集成在一起，但同時(shí)又獨(dú)立于處理機(jī)之外，使得處理機(jī)與高速總時(shí)又獨(dú)立于處理機(jī)之外，使得處理機(jī)與高速總線在信號(hào)線定義上的差別可以方便地予以解決。線在信號(hào)線定義上的差別可以方便地予以解決。即使改變處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)也不會(huì)影響到高速即使改變處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)也不會(huì)影響到高速總線和擴(kuò)展總線，反之亦然?？偩€和擴(kuò)展總線，反之亦然。 2022-3-775典型的典型的Pen

48、tium4系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)2022-3-7767.5 7.5 常用總線舉例常用總線舉例 7.5.1 7.5.1 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 1.工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（ISA總線）總線） (Industry Standard Architccture) ISA總線也稱總線也稱AT總線，是在原總線，是在原PC/XT的的62線總線總線的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了線的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了36個(gè)引腳構(gòu)成的。個(gè)引腳構(gòu)成的。 ISA總線定義的總線定義的98條總線信號(hào)包括了條總線信號(hào)包括了24條地址條地址信號(hào)線、信號(hào)線、16條數(shù)據(jù)信號(hào)線、條數(shù)據(jù)信號(hào)線、16條中斷請(qǐng)求信號(hào)條中斷請(qǐng)求信號(hào)線、線、1條中斷應(yīng)答信號(hào)線，條中斷應(yīng)答信號(hào)線

49、，7組組DMA通道請(qǐng)求通道請(qǐng)求/應(yīng)答信號(hào)線，以及存儲(chǔ)器讀應(yīng)答信號(hào)線，以及存儲(chǔ)器讀/寫信號(hào)、寫信號(hào)、I/O讀讀/寫寫信號(hào)、輔助控制信號(hào)、時(shí)鐘、電源、地線等。信號(hào)、輔助控制信號(hào)、時(shí)鐘、電源、地線等。 2022-3-7772022-3-778ISAISA總線插槽總線插槽2022-3-779ISAISA總線存在的主要問題總線存在的主要問題 ISA總線是面向單用戶應(yīng)用的總線，并不適總線是面向單用戶應(yīng)用的總線，并不適合多用戶應(yīng)用環(huán)境。合多用戶應(yīng)用環(huán)境。 16位的位的ISA總線帶寬只有總線帶寬只有5MB/s，因此，因此ISA總線并不適合用于總線并不適合用于 32位位CPU 。 2022-3-7802. 2.

50、 擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（EISAEISA總線）總線） EISA總線（總線（Extended Industry Standard Architecture，EISA）是）是EISA集團(tuán)專為集團(tuán)專為32位位CPU設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總線。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總線。 EISA總線標(biāo)準(zhǔn)將總線標(biāo)準(zhǔn)將ISA總線的數(shù)據(jù)總線從總線的數(shù)據(jù)總線從16位擴(kuò)位擴(kuò)展到展到32位，地址總線從位，地址總線從24位擴(kuò)展到位擴(kuò)展到32位，共定位，共定義了義了198條信號(hào)線。條信號(hào)線。 EISA總線中總線中198條信號(hào)線可分成為條信號(hào)線可分成為4組：組： 地址總線和數(shù)據(jù)總線組、數(shù)據(jù)傳送控制組、總地址總線和數(shù)據(jù)總線組、數(shù)據(jù)傳送控制組

51、、總線仲裁信號(hào)組以及其他功能組。線仲裁信號(hào)組以及其他功能組。 2022-3-781EISAEISA總線總線插槽插槽2022-3-7823. PCI3. PCI局部總線局部總線 (Peripheral Component Interconnect bus) PCI局部總線是基于分層多層次總線設(shè)計(jì)思想局部總線是基于分層多層次總線設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)的一種時(shí)鐘同步型擴(kuò)展總線時(shí)鐘同步型擴(kuò)展總線。 2002年年4月，月，PCI SIG頒布了頒布了PCI-X v2.0規(guī)范。規(guī)范。定義了定義了66MHz、100MHz、133MHz、266MHz和和533MHz等等5種不同的工作頻率，這樣規(guī)劃的種不同的工作

52、頻率，這樣規(guī)劃的PCI總線的最大帶寬可達(dá)總線的最大帶寬可達(dá)4.264GB/s。 目前，目前，PCI總線已成為了一種系統(tǒng)，無論在臺(tái)總線已成為了一種系統(tǒng)，無論在臺(tái)式機(jī)還是服務(wù)器中都得到了廣泛的應(yīng)用。式機(jī)還是服務(wù)器中都得到了廣泛的應(yīng)用。 2022-3-783PCI總線總線2022-3-784Pentium計(jì)算機(jī)主板的總線結(jié)構(gòu)框圖計(jì)算機(jī)主板的總線結(jié)構(gòu)框圖2022-3-785典型的臺(tái)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)典型的臺(tái)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 2022-3-786典型的多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)典型的多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 系統(tǒng)總線內(nèi)存控制儲(chǔ)器DRAM構(gòu)成的內(nèi)存儲(chǔ)器CPU/高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）PCI總線SCSI接口適配器主橋高速局域網(wǎng)

53、接口適配器PCI總線擴(kuò)展橋擴(kuò)展總線橋CPU/高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）.主橋PCI總線擴(kuò)展總線橋PCI總線ISA/EISA總線1ISA/EISA總線22022-3-787橋接芯片橋接芯片 PCI橋用于連結(jié)橋用于連結(jié)CPU、內(nèi)存和、內(nèi)存和PCI總線?？偩€。 擴(kuò)展總線橋（擴(kuò)展總線橋（ISA橋）用于連結(jié)橋）用于連結(jié)PCI總線和總線和ISA總線?？偩€。 PCI擴(kuò)展總線橋用于連結(jié)兩條擴(kuò)展總線橋用于連結(jié)兩條PCI總線。總線。 CPU與內(nèi)存之間的帶寬最寬，使得與內(nèi)存之間的帶寬最寬，使得PCI總線可總線可以為快速的外設(shè)提供較高的帶寬。以為快速的外設(shè)提供較高的帶寬。2022-3-788PCI橋橋2022-3-

54、789PCIPCI總線信號(hào)總線信號(hào) PCI總線有總線有32位和位和64位兩個(gè)版本。位兩個(gè)版本。 使用使用32位版本的卡有位版本的卡有120個(gè)管腳（必備信個(gè)管腳（必備信號(hào)）。號(hào)）。 使用使用64位版本的卡是在位版本的卡是在32位版本的位版本的120個(gè)管個(gè)管腳的基礎(chǔ)上增加了腳的基礎(chǔ)上增加了64個(gè)管腳（可選信號(hào)）。個(gè)管腳（可選信號(hào)）。2022-3-790必備信號(hào)必備信號(hào)2022-3-791可選信號(hào)可選信號(hào)2022-3-792PCIPCI總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn) 較高的總線帶寬較高的總線帶寬 支持?jǐn)?shù)據(jù)塊傳輸支持?jǐn)?shù)據(jù)塊傳輸 支持多個(gè)設(shè)備作為總線的主控設(shè)備支持多個(gè)設(shè)備作為總線的主控設(shè)備 PCI PCI總線獨(dú)立

55、于微處理器，與具體的處理器體總線獨(dú)立于微處理器，與具體的處理器體系結(jié)構(gòu)無關(guān)，具有較好的適應(yīng)性。系結(jié)構(gòu)無關(guān)，具有較好的適應(yīng)性。 數(shù)據(jù)總線和地址總線可以分時(shí)復(fù)用數(shù)據(jù)總線和地址總線可以分時(shí)復(fù)用 支持支持5V5V和和3.3V3.3V兩種電源兩種電源 支持即插即用支持即插即用(P&P)(P&P) 高可靠性。對(duì)地址和數(shù)據(jù)均提供了奇偶校驗(yàn)高可靠性。對(duì)地址和數(shù)據(jù)均提供了奇偶校驗(yàn)功能，保證了所傳輸數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。功能，保證了所傳輸數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。 2022-3-7934. 4. PCI ExpressPCI Express總線總線 PCI Express總線是全新的第三代總線（總線是

56、全新的第三代總線（Third-Generation Input/Output，3GIO）。）。 PCI Express總線的基本結(jié)構(gòu)總線的基本結(jié)構(gòu) Root Complex：用于連接：用于連接CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、PCI/PCI-X總線橋和遵循總線橋和遵循PCI Express標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的I/O設(shè)備。設(shè)備。 Switches：用于實(shí)現(xiàn)：用于實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換以設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換以及多個(gè)不同種類的及多個(gè)不同種類的PCI Express總線設(shè)備。總線設(shè)備。2022-3-794PCI ExpressPCI Express總線結(jié)構(gòu)圖總線結(jié)構(gòu)圖CPURoot Complex內(nèi)存儲(chǔ)器PCI Exp

57、ress總線設(shè)備連接點(diǎn)PCI Express總線與PCI總線轉(zhuǎn)接橋SwitchPCI/PCI-XPCI Express總線PCI Express總線PCI Express總線傳統(tǒng)PCI 總線設(shè)備連接點(diǎn)PCI Express總線設(shè)備連接點(diǎn)PCI Express總線設(shè)備連接點(diǎn)傳統(tǒng)PCI 總線設(shè)備連接點(diǎn)PCI Express總線PCI Express總線PCI Express總線PCI Express總線2022-3-795PCI ExpressPCI Express的功能的功能 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)總線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)總線 串行的數(shù)據(jù)傳輸方式串行的數(shù)據(jù)傳輸方式 高傳輸速率高傳輸速率 低成本低成本 支持長(zhǎng)距離傳輸和熱插拔支

58、持長(zhǎng)距離傳輸和熱插拔 多種連接方式多種連接方式 高級(jí)功能高級(jí)功能 跨平臺(tái)的兼容性跨平臺(tái)的兼容性 2022-3-7967.5.2 7.5.2 外部外部總線總線 外部總線外部總線主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)與外部設(shè)主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)與外部設(shè)備之間的互聯(lián)，所以有時(shí)也稱之為備之間的互聯(lián)，所以有時(shí)也稱之為設(shè)備總線設(shè)備總線。 由于外部設(shè)備之間的差別很大，因此外部總線由于外部設(shè)備之間的差別很大，因此外部總線在形式上與系統(tǒng)總線也有很大的差別。在形式上與系統(tǒng)總線也有很大的差別。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線多數(shù)位于機(jī)箱內(nèi)部，采用插槽形式集多數(shù)位于機(jī)箱內(nèi)部，采用插槽形式集成在主電路板上，用戶可以在擴(kuò)充計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成在主電路板

59、上，用戶可以在擴(kuò)充計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能時(shí)插入各種功能時(shí)插入各種I/OI/O接口適配器，如網(wǎng)卡、聲接口適配器，如網(wǎng)卡、聲卡等?？ǖ?。 外部總線外部總線多在機(jī)箱外部，而且在機(jī)箱后部居多，多在機(jī)箱外部，而且在機(jī)箱后部居多，其外形多樣，差別很大，互不兼容。其外形多樣，差別很大，互不兼容。 2022-3-7971. 1. 小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口SCSISCSI接口接口 小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（Small Computer System Small Computer System InterfaceInterface，SCSISCSI）是用于小型、微型計(jì)算機(jī)和外）是用于小型、微型計(jì)

60、算機(jī)和外圍設(shè)備連接的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。圍設(shè)備連接的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。 SCSISCSI接口可以支持包括磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)、光接口可以支持包括磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)、光盤驅(qū)動(dòng)器以及掃描儀在內(nèi)的多種外部設(shè)備。盤驅(qū)動(dòng)器以及掃描儀在內(nèi)的多種外部設(shè)備。 SCSISCSI接口實(shí)際上是一種接口實(shí)際上是一種外部并行總線外部并行總線。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，的不同，SCSISCSI接口可以有接口可以有8 8、1616或或3232位數(shù)據(jù)線。位數(shù)據(jù)線。 每個(gè)每個(gè)SCSISCSI設(shè)備都有兩個(gè)連接設(shè)備都有兩個(gè)連接SCSISCSI線纜的接口，一線纜的接口，一個(gè)用于輸入，另一個(gè)用于輸出。個(gè)用于輸入，另一個(gè)用于輸出。 SCSI接口接口由由SCSI控制