計算機組成原理No33章

1、三、系統(tǒng)總線三、系統(tǒng)總線內(nèi)容內(nèi)容3.1 3.1 總線的基本概念總線的基本概念3.2 3.2 總線分類總線分類3.3 3.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)3.4 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)3.5 3.5 總線控制總線控制233.1 3.1 總線的基本概念總線的基本概念n一、總線的概念一、總線的概念n 總線總線是連接各個部件的信息傳輸線，是是連接各個部件的信息傳輸線，是 各個部件共各個部件共享的傳輸介質(zhì)。享的傳輸介質(zhì)。n 總線總線是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互連機構(gòu)，是多個系統(tǒng)功能是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互連機構(gòu)，是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路（白中英）部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路（白中英）

2、n二、總線的連接方式二、總線的連接方式n 通過適配器將外圍設(shè)備同計算機連接起來，實現(xiàn)高速通過適配器將外圍設(shè)備同計算機連接起來，實現(xiàn)高速CPUCPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，完成計算與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，完成計算機和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。機和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。n適配器通常簡稱為適配器通常簡稱為接口接口。43.1 3.1 總線的基本概念總線的基本概念n1. 雙總線結(jié)構(gòu)（以雙總線結(jié)構(gòu)（以CPU為中心）為中心）中央處理中央處理 器器 CPUI/O總線總線M總總線線主存儲器主存儲器 M.MI/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備1I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)

3、備n53.1 3.1 總線的基本概念總線的基本概念n2.2. 單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)n 在單處理器的計算機中，使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接在單處理器的計算機中，使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPUCPU、主存和、主存和I/OI/O設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。n 單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線） CPU M.M 外部外部 設(shè)備設(shè)備1 I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口63.1 3.1 總線的基本概念總線的基本概念n3. 雙總線結(jié)構(gòu)（以存儲器為中心）雙總線結(jié)構(gòu)（以存儲器為中心）n 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 M.M CPU I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備1 外部外部 設(shè)

4、備設(shè)備n I/O接口接口存儲總線存儲總線73.2 總線的分類總線的分類n單處理器系統(tǒng)的總線，大致分為三類：單處理器系統(tǒng)的總線，大致分為三類：n1.內(nèi)部總線：內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算部件之間的總內(nèi)部連接各寄存器及運算部件之間的總線線n2.系統(tǒng)總線：系統(tǒng)總線： CPU、主存和、主存和I/O設(shè)備（通過接口）各大部設(shè)備（通過接口）各大部件之間的互相連接的總線件之間的互相連接的總線 3. 通信總線：通信總線： 用于用于 計算機系統(tǒng)之間計算機系統(tǒng)之間 或或 計算機系統(tǒng)與其計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信。他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信。n分為串行通信和并行

5、通信分為串行通信和并行通信n（I/O總線：中低速總線：中低速I/O設(shè)備間互相連接的總線）設(shè)備間互相連接的總線）87.2 總線的分類總線的分類n系統(tǒng)總線分類：系統(tǒng)總線分類：n 數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線：用來傳輸計算機各功能部件之間的數(shù)據(jù)信息。用來傳輸計算機各功能部件之間的數(shù)據(jù)信息。n DB，雙向，與機器字長、存儲字長有關(guān)，雙向，與機器字長、存儲字長有關(guān)n 地址總線：地址總線：用來傳輸數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)的地址。用來傳輸數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)的地址。n AB，單向，與存儲地址、，單向，與存儲地址、 I/O地址有關(guān)地址有關(guān)n 控制總線：控制總線：用來傳送用來傳送CPU對各個設(shè)備部件的控制信號對各個設(shè)備部件的控制信號及各

6、個設(shè)備部件狀態(tài)反饋信號等。及各個設(shè)備部件狀態(tài)反饋信號等。n CB，單向，單向/雙向雙向93.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)一、總線特性一、總線特性 1、機械特性：機械特性：物理連接方式，包括總線的根數(shù)、排列方物理連接方式，包括總線的根數(shù)、排列方式，總線的插頭、插座的形狀等式，總線的插頭、插座的形狀等 2、電氣特性：電氣特性：定義每一根線上信號的傳遞方向及有效電定義每一根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍。送入平范圍。送入CPU的信號叫輸入信號的信號叫輸入信號(IN)，從，從CPU發(fā)出發(fā)出的信號叫輸出信號的信號叫輸出信號(OUT) 3、功能特性：功能特性：描述總線中每一根線的功能描述總線

7、中每一根線的功能 4、時間特性：時間特性：定義了每根線在什么時間有效，即總線上定義了每根線在什么時間有效，即總線上各信號有效的時序關(guān)系各信號有效的時序關(guān)系103.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)舉例：舉例：RJ-45頭頭Pin #1Pin#8113.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)n五類雙絞線：五類雙絞線：n標(biāo)準標(biāo)準568A：橙白橙白-1，橙，橙-2，綠白，綠白-3，藍，藍-4，藍白，藍白-5，綠綠-6，棕白，棕白-7，棕，棕-8；標(biāo)準標(biāo)準568B：綠白綠白-1，綠，綠-2，橙白，橙白-3，藍，藍-4，藍白，藍白-5，橙橙-6，棕白，棕白-7，棕，棕-8。 n雙絞線的順序與雙絞

8、線的順序與RJ45頭的引腳序號頭的引腳序號-對應(yīng)。對應(yīng)。10M以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的網(wǎng)線使用網(wǎng)線使用1，2，3，6編號的芯線傳遞數(shù)據(jù)，編號的芯線傳遞數(shù)據(jù)，100M以太網(wǎng)以太網(wǎng)的網(wǎng)線使用的網(wǎng)線使用4，5，7，8編號的芯線傳遞數(shù)據(jù)。編號的芯線傳遞數(shù)據(jù)。 n RJ-45對雙絞線的規(guī)定如下對雙絞線的規(guī)定如下 ：n 1、2用于發(fā)送，用于發(fā)送，3、6用于接收，用于接收，4、5，7、8是雙向線。是雙向線。n 1、2線必須是雙絞，線必須是雙絞，3、6雙絞，雙絞，4、5雙絞，雙絞，7、8雙絞。雙絞。 123.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)二、總線的性能指標(biāo)二、總線的性能指標(biāo) 1. 總線寬度總線寬度 2. 傳

9、輸率（帶寬）傳輸率（帶寬） 3. 時鐘同步時鐘同步/異步異步 4. 總線復(fù)用總線復(fù)用 5. 信號線數(shù)信號線數(shù) 6. 總線控制方式總線控制方式 7. 其他指標(biāo)其他指標(biāo)n總線帶寬：總線帶寬：總線本身所能達到的總線本身所能達到的最高最高傳傳輸速率，是衡量總線性能的重要指標(biāo)，輸速率，是衡量總線性能的重要指標(biāo)，單位兆字節(jié)每秒單位兆字節(jié)每秒(MB/s)。n總線帶寬總線傳輸速率吞吐率總線帶寬總線傳輸速率吞吐率n單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量n每秒兆字節(jié)（每秒兆字節(jié)（MB/S）或每秒位）或每秒位（bps）n總線帶寬傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量總線帶寬傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量需要的時間需要的時間n數(shù)據(jù)傳輸速率比特率（數(shù)據(jù)傳輸速率

10、比特率（Bit Rate）n每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)bpsn字符中每個二進制位持續(xù)的時間長度字符中每個二進制位持續(xù)的時間長度都一樣，為數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù)都一樣，為數(shù)據(jù)傳輸速率的倒數(shù)n進行二進制數(shù)碼傳輸，每位時間長度相進行二進制數(shù)碼傳輸，每位時間長度相等：比特率波特率（等：比特率波特率（Baud Rate133.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)n三、三、總線數(shù)據(jù)傳送模式總線數(shù)據(jù)傳送模式n讀讀數(shù)據(jù)傳送：數(shù)據(jù)由從設(shè)備到主設(shè)備數(shù)據(jù)傳送：數(shù)據(jù)由從設(shè)備到主設(shè)備n寫寫數(shù)據(jù)傳送：數(shù)據(jù)由主設(shè)備到從設(shè)備數(shù)據(jù)傳送：數(shù)據(jù)由主設(shè)備到從設(shè)備n猝發(fā)傳送猝發(fā)傳送（數(shù)據(jù)塊傳送）（數(shù)據(jù)塊傳送） 給出起始地

11、址，將固定塊長的數(shù)據(jù)一個接一個地從相給出起始地址，將固定塊長的數(shù)據(jù)一個接一個地從相鄰地址讀出或?qū)懭豚彽刂纷x出或?qū)懭雗寫后讀寫后讀（Read-After-Write） 先寫后讀同一個地址單元，適用于校驗先寫后讀同一個地址單元，適用于校驗n讀修改寫讀修改寫（Read-Modify-Write） 先讀后寫同一個地址單元，適用于共享數(shù)據(jù)保護先讀后寫同一個地址單元，適用于共享數(shù)據(jù)保護n廣播廣播（Broadcast） 一個主設(shè)備對多個從設(shè)備的寫入操作一個主設(shè)備對多個從設(shè)備的寫入操作143.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)四、總線標(biāo)準四、總線標(biāo)準 總線標(biāo)準：總線標(biāo)準：系統(tǒng)與各個模塊、模塊與模塊之間的

12、連接標(biāo)系統(tǒng)與各個模塊、模塊與模塊之間的連接標(biāo)準。準。ISA : 工業(yè)標(biāo)準體系結(jié)構(gòu)工業(yè)標(biāo)準體系結(jié)構(gòu) EISA: 擴展的工業(yè)標(biāo)準體系結(jié)構(gòu)擴展的工業(yè)標(biāo)準體系結(jié)構(gòu) VESA（VL-BUS）: 局部總線標(biāo)準局部總線標(biāo)準PCI： 外設(shè)部件互連標(biāo)準外設(shè)部件互連標(biāo)準 AGP：圖形加速端口：圖形加速端口RS-232C：串行接口標(biāo)準：串行接口標(biāo)準SCSI：小型計算機系統(tǒng)接口：小型計算機系統(tǒng)接口 USB：通用串行總線：通用串行總線 IEEE 1394總線：高速串行總線標(biāo)準接口總線：高速串行總線標(biāo)準接口153.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)nISA : ISA（Industrial Standard Arc

13、hitecture）總線指）總線指IBM公司為適公司為適配配PC/AT而于而于1984年推出的年推出的16位系統(tǒng)總線標(biāo)準，它是當(dāng)初位系統(tǒng)總線標(biāo)準，它是當(dāng)初PC/XT使用使用的的XT總線的擴展，總線的擴展，XT總線共總線共62線，其插卡線，其插卡/插座分插座分A、B兩面，每面兩面，每面31線，其中數(shù)據(jù)線寬線，其中數(shù)據(jù)線寬8位，地址線寬位，地址線寬20位（可對位（可對1MB存儲空間尋址）存儲空間尋址）。XT總線后來又稱總線后來又稱ISA 8總線?？偩€。nISA總線在原總線在原XT總線總線62引線的基礎(chǔ)上再延長出獨立的一段，新增加引線的基礎(chǔ)上再延長出獨立的一段，新增加36線（線（A、B兩面各兩面各1

14、8線），數(shù)據(jù)線擴至線），數(shù)據(jù)線擴至16位，地址線擴至位，地址線擴至24位。位。ISA總線適配總線適配8/16位數(shù)據(jù)總線傳輸要求，與位數(shù)據(jù)總線傳輸要求，與XT總線兼容?？偩€兼容。ISA總線插槽長總線插槽長138.5mm，相鄰引腳距離，相鄰引腳距離2.54mm，基本部分與擴展部分相距，基本部分與擴展部分相距10.16mm。163.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)nISA總線總線n16位系統(tǒng)總線，用于位系統(tǒng)總線，用于IBM PC/AT及其兼容機及其兼容機n由前由前62引腳（引腳（A和和B面）和后面）和后36引腳（引腳（C和和D接面）兩個插接面）兩個插槽組成：槽組成： IBM PC機和機和IB

15、M PC/XT機的機的IBM PC總線總線 前前62個信號，其中個信號，其中8位數(shù)據(jù)總線、位數(shù)據(jù)總線、20位地址總線位地址總線 時鐘頻率時鐘頻率4.77MHz，最快，最快4個時鐘周期傳送個時鐘周期傳送8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) IBM AT機增加部分機增加部分 后后36個信號，個信號，16位數(shù)據(jù)引腳和位數(shù)據(jù)引腳和24位地址引腳位地址引腳 8MHz總線頻率，總線頻率，2個時鐘周期傳送個時鐘周期傳送16位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)nISA總線的主要特性總線的主要特性n 數(shù)據(jù)傳輸速率最高為數(shù)據(jù)傳輸速率最高為8Mbps。n 24根地址線，可尋址根地址線，可尋址16MB存儲空間（存儲空間（000000H0FFFFFFH）。）。n

16、64KB個可尋址的個可尋址的I/O端口（端口（16根地址線，可尋址根地址線，可尋址0000H0FFFFH端口）。端口）。n 一次可進行一次可進行16位或位或8位數(shù)據(jù)存取。位數(shù)據(jù)存取。n 15級硬中斷控制（對應(yīng)兩片級硬中斷控制（對應(yīng)兩片8259A級聯(lián)）。級聯(lián)）。n 7個個DMA通道（對應(yīng)兩片通道（對應(yīng)兩片8237A-5級聯(lián)）。級聯(lián)）。n 可產(chǎn)生可產(chǎn)生I/O等待狀態(tài)。等待狀態(tài)。n 支持多個主控器（支持多個主控器（multi-master）。）。XT總線通常只有總線通常只有CPU是唯一是唯一的主控模塊，其余的都是受控模塊。的主控模塊，其余的都是受控模塊。ISA總線中增加了一條總線中增加了一條mast

17、er信信號引腳，可使號引腳，可使CPU釋放總線（釋放總線（CPU處于高阻狀態(tài)）而由其他主控器處于高阻狀態(tài)）而由其他主控器（諸如（諸如DMA控制器、控制器、DRAM刷新控制器、帶處理器的智能接口控制刷新控制器、帶處理器的智能接口控制卡等）占用總線。但卡等）占用總線。但ISA只支持只支持CPU以外的一個主控器接口卡工作。以外的一個主控器接口卡工作。17181920nPCI插槽插槽21nAGP插槽插槽22233.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)nRS-232C總線標(biāo)準：總線標(biāo)準：n1機械特性機械特性機械特性對接插件的幾何尺寸、引線排列等作了詳細規(guī)機械特性對接插件的幾何尺寸、引線排列等作了詳細

18、規(guī)定。定。 DTE和和DCE是通過接插件連接的。例如是通過接插件連接的。例如EIA RS-232C標(biāo)標(biāo)準為準為25芯插頭座。規(guī)定芯插頭座。規(guī)定DCE用母插座用母插座DTE用公插座，它用公插座，它還可以與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)接口、電報網(wǎng)接口相連。還可以與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)接口、電報網(wǎng)接口相連。 2電氣特性電氣特性電氣連接有三種不同的連接方式，分別有三種不同的標(biāo)電氣連接有三種不同的連接方式，分別有三種不同的標(biāo)準。準。（1）RS-232C，每一條電路采用單端工作方式，所有接，每一條電路采用單端工作方式，所有接口電路都共用一條信號接地線。因此，通過地線的串音干口電路都共用一條信號接地線。因此，通過地線的串音干擾大。為了

19、提高該標(biāo)準的抗干擾能力，規(guī)定了較高的信號擾大。為了提高該標(biāo)準的抗干擾能力，規(guī)定了較高的信號電平。電平。243.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)nRS-232C標(biāo)準規(guī)定驅(qū)動器的輸出電壓為標(biāo)準規(guī)定驅(qū)動器的輸出電壓為5V15V，采用負邏輯定，采用負邏輯定義。義。RS-232C的邏輯的邏輯0電平是電平是+3V+15V，邏輯，邏輯1電平是電平是-3V-15V。（2）RS-423A，非平衡線路，每一路為單端輸出（發(fā)送）；接收為，非平衡線路，每一路為單端輸出（發(fā)送）；接收為差分平衡輸入。發(fā)送通路有兩根線，接收通路也有兩根線，每一個差分平衡輸入。發(fā)送通路有兩根線，接收通路也有兩根線，每一個方向共用一條

20、信號回線。從而使串音干擾減小。方向共用一條信號回線。從而使串音干擾減小。（3）RS-422A，平衡線路，每一條電路均用兩條導(dǎo)線，成各自的信，平衡線路，每一條電路均用兩條導(dǎo)線，成各自的信號回線。電路的發(fā)送與接收分別為差分輸出和差分輸入（均平衡），號回線。電路的發(fā)送與接收分別為差分輸出和差分輸入（均平衡），因而有較強的抗串音干擾能力。因而有較強的抗串音干擾能力。 3功能特性功能特性RS-232C標(biāo)準規(guī)定采用標(biāo)準規(guī)定采用25芯的芯的D型插頭座，這型插頭座，這25個引腳安排都是標(biāo)準個引腳安排都是標(biāo)準的，也就是說每個引腳都規(guī)定了其特殊用途。的，也就是說每個引腳都規(guī)定了其特殊用途。253.3 總線特性及性

21、能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)n 263.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)n 273.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)n 283.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)n 293.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)n 9針連接器和針連接器和25針連接器間的對應(yīng)關(guān)系針連接器間的對應(yīng)關(guān)系 303.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)nSCSI總線總線(Small Computer System Interface)SCSISCSI小型計算機系統(tǒng)接口小型計算機系統(tǒng)接口高速、智能、并行總線接口高速、智能、并行總線接口使用使用5050芯電纜，由芯電纜，由8 8條數(shù)據(jù)線、一條奇偶校驗

22、線、條數(shù)據(jù)線、一條奇偶校驗線、9 9條控制條控制線等組成線等組成以菊花鏈形式最多可連接以菊花鏈形式最多可連接8 8臺設(shè)備臺設(shè)備采用分布式總線仲裁策略，每個采用分布式總線仲裁策略，每個SCSISCSI設(shè)備有唯一設(shè)備號設(shè)備有唯一設(shè)備號ID0ID07 7nSCSI-2SCSI-2擴充了擴充了SCSISCSI的命令集，采用的命令集，采用6868芯電纜，提高了數(shù)芯電纜，提高了數(shù)據(jù)傳輸率據(jù)傳輸率nSCSI-3SCSI-3標(biāo)準允許總線上連接的設(shè)備由標(biāo)準允許總線上連接的設(shè)備由8 8個提高到個提高到1616個，可個，可支持支持1616位數(shù)據(jù)傳輸位數(shù)據(jù)傳輸313.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)nIEEE

23、 1394總線總線n高速串行總線標(biāo)準接口，適合視頻等家電消費類設(shè)備的連高速串行總線標(biāo)準接口，適合視頻等家電消費類設(shè)備的連接，俗稱火線接，俗稱火線Fire Wiren具有數(shù)據(jù)傳送的高速性具有數(shù)據(jù)傳送的高速性 數(shù)據(jù)傳輸率：數(shù)據(jù)傳輸率：100Mb/s、200Mb/s、400Mb/sn具有數(shù)據(jù)傳送的實時性具有數(shù)據(jù)傳送的實時性 保證多媒體數(shù)據(jù)（圖像和聲音）傳送的連續(xù)保證多媒體數(shù)據(jù)（圖像和聲音）傳送的連續(xù)n體積小易安裝，連接方便體積小易安裝，連接方便 使用使用6芯電纜芯電纜 支持熱插入（帶電插拔）支持熱插入（帶電插拔）32 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n一、一、單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)n在單處理器的計算機中，使用

24、一條單一的系統(tǒng)總線來連接在單處理器的計算機中，使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、主、主存和存和I/O設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。n要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運行，以便在某些設(shè)備需要要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運行，以便在某些設(shè)備需要使用總線時能迅速獲得總線控制權(quán)；當(dāng)不再使用總線時，能迅速放使用總線時能迅速獲得總線控制權(quán)；當(dāng)不再使用總線時，能迅速放棄總線控制權(quán)。棄總線控制權(quán)。單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線） CPU M.M 外部外部 設(shè)備設(shè)備1 I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口33 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)二、多總線結(jié)構(gòu)二、多總線結(jié)構(gòu)n1、

25、雙總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)具有特殊功能的處理器具有特殊功能的處理器由通道對由通道對I/O統(tǒng)一管理統(tǒng)一管理通道通道 I/O接口接口 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口 設(shè)備設(shè)備0 CPU主存主存存儲總線存儲總線I/O總線總線34 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n2、 三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)存儲總線存儲總線DMADMA總線總線I/O總線總線 CPU 主存主存設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備n高速外設(shè)高速外設(shè)I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口35 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n2、總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)早期簡單總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)早期簡單總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu) CPU存儲器模塊存儲器模塊輸入設(shè)備輸入設(shè)備接口接口輸出設(shè)備輸出設(shè)備接口接口

26、數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線控制線控制線36 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n簡單總線結(jié)構(gòu)的不足：簡單總線結(jié)構(gòu)的不足：n 第一：第一：CPUCPU是總線上是總線上惟一的惟一的主控者。主控者。n 第二：總線信號是第二：總線信號是CPUCPU引腳信號的延伸，故總線結(jié)構(gòu)緊密引腳信號的延伸，故總線結(jié)構(gòu)緊密與與CPUCPU相關(guān)，相關(guān)，通用性較差通用性較差。n 當(dāng)代總線追求與結(jié)構(gòu)、當(dāng)代總線追求與結(jié)構(gòu)、CPUCPU、技術(shù)、技術(shù)無關(guān)無關(guān)的開發(fā)標(biāo)準。的開發(fā)標(biāo)準。37 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n當(dāng)代總線構(gòu)成：當(dāng)代總線構(gòu)成：n 總線控制器：完成幾個總線請求者之間的協(xié)調(diào)與仲裁?？偩€控制器：完成幾個總線請求者之間的協(xié)調(diào)與仲裁。n

27、 數(shù)據(jù)傳送總線：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線。數(shù)據(jù)傳送總線：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線。n 仲裁總線：總線請求線、總線授權(quán)線。仲裁總線：總線請求線、總線授權(quán)線。n 中斷和同步總線：中斷請求線和中斷認可線。中斷和同步總線：中斷請求線和中斷認可線。n 公用線：時鐘信號線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線等。公用線：時鐘信號線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線等。38 3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)n當(dāng)代流行的總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)代流行的總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU-CACHECPU-CACHE模塊模塊存儲器存儲器模塊模塊I/OI/O接口接口總線控制器總線控制器數(shù)據(jù)傳送總線（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線）數(shù)據(jù)傳送總線（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線）仲裁總線（

28、仲裁總線（BRBR、BGBG）中斷和同步總線中斷和同步總線公用線（時鐘信號、電源公用線（時鐘信號、電源/ /地線、地線、）393.5 總線控制總線控制n主設(shè)備主設(shè)備(Master)：控制總線完成數(shù)據(jù)傳輸：控制總線完成數(shù)據(jù)傳輸n從設(shè)備從設(shè)備(Slave)：被動實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換：被動實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換n總線控制又稱總線仲裁。包括判優(yōu)控制和通信控制?？偩€控制又稱總線仲裁。包括判優(yōu)控制和通信控制。n一、總線判優(yōu)控制一、總線判優(yōu)控制n 判優(yōu)控制：決定當(dāng)前控制總線的主設(shè)備判優(yōu)控制：決定當(dāng)前控制總線的主設(shè)備 集中式：中央判優(yōu)器負責(zé)集中式：中央判優(yōu)器負責(zé) 分布式：由各個主設(shè)備仲裁號決定分布式：由各個主設(shè)備仲裁號決定n

29、中央中央處理器處理器設(shè)備接口設(shè)備接口0設(shè)備接口設(shè)備接口1設(shè)備接口設(shè)備接口N312403.5 總線控制總線控制n某一時刻，只能有一個主設(shè)備控制總線，其它設(shè)備此時可某一時刻，只能有一個主設(shè)備控制總線，其它設(shè)備此時可以作為從設(shè)備。以作為從設(shè)備。n某一時刻，只能有一個設(shè)備向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，但可以有多某一時刻，只能有一個設(shè)備向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，但可以有多個設(shè)備從總線接收數(shù)據(jù)。個設(shè)備從總線接收數(shù)據(jù)。n集中式判優(yōu)（仲裁）：鏈式查詢、計數(shù)器定時查詢、獨立集中式判優(yōu)（仲裁）：鏈式查詢、計數(shù)器定時查詢、獨立請求三種方式。請求三種方式。413.5 總線控制總線控制n1、鏈式查詢方式、鏈式查詢方式總總線線控控制制部部件件I

30、/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口nBG數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BS -總線忙總線忙BR-總線請求總線請求BG-總線同意總線同意I/O接口接口1423.5 總線控制總線控制n特點特點:n 離總線控制部件最近的設(shè)備優(yōu)先權(quán)最高離總線控制部件最近的設(shè)備優(yōu)先權(quán)最高n 控制線路簡潔控制線路簡潔n 設(shè)備擴充容易設(shè)備擴充容易n 對電路故障敏感度高對電路故障敏感度高n 優(yōu)先權(quán)低的設(shè)備獲取總線控制權(quán)難度大優(yōu)先權(quán)低的設(shè)備獲取總線控制權(quán)難度大433.5 總線控制總線控制2. 計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式 0BS -總線忙總線忙BR-總線請求總線請求總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線

31、地址線I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n設(shè)備地址設(shè)備地址I/O接口接口1 計數(shù)器計數(shù)器設(shè)備地址設(shè)備地址 1443.5 總線控制總線控制n特點特點:n 計數(shù)可以從計數(shù)可以從0開始，按設(shè)備優(yōu)先級開始，按設(shè)備優(yōu)先級0,1.n順序固定降序順序固定降序排列排列n計數(shù)可以從上次計數(shù)終點開始開始計數(shù)可以從上次計數(shù)終點開始開始,即可以采用循環(huán)方式，即可以采用循環(huán)方式，各個設(shè)備的優(yōu)先級相同各個設(shè)備的優(yōu)先級相同n計數(shù)器處值可設(shè)置，即優(yōu)先級次序可以修改計數(shù)器處值可設(shè)置，即優(yōu)先級次序可以修改n對電路故障敏感度不如查詢方式，對電路故障敏感度不如查詢方式，n與鏈式查詢相比，增加了設(shè)備地址線，控制較復(fù)

32、雜與鏈式查詢相比，增加了設(shè)備地址線，控制較復(fù)雜453.5 總線控制總線控制n3. 獨立請求方式獨立請求方式總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0 I/O接口接口1I/O接口接口nBR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-總線同意總線同意BR-總線請求總線請求排隊器排隊器排隊器排隊器463.5 總線控制總線控制n特點：特點：n 響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快n 優(yōu)先次序控制靈活優(yōu)先次序控制靈活n控制線路多，總線控制復(fù)雜控制線路多，總線控制復(fù)雜473.5 總線控制總線控制二、總線通信控制二、總線通信控制n1. 目的：解決通信雙方目的：解決通信雙方 協(xié)調(diào)配合協(xié)調(diào)配合 問題問題 2.

33、總線傳輸周期總線傳輸周期n 完成一次總線操作的時間稱為總線周期。完成一次總線操作的時間稱為總線周期。n 總線周期分為四個階段：總線周期分為四個階段：n 申請分配階段、尋址階段、傳送階段和結(jié)束階段申請分配階段、尋址階段、傳送階段和結(jié)束階段n3. 總線通信的四種方式：總線通信的四種方式：n （1）同步通信）同步通信n 通信雙方由統(tǒng)一時標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳送。時標(biāo)可以由通信雙方由統(tǒng)一時標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳送。時標(biāo)可以由CPU總線控制總線控制器發(fā)出，也可由每個部件的時序發(fā)生器發(fā)出，但必須由總線控制部器發(fā)出，也可由每個部件的時序發(fā)生器發(fā)出，但必須由總線控制部件發(fā)出的時鐘進行同步。件發(fā)出的時鐘進行同步。n 特點：特點：通信雙方規(guī)定明確、統(tǒng)一。需要按最慢部件公共設(shè)計時通信雙方規(guī)定明確、統(tǒng)一。需要按最慢部件公共設(shè)計時鐘，會影響總線效率。鐘，會影響總線效率。483.5 總線控制總線控制n（2）異步通信）異步通信 采用采用 應(yīng)答方式，沒有公共時鐘標(biāo)準，允許各模塊速度不一致。應(yīng)答方式，沒有公共時鐘標(biāo)準，允許各模塊速度不一致。 分為不互鎖、半互鎖和全互鎖三種。分為不互鎖、半互鎖和全互鎖三種。 （3）半同步通信）半同步通信 同步通信和異步通信的結(jié)合。同步通信和異步通信的結(jié)合。 同步同步 發(fā)送方用系統(tǒng)時鐘前沿發(fā)信號發(fā)送方用系統(tǒng)時鐘前沿發(fā)信號 接收方接收方 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 時鐘后沿時鐘后沿