電子商務時代的企業(yè)管理

1、計算機組成與結(jié)構(gòu)Computer Organization and Architecture (第四章) 顧 浩 趙寶華 2004.110/14/20221目錄4.1總線工作作原理4.2幾種系統(tǒng)統(tǒng)總線標標準4.3幾種系統(tǒng)統(tǒng)總線標標準2/11/20202序總線是能由多多個部件件分時共享享的公共信信息傳送送線路.分時和共共享是總總線的兩兩個基本本特性.共享:指多個部部件連接接在同一一組總線線上,各部件間間交換的的信息都都可通過過總線傳傳送.分時:指同一時時刻總線線只能在在一對部部件間傳傳送信息息.一個系統(tǒng)統(tǒng)的總線線結(jié)構(gòu)決決定了該該計算機機系統(tǒng)的的數(shù)據(jù)通通路用系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu).因此,總線結(jié)構(gòu)構(gòu)的帶寬寬和

2、結(jié)構(gòu)構(gòu)對系統(tǒng)統(tǒng)性能有有很大影影響.2/11/202034.1總總線工工作原理理4.1.1總總線通信信的定時時方式總線通信信的定時時方式:指采用一一定方式式,讓接收端端知道發(fā)發(fā)送端信信息的始始發(fā)和結(jié)結(jié)束時間間.按定時方方式不同同,可把通信信過程分分成同步和異步通信信兩種.1.同步通信信:(1)特點:各部件都都用一個個公共的的時鐘信信號進行行同步控控制,時鐘信號號由CPU發(fā)出,發(fā)送到每每一個部部件(設備).t0時刻:將CPU產(chǎn)生的設設備地址址放在地地址總線線上,并經(jīng)控制制線指出出操作性性質(zhì)(R/W內(nèi)存或R/WI/O設備).t1時刻:CPU發(fā)讀信號號命令;t2時刻:設備把數(shù)數(shù)據(jù)放DB上,CPU在T3

3、中進行數(shù)數(shù)據(jù)選通通,將數(shù)接收收到自己己的寄存存器.t3時刻:CPU的讀命令令和設備備數(shù)據(jù)信信號結(jié)束束.t4時刻:總線周期期結(jié)束.可開始新新數(shù)據(jù)的的傳送.圖4.12/11/202044.1.1總總線通信信的定時時方式(2)優(yōu)點:模塊間配配合簡單單,步調(diào)一致致.傳輸頻率率較高.(3)缺點:對所有模模塊有嚴嚴格的時時限要求求,故缺乏靈靈活性.2.異步通信信:也叫應答答方式(1)特點:無統(tǒng)一時時鐘和固固定的時時間標準準,靠請求應答方式式(handshaking)進行同步步控制,以實現(xiàn)不不同速度度間的數(shù)數(shù)據(jù)傳送送.(2)三種應答答關系:全互鎖:兩設備間間的”請求”和”應答”,互為制約約.半互鎖:設備2自

4、行決定定應答信信號撤消消與否.不互鎖:兩設備間間的”請求”和”應答”信號均有有一定時時間寬度度,何時結(jié)束束不互鎖鎖.主模塊從從模模塊請求應答2/11/202054.1.2總總線的組組成與仲仲裁1.總線的組組成:(1)傳輸線地址線線:決定直接接尋址范范圍.數(shù)據(jù)線:決定數(shù)據(jù)據(jù)寬度.控制,時序和中中斷信號號線:決定總線線功能強強弱,適應性好好壞.電源線:決定電源源種類,地線分布布及用法法.備用線:留給用戶戶進行性性能擴充充,滿足特殊殊需要.(2)接口邏輯輯:需三態(tài)門門和緩沖沖寄存器器作為它它們的接接口.(3)總線控制制器:對各設備備對總線線的使用用進行合合理的分分配和管管理.2/11/202062.

5、總總線的急急用與仲仲裁總線主設設備:對總線有有控制權權.總線從設設備:對總線無無控制權權.總線通信信原則:通信前由由主模塊塊發(fā)請求求;同一時刻刻只允許許一對模模塊間通通信;模塊同時時使用總總線時,應由總線線控制器器中的判判優(yōu)和仲仲裁邏輯輯按判優(yōu)優(yōu)原則決決定哪個個模塊使使用總線線.總線判優(yōu)優(yōu)方式:集中式總線控制制邏輯集集中的一一處；分布式總線控制制邏輯分分布在連連接總線線的各部部件或設設備中.2/11/20207集中控制制的三種種常見優(yōu)優(yōu)先權仲仲裁方式式(1)鏈式查詢詢方式:用3條控制線線進行控控制:BS(總線忙);BR(總線講求求);BG(總線允許許).特征:將BG串行地從從一部件件(I/O接

6、口)送到下一一個部件件,直到到達達有請求求的部件件為止.優(yōu)先權位位置:離總線控控制器最最近的部部件具有有最高使使用權,離它越遠遠,優(yōu)先權越越低.電路:鏈式查詢詢靠接口口的優(yōu)先先權排隊隊電路實實現(xiàn).(2)計數(shù)器定定時查詢詢方式:總線上的的任一設設備要求求使用總總線時,通過BR線發(fā)出總總線請求求.中央仲裁裁器接到到請求信信號以后后,在BS線為”0”的情況下下讓計數(shù)數(shù)器開始始計數(shù),計數(shù)值通通過一組組地址線線發(fā)向各各設備.每個設備備接口都都有一個個設備地地址判別別電路,當?shù)刂肪€線上的計計數(shù)值與與請求總總線的設設備地址址相一致致時,該設備置置“1”BS線,獲得了總總線使用用權,此時中止止計數(shù)查查詢。圖4

7、.32/11/20208(3)獨獨立請求求方式工作原原理:每一個共共享總線線的設備備均有一一對總線線請求線線BRi和總線授授權線BGi.當設備要要求使用用總線時時,便發(fā)出該該設備的的請求信信號.總線控制制器中的的排隊電電路決定定首先響響應哪個個設備的的請求,給設備以以授權信信號BGi。優(yōu)點：響應時時間快,確定優(yōu)先先響應的的設備所所花費的的時間少少,用不著一一個設備備接一個個設備地地查詢。其次,對優(yōu)先次次序的控控制相當當靈活，可以預預先固定定也可以以通過程程序來改改變優(yōu)先先次序;還可以用用屏蔽(禁止)某個請求求的辦法法,不響應來來自無效效設備的的請求。三種方方法控制制線數(shù)目目的比較較:鏈式查詢詢

8、方式只用二根根線。計數(shù)器定定時查詢詢方式大致用2n根線,n是允許接接納的最最大部件件數(shù)。獨立請求求方式要用2n根線.2/11/202094.1.3總總線特性性與性能能指標從結(jié)構(gòu)上上,總線由母母線框架架和各部部件的插插板組成成.1.總線特性性(1)機械(物理)特性:指總線的的物理連連接方式式,包括總線線的根數(shù)數(shù),總線的插插頭、插座的形形狀,引腳線的的排列方方式等。(2)電氣特性性:定義每一一根線上上信號的的傳遞方方向及有有效電平平范圍.送入CPU的信號叫叫輸入信信號(IN),從CPU發(fā)出的信信號叫輸輸出信號號(OUT)。(3)功能特性性:描述總線線中每一一根線的的功能,有DB,AB和CB.(4)

9、時間特性性:定義了每每根線在在什么時時間有效效.規(guī)定了總總線上各各信號有有效的時時序關系系,CPU才能正確確無誤地地使用。2.總線的性性能指標標:計算機總總線技術術包括通通路控制制性能,使用方法法,仲裁方法法和傳輸輸方式等等.2/11/2020102.總線的性性能指標標(1)總線寬度度:即傳送寬寬度,指一次總總線操作作中通過過總線傳傳送的數(shù)數(shù)據(jù)位數(shù)數(shù)(bit).常用8.16.32.64等.(2)總線周期期:指一次總總線操作作中所用用的時間間.(3)總線帶寬寬(標準傳輸輸率):指總線上上每秒傳傳輸?shù)淖钭畲笞止?jié)節(jié)數(shù),用MB/S表示.帶寬計算算公式:Dr=D/T=Df;式中T是時鐘周周期T=1/f,

10、D為一個總總線周期期傳送的的數(shù)據(jù)量量.(4)總線工作作的時鐘鐘頻率:總線工作作的頻率率越高,帶寬越寬寬.(5)多路(分時)復用技術術:即地址和和數(shù)據(jù)線線共用一一物理線線路.(6)總線控制制方式:含突發(fā)傳傳輸,并發(fā)工作作,自動配置置,仲裁方式式,邏輯方式式和計數(shù)數(shù)方式等等.(7)其它:如同步方方式,信號線數(shù)數(shù),負載能力力和電源源電壓等等.2/11/2020113.總線線的標準準化相同的指指令系統(tǒng)統(tǒng),相同的功功能,不同廠家家生產(chǎn)的的各功能能部件在在實現(xiàn)方方法上幾幾乎沒有有相同的的,但各廠家家生產(chǎn)的的相同功功能部件件卻可以以互換使使用,其原因在在于它們們都遵守守了相同同的系統(tǒng)統(tǒng)總線的的要求,這就是系

11、系統(tǒng)總線線的標準化問問題。(1)即插即用用(plugandplay)功能:簡稱PnP.即背后設設備只需需簡單插插入便可可運行,無需用戶戶撥動開開關或安安裝軟件件等.PnP功能主要要取決于于微機的的系統(tǒng)總總線結(jié)構(gòu)構(gòu),有的總線線提供較較完善的的功能.2/11/2020124.1.4總總線分類類無統(tǒng)一的的分類方方法,但可從不不同角度度分類:1.按照總線線傳遞的的內(nèi)容分分類:地址總線線(AB);數(shù)據(jù)總線線(DB)和控制總總線(CB).2.按總線所所處位置置分類:(1)片內(nèi)總線線:位于CPU芯片內(nèi)部部用于寄寄存器,ALU及各控制制部件間間傳輸信信號的總總線.(2)片外總線線:位于CPU芯片外部部用于連連

12、接CPU,MM和I/O設備的總總線.3.按總線在在系統(tǒng)中中連接的的主要部部件分類類:存儲總線線; DMA總線;系統(tǒng)總線線;設備總線線.2/11/2020134.按系系統(tǒng)中使使用的總總線數(shù)量量分類(1)單總線結(jié)結(jié)構(gòu):特點:在許多單單處理器器的計算算機中,使用一條條單一的的系統(tǒng)總總線來連連接CPU、主存和I/O設備,叫做單總總線結(jié)構(gòu)構(gòu).即所有的的模塊都都掛在同同一組總總線上.優(yōu)點:連接靈活活,便于擴充充.缺點:因所有信信息公用用一總線線,信息傳輸輸吞吐量量受限制制.(2)雙總線結(jié)結(jié)構(gòu):形成以存存儲器為為中心的的雙總線線結(jié)構(gòu).優(yōu)點:保持了單單總線系系統(tǒng)簡單單,易于擴充充的優(yōu)點點,但又在CPU和主存之

13、之間專門門設置了了一組高高速的存存儲總線線,使CPU可通過專專用總線線與存儲儲器交換換信息,并減輕了了系統(tǒng)總總線的負負擔,同時主存存仍可通通過系統(tǒng)統(tǒng)總線與與外設之之間實現(xiàn)現(xiàn)DMA操作,而不必經(jīng)經(jīng)過CPU.缺點:以增加硬硬件為代代價。2/11/202014(3)三三總線和和多總線線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):它是在雙雙總線系系統(tǒng)的基基礎上增增加DMA總線形成成的,此舉是為為了在主主存與高高速設備備(如磁盤)間進行高高速成批批的數(shù)據(jù)據(jù)傳送.這種結(jié)構(gòu)構(gòu)的硬件代價價更大.分級的三三總線結(jié)結(jié)構(gòu):一般用于于I/O設備性能能相差不不大的情情況.四總線結(jié)結(jié)構(gòu):在高速設設備間設設立一條條單獨的的高速總總線,見圖4.9.2/11/

14、2020154.2幾幾種系系統(tǒng)總線線標準系統(tǒng)總線線連接同一一臺計算算機系統(tǒng)統(tǒng)各部件件的總線線.4.2.1ISA(Industry Standard Architecture,工業(yè)標準準體系結(jié)結(jié)構(gòu))總線ISA-8(XT總線)ISA-16(AT總線)ISA-16總線的每每個插槽槽由一個個長槽和和一個短短槽組成成.長槽與XT兼容的62個引腳,每列有31個引腳,編號為A1A31和B1B31;短槽每列列有18個引腳,編號為C1C18和D1D18.引腳定義義見表4.2.4.4.2微通道結(jié)結(jié)構(gòu)MCA和EISA1.MCA:1987年由IBM推出PS/2系統(tǒng)時,采用的32位的微機機總線.因采用封封閉策略略,沒把

15、技術術公開,且與ISA不兼容.2.EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture,擴充工業(yè)業(yè)標準體體系結(jié)構(gòu)構(gòu))總線32位總線,與ISA完全兼容容.最大數(shù)據(jù)據(jù)傳輸頻頻率可達達33Mb/s2/11/2020164.2.3PCI(PeripheralComponent Interconnect)外外設部件件互連總總線PCI總線位于于高速外外設與CPU之間.是由INTEL公司提出出的局部部總線標標準.版本從V1.0,V2.1到V2.2.其中,V2.2的性能:1.性能:位寬總總線線工作頻頻率最最大帶寬寬PCI2.232位3M/66M133/266MB/S(是ISA的3

16、3倍)（主流）64位3M/66M266/533MB/S2.特點:見P159.3.插座形狀狀和引腳腳:為白色矩矩形插座座.總引線數(shù)數(shù)120條基本引腳腳50根可選引腳腳51根2/11/2020174.2.4AGP(AcceleratedGraohicPort)總線線AGP總線PCI總線ISA總線1.概述:AGP是一種為為提高視視頻帶寬寬而設計計的總線線規(guī)范.目的是為大大幅度提提高高檔檔微機處處理圖形形(尤其是3D)的能力.2.性能特點點:見P160.3.形狀和引引線:褐色插座座,一塊主板板只有一一個,只能插顯顯卡.CPUL2北橋顯卡主存(紋紋理數(shù)據(jù)據(jù))南橋PCI卡卡PCI卡卡ISA卡卡ISA卡卡I

17、SA卡卡CPU總線2/11/2020184.3幾幾種設設備總線線標準總線技術術是用于連連接部件件或設備備.接口技術術是主機與與某外設設的適配配器,解決兩者者間的電壓壓等級,信號形式式和速度度匹配.不同的接接口是不不通用的的.4.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口口標準1.EIA-RS232(1)概述:RS-232是美國電電子工業(yè)業(yè)協(xié)會EIA于20世紀60年代正式式公布的的串行總總線標準準,也是目前前最常用用的串行行接口標標準.用于實現(xiàn)現(xiàn)計算機機間,計算機與與外設間間的數(shù)據(jù)據(jù)通信.(2)性能指標標:最高傳輸輸速率19.2kb/s;Dmax15m.使用DB-25連接器.主信道:15條

18、,帶*者(3)標準接口口信號:共三組輔輔信信道:5條,低速未使用和和備份:5根設備或部部件的連接技技術不全用常用8根2/11/2020194.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口口標準2.RS-449接口標準準(1)概述:是EIA于1977年制定的的串行接接口標準準.于1980年成為美美國標準準.電氣標準準由RS-422A或RS-423A定義.(2)機械性能能:規(guī)定37和9腳兩種接接口連接接器.(3)電氣性能能:依據(jù)RS-422A(平衡方式式)和RS-423A(非平衡方方式)及RS-485電氣標準準.(4)性能指標標:最高傳輸輸速率100kb/s;Dmax2000m.2/11/20

19、20204.3.2IDE接接口與SCSI接口總總線常用硬盤盤和IDE用于微機機。光驅(qū)接口口SCSI用于工作作站/服務器或或小型機機。1.IDE和EIDE接口:(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics,集成設備備電子部部件)于1989年被ANSI(美國標準準協(xié)會)認可為ATA(Advanced TechnologyAttachment,高級技術術配件),IDE和ATA實際上是是硬盤接接口技術術的不同同描述.最大特點點:是把控制制器集成成到驅(qū)動動器內(nèi).三點限制制:數(shù)據(jù)傳輸率1.5MB/s;最多接2個硬盤;支持的硬硬盤最大大容量為為528MB.2/11/2020214.3

20、.2IDE接接口與SCSI接口總總線(2)EIDE(ATA-2):或稱FAST SCSI,它將最高高傳輸率率提高至至132.8Mb/s,同時引進進了LBA(LogicalBlockArrdess)地址轉(zhuǎn)換換方式,突破了528MB的限制,可支持高高達8.1GB的硬盤.(3)UitraDMA/33/66/100/133:最高傳輸輸率達133Mb/s,硬盤容量量達137GB.2.SCSI(SmallComputerSystem Interface)總線:即小型計計算機系系統(tǒng)接口口,是系統(tǒng)級級基于通道道的接口,其設計思思想來源源于IBM大型機系系統(tǒng)的I/O通道結(jié)構(gòu)構(gòu),廣泛用于于服務器器和圖形形工作站站

21、.可連接硬硬盤,光驅(qū),掃描儀,打印機等等.3.版本:SCSI-15MB/SSCSI-2（FAST SCSI）10MB/SSCSI-2（WIDE SCSI）20MB/SSCSI-3UltraWideSCSI(16位）40MB/S2/11/2020222.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCSI(32位）80MB/SSCSI-3Ultra2SCSI(16位）80MB/SSCSI-3Ultra3SCSI Ultra 160/m160MB/S4.主要特性性(1)SCSI是系統(tǒng)級級的標準準輸入/出總線接接口由8條數(shù)據(jù)線線,一條奇偶偶校驗線線,9條控制線線組成.使用50芯電纜,以菊花鏈鏈形式最最

22、多可連連接8臺設備。(2)支持多任任務并行行操作,有總線仲仲裁功能能.(3)可以同步步/異步方式式工作.(4)有兩種輸輸出方式式:單端(Dmax=6m)和差分(Dmax=25m)(5)SCSI設備之間間是一種種對等關關系,而不是主主從關系系. SCSI設備分為為啟動設設備(發(fā)命令的的設備)和目標設設備(接受并響響應命令令的設備備),它們用高高級命令令通信,方便,靈活.2/11/2020234.3.3USB(UniversalSerialBus)總線1.概述:USB總線由IBM,Intel,Microsoft等7家公司聯(lián)聯(lián)合開發(fā)發(fā),版本由USB0.9(1995年)USB1.1(1998年)USB

23、2.0USB1.1與USB2.0的性能比比較2.特點:(1)使用方便便,可連多個個 設備備,且熱插拔拔.軟件可自自動啟動動.不涉及IRQ沖突.(2)速度快,可高達480Mb/s.(3)連接靈活活,用HUB可最多可可連127個.(4)獨立供電電(5)支持多媒媒體版本速率Mb/s接點數(shù)接點間距離/m拓撲結(jié)構(gòu)支持系統(tǒng)支持特性信號線數(shù)USB 1.1USB 2.01248012712755星形星形W95以上,OS/2W98以上PnP,熱插拔PnP,熱插拔4/94/92/11/2020243.拓撲撲結(jié)構(gòu)存在問題題:理論上能能連127個設備,實際只能能連34個.串聯(lián)時,會出現(xiàn)電電力不足足的問題題.3.拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu):主控器具具有根集集線器功功能,具有24個USB端口,采用”級聯(lián)”方式連接接.最大串接接能力為為5個HUB級聯(lián),最長擴展展連接能能力為30m.4.USB的接口接接頭USB用矩形插插座和插插頭,有4針和9針兩種.目前常用用4針.其中:引腳1+5V電源引腳腳。引腳2數(shù)據(jù)輸入入/數(shù)據(jù)同步步引腳RD。引腳3信號接地地引腳GND。引腳4數(shù)據(jù)輸出出/時鐘同步步引腳TD。2/11/2020255.USB系統(tǒng)統(tǒng)總線結(jié)結(jié)構(gòu)客戶驅(qū)動動程序:與特定USB設備通信信,由USB設備商或或作為操作系系統(tǒng)一部部分提供供.USB驅(qū)動程序序:作為OS中支持USB設備的驅(qū)驅(qū)動程序序.通