電子商務時代的企業(yè)管理課件

計算機組成與結構ComputerOrganizationandArchitecture(第四章)顧浩趙寶華

2004.12022/12/2912022/12/291目錄4.1總線工作原理4.2幾種系統(tǒng)總線標準4.3幾種系統(tǒng)總線標準2022/12/292目錄4.1總線工作原理2022/12/292序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.分時和共享是總線的兩個基本特性.共享:指多個部件連接在同一組總線上,各部件間交換的信息都可通過總線傳送.分時:指同一時刻總線只能在一對部件間傳送信息.一個系統(tǒng)的總線結構決定了該計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路用系統(tǒng)結構.因此,總線結構的帶寬和結構對系統(tǒng)性能有很大影響.2022/12/293序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.20224.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信的定時方式:指采用一定方式,讓接收端知道發(fā)送端信息的始發(fā)和結束時間.按定時方式不同,可把通信過程分成同步和異步通信兩種.1.同步通信:(1)特點:各部件都用一個公共的時鐘信號進行同步控制,時鐘信號由CPU發(fā)出,發(fā)送到每一個部件(設備).●t0時刻:將CPU產(chǎn)生的設備地址放在地址總線上,并經(jīng)控制線指出操作性質(R/W內(nèi)存或R/WI/O設備).●t1時刻:CPU發(fā)讀信號命令;●t2時刻:設備把數(shù)據(jù)放DB上,CPU在T3中進行數(shù)據(jù)選通,將數(shù)接收到自己的寄存器.●t3時刻:CPU的讀命令和設備數(shù)據(jù)信號結束.●t4時刻:總線周期結束.可開始新數(shù)據(jù)的傳送.圖4.12022/12/2944.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信4.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步調(diào)一致.傳輸頻率較高.(3)缺點:對所有模塊有嚴格的時限要求,故缺乏靈活性.2.異步通信:也叫應答方式(1)特點:無統(tǒng)一時鐘和固定的時間標準,靠請求—應答方式(handshaking)進行同步控制,以實現(xiàn)不同速度間的數(shù)據(jù)傳送.(2)三種應答關系:●全互鎖:兩設備間的”請求”和”應答”,互為制約.●半互鎖:設備2自行決定應答信號撤消與否.●不互鎖:兩設備間的”請求”和”應答”信號均有一定時間寬度,何時結束不互鎖.主模塊從模塊請求應答2022/12/2954.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步4.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:(1)傳輸線●地址線:決定直接尋址范圍.●數(shù)據(jù)線:決定數(shù)據(jù)寬度.●控制,時序和中斷信號線:決定總線功能強弱,適應性好壞.●電源線:決定電源種類,地線分布及用法.●備用線:留給用戶進行性能擴充,滿足特殊需要.(2)接口邏輯:需三態(tài)門和緩沖寄存器作為它們的接口.(3)總線控制器:對各設備對總線的使用進行合理的分配和管理.2022/12/2964.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:2022/12/2.總線的急用與仲裁總線主設備:對總線有控制權.總線從設備:對總線無控制權.總線通信原則:●通信前由主模塊發(fā)請求;●同一時刻只允許一對模塊間通信;●模塊同時使用總線時,應由總線控制器中的判優(yōu)和仲裁邏輯按判優(yōu)原則決定哪個模塊使用總線.總線判優(yōu)方式:集中式—總線控制邏輯集中的一處；分布式—總線控制邏輯分布在連接總線的各部件或設備中.2022/12/2972.總線的急用與仲裁總線主設備:對總線有控制權.2022/集中控制的三種常見優(yōu)先權仲裁方式(1)鏈式查詢方式:用3條控制線進行控制:BS(總線忙);BR(總線講求);BG(總線允許).特征:將BG串行地從一部件(I/O接口)送到下一個部件,直到到達有請求的部件為止.優(yōu)先權位置:離總線控制器最近的部件具有最高使用權,離它越遠,優(yōu)先權越低.電路:鏈式查詢靠接口的優(yōu)先權排隊電路實現(xiàn).(2)計數(shù)器定時查詢方式:總線上的任一設備要求使用總線時,通過BR線發(fā)出總線請求.中央仲裁器接到請求信號以后,在BS線為”0”的情況下讓計數(shù)器開始計數(shù),計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設備.每個設備接口都有一個設備地址判別電路,當?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設備地址相一致時,該設備置“1”BS線,獲得了總線使用權,此時中止計數(shù)查詢。

圖4.32022/12/298集中控制的三種常見優(yōu)先權仲裁方式(1)鏈式查詢方式:用3條控(3)獨立請求方式●工作原理:每一個共享總線的設備均有一對總線請求線BRi和總線授權線BGi.當設備要求使用總線時,便發(fā)出該設備的請求信號.總線控制器中的排隊電路決定首先響應哪個設備的請求,給設備以授權信號BGi?！駜?yōu)點：響應時間快,確定優(yōu)先響應的設備所花費的時間少,用不著一個設備接一個設備地查詢。其次,對優(yōu)先次序的控制相當靈活，可以預先固定也可以通過程序來改變優(yōu)先次序;還可以用屏蔽(禁止)某個請求的辦法,不響應來自無效設備的請求?！袢N方法控制線數(shù)目的比較:鏈式查詢方式——只用二根線。計數(shù)器定時查詢方式——大致用㏒2n根線,n是允許接納的最大部件數(shù)。獨立請求方式——要用2n根線.2022/12/299(3)獨立請求方式●工作原理:2022/12/2994.1.3總線特性與性能指標從結構上,總線由母線框架和各部件的插板組成.1.總線特性(1)機械(物理)特性:指總線的物理連接方式,包括總線的根數(shù),總線的插頭、插座的形狀,引腳線的排列方式等。(2)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.送入CPU的信號叫輸入信號(IN),從CPU發(fā)出的信號叫輸出信號(OUT)。(3)功能特性:描述總線中每一根線的功能,有DB,AB和CB.(4)時間特性:定義了每根線在什么時間有效.規(guī)定了總線上各信號有效的時序關系,CPU才能正確無誤地使用。2.總線的性能指標:計算機總線技術包括通路控制性能,使用方法,仲裁方法和傳輸方式等.2022/12/29104.1.3總線特性與性能指標從結構上,總線由母線框架和各部2.總線的性能指標(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作中通過總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)(bit).常用8.16.32.64等.(2)總線周期:指一次總線操作中所用的時間.(3)總線帶寬(標準傳輸率):指總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù),用MB/S表示.帶寬計算公式:Dr=D/T=D×f;式中T是時鐘周期T=1/f,D為一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量.(4)總線工作的時鐘頻率:總線工作的頻率越高,帶寬越寬.(5)多路(分時)復用技術:即地址和數(shù)據(jù)線共用一物理線路.(6)總線控制方式:含突發(fā)傳輸,并發(fā)工作,自動配置,仲裁方式,邏輯方式和計數(shù)方式等.(7)其它:如同步方式,信號線數(shù),負載能力和電源電壓等.2022/12/29112.總線的性能指標(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作3.總線的標準化

相同的指令系統(tǒng),相同的功能,不同廠家生產(chǎn)的各功能部件在實現(xiàn)方法上幾乎沒有相同的,但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可以互換使用,其原因在于它們都遵守了相同的系統(tǒng)總線的要求,這就是系統(tǒng)總線的標準化問題。(1)即插即用(plugandplay)功能:簡稱PnP.即背后設備只需簡單插入便可運行,無需用戶撥動開關或安裝軟件等.PnP功能主要取決于微機的系統(tǒng)總線結構,有的總線提供較完善的功能.2022/12/29123.總線的標準化相同的指令系統(tǒng),相同的功能4.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:1.按照總線傳遞的內(nèi)容分類:地址總線(AB);數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB).2.按總線所處位置分類:(1)片內(nèi)總線:位于CPU芯片內(nèi)部用于寄存器,ALU及各控制部件間傳輸信號的總線.(2)片外總線:位于CPU芯片外部用于連接CPU,MM和I/O設備的總線.3.按總線在系統(tǒng)中連接的主要部件分類:存儲總線;DMA總線;系統(tǒng)總線;設備總線.2022/12/29134.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:24.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結構:●特點:在許多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、主存和I/O設備,叫做單總線結構.即所有的模塊都掛在同一組總線上.

●優(yōu)點:連接靈活,便于擴充.●缺點:因所有信息公用一總線,信息傳輸吞吐量受限制.(2)雙總線結構:形成以存儲器為中心的雙總線結構.●優(yōu)點:保持了單總線系統(tǒng)簡單,易于擴充的優(yōu)點,但又在CPU和主存之間專門設置了一組高速的存儲總線,使CPU可通過專用總線與存儲器交換信息,并減輕了系統(tǒng)總線的負擔,同時主存仍可通過系統(tǒng)總線與外設之間實現(xiàn)DMA操作,而不必經(jīng)過CPU.●缺點:以增加硬件為代價。2022/12/29144.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結構:2022/1(3)三總線和多總線結構●結構:它是在雙總線系統(tǒng)的基礎上增加DMA總線形成的,此舉是為了在主存與高速設備(如磁盤)間進行高速成批的數(shù)據(jù)傳送.

這種結構的硬件代價更大.●分級的三總線結構:一般用于I/O設備性能相差不大的情況.●四總線結構:在高速設備間設立一條單獨的高速總線,見圖4.9.2022/12/2915(3)三總線和多總線結構●結構:它是在雙總線系統(tǒng)的基礎上增加4.2幾種系統(tǒng)總線標準系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機系統(tǒng)各部件的總線.4.2.1ISA(IndustryStandardArchitecture,工業(yè)標準體系結構)總線ISA-8(XT總線)ISA-16(AT總線)ISA-16總線的每個插槽由一個長槽和一個短槽組成.長槽與XT兼容的62個引腳,每列有31個引腳,編號為A1—A31和B1—B31;短槽每列有18個引腳,編號為C1—C18和D1—D18.

引腳定義見表4.2.4.4.2微通道結構MCA和EISA1.MCA:1987年由IBM推出PS/2系統(tǒng)時,采用的32位的微機總線.因采用封閉策略,沒把技術公開,且與ISA不兼容.2.EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture,擴充工業(yè)標準體系結構)總線32位總線,與ISA完全兼容.最大數(shù)據(jù)傳輸頻率可達33Mb/s2022/12/29164.2幾種系統(tǒng)總線標準系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機系統(tǒng)各部件4.2.3PCI(PeripheralComponentInterconnect)外設部件互連總線PCI總線位于高速外設與CPU之間.是由INTEL公司提出的局部總線標準.版本從V1.0,V2.1到V2.2.其中,V2.2的性能:1.性能:

位寬總線工作頻率最大帶寬PCI2.232位3M/66M133/266MB/S(是ISA的33倍)（主流）64位3M/66M266/533MB/S

2.特點:見P159.

3.插座形狀和引腳:為白色矩形插座.總引線數(shù)120條基本引腳50根可選引腳51根2022/12/29174.2.3PCI(PeripheralComponen4.2.4AGP——

(AcceleratedGraohicPort)總線AGP總線PCI總線ISA總線

1.概述:AGP是一種為提高視頻帶寬而設計的總線規(guī)范.目的是為大幅度提高高檔微機處理圖形(尤其是3D)的能力.2.性能特點:見P160.

3.形狀和引線:褐色插座,一塊主板只有一個,只能插顯卡.CPUL2北橋顯卡主存(紋理數(shù)據(jù))南橋PCI卡PCI卡ISA卡ISA卡ISA卡CPU總線2022/12/29184.2.4AGP——

(AcceleratedGrao4.3幾種設備總線標準總線技術—是用于連接部件或設備.接口技術—是主機與某外設的適配器,解決兩者間的電壓等級,信號形式和速度匹配.不同的接口是不通用的.4.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口標準1.EIA-RS232(1)概述:RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于20世紀60年代正式公布的串行總線標準,也是目前最常用的串行接口標準.用于實現(xiàn)計算機間,計算機與外設間的數(shù)據(jù)通信.(2)性能指標:最高傳輸速率—19.2kb/s;Dmax—15m.使用DB-25連接器.主信道:15條,帶*者(3)標準接口信號:共三組輔信道:5條,低速未使用和備份:5根設備或部件的連接技術不全用常用8根2022/12/29194.3幾種設備總線標準

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標準

2.RS-449接口標準(1)概述:是EIA于1977年制定的串行接口標準.于1980年成為美國標準.電氣標準由RS-422A或RS-423A定義.(2)機械性能:規(guī)定37和9腳兩種接口連接器.(3)電氣性能:依據(jù)RS-422A(平衡方式)和RS-423A(非平衡方式)及RS-485電氣標準.(4)性能指標:最高傳輸速率—100kb/s;Dmax—2000m.2022/12/2920

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標4.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE—用于微機。光驅接口SCSI—用于工作站/服務器或小型機。1.IDE和EIDE接口:(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics,集成設備電子部件)于1989年被ANSI(美國標準協(xié)會)認可為ATA(AdvancedTechnologyAttachment,高級技術配件),IDE和ATA實際上是硬盤接口技術的不同描述.●最大特點:是把控制器集成到驅動器內(nèi).●三點限制:數(shù)據(jù)傳輸率<1.5MB/s;最多接2個硬盤;支持的硬盤最大容量為528MB.2022/12/29214.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE4.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(ATA-2):或稱FASTSCSI,它將最高傳輸率提高至132.8Mb/s,同時引進了LBA(LogicalBlockArrdess)地址轉換方式,突破了528MB的限制,可支持高達8.1GB的硬盤.(3)UitraDMA/33/66/100/133:最高傳輸率達133Mb/s,硬盤容量達137GB.2.SCSI(SmallComputerSystemInterface)總線:即小型計算機系統(tǒng)接口,是系統(tǒng)級基于通道的接口,其設計思想來源于IBM大型機系統(tǒng)的I/O通道結構,廣泛用于服務器和圖形工作站.可連接硬盤,光驅,掃描儀,打印機等.3.版本:SCSI-1—5MB/SSCSI-2（FASTSCSI）—10MB/SSCSI-2（WIDESCSI）—20MB/SSCSI-3UltraWideSCSI(16位）—40MB/S2022/12/29224.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(A2.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCSI(32位）——80MB/SSCSI-3Ultra2SCSI(16位）——80MB/SSCSI-3Ultra3SCSIUltra160/m——160MB/S4.主要特性(1)SCSI是系統(tǒng)級的標準輸入/出總線接口由8條數(shù)據(jù)線,一條奇偶校驗線,9條控制線組成.使用50芯電纜,以菊花鏈形式最多可連接8臺設備。(2)支持多任務并行操作,有總線仲裁功能.(3)可以同步/異步方式工作.(4)有兩種輸出方式:單端(Dmax=6m)和差分(Dmax=25m)(5)SCSI設備之間是一種對等關系,而不是主從關系.SCSI設備分為啟動設備(發(fā)命令的設備)和目標設備(接受并響應命令的設備),它們用高級命令通信,方便,靈活.2022/12/29232.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCS4.3.3USB(UniversalSerialBus)總線

1.概述:USB總線由IBM,Intel,Microsoft等7家公司聯(lián)合開發(fā),版本由USB0.9(1995年)USB1.1(1998年)USB2.0USB1.1與USB2.0的性能比較

2.特點:(1)使用方便,可連多個設備,且熱插拔.軟件可自動啟動.不涉及IRQ沖突.(2)速度快,可高達480Mb/s.(3)連接靈活,用HUB可最多可連127個.(4)獨立供電(5)支持多媒體版本速率Mb/s接點數(shù)接點間距離/m拓撲結構支持系統(tǒng)支持特性信號線數(shù)USB1.1USB2.01248012712755星形星形W95以上,OS/2W98以上PnP,熱插拔PnP,熱插拔4/94/92022/12/29244.3.3USB(UniversalSerialBus3.拓撲結構存在問題:●理論上能連127個設備,實際只能連3~4個.●串聯(lián)時,會出現(xiàn)電力不足的問題.3.拓撲結構:主控器具有根集線器功能,具有2~4個USB端口,采用”級聯(lián)”方式連接.最大串接能力為5個HUB級聯(lián),最長擴展連接能力為30m.4.USB的接口接頭USB用矩形插座和插頭,有4針和9針兩種.目前常用4針.其中:引腳1—+5V電源引腳。引腳2—數(shù)據(jù)輸入/數(shù)據(jù)同步引腳RD。引腳3—信號接地引腳GND。引腳4—數(shù)據(jù)輸出/時鐘同步引腳TD。2022/12/29253.拓撲結構存在問題:●理論上能連127個設備,實際只能連35.USB系統(tǒng)總線結構

●客戶驅動程序:與特定USB設備通信,由USB設備商或作為操作系統(tǒng)一部分提供.

●

USB驅動程序:作為OS中支持USB設備的驅動程序.

●通用主控制器驅動程序:主控制器中客戶軟件與USB設備間進行點對點通信等.●主控制器:執(zhí)行HCD產(chǎn)生的指令列表.

●

USB設備.客戶驅動程序USB驅動程序(USBD)通用主控驅動程序(HCD)通用主控制器(HCD)USB設備通用主控制接口系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件2022/12/29265.USB系統(tǒng)總線結構4.3.4IEEE1394總線又稱FireWire或iLink.是一種高效串行接口,目前已成為數(shù)碼影像設備的傳輸標準.其前身由Apple公司于1985年開始研究.1992年被接納為IEEE1394 規(guī)范.1.主要技術特點:(1)支持高速應用,可升級.IEEE1394:傳輸速率100~400Mb/sIEEE1394b:800Mb~3.2Gb/s(2)分層的主控制器結構:不需HUB就可連63臺設備.(3)同時支持等時和異步兩類傳輸模式.(4)采用基于內(nèi)存的地址編碼,具有64位地址.(5)采用對等結構,不強調(diào)要由計算機控制這些設備.(6)拓撲結構在其外設增減時,會自動重設網(wǎng)絡.(7)其它:信號線6(電源2,信號4)/4(無電源),支持W98以上系統(tǒng),支持PnP和熱插拔.2022/12/29274.3.4IEEE1394總線又稱FireWire或iLi2.IEEE1394的拓撲結構以連在PCI總線上的IEEE1394總線為例,其拓撲結構具有:(1)端口節(jié)點和中繼器(2)動態(tài)自動配置:不依賴于一個處理器.(3)支持點到點傳輸:不需主系統(tǒng)干預.(4)設備插架:提供不打開機箱就可加入或更新外設.4.3.5IEEE488總線是并行總線接口標準,用于系統(tǒng)連接.最多連接15臺設備,最大傳輸距離20m;一般信號傳輸速率500Kb/s,最大傳輸速率1Mb/s.2022/12/29282.IEEE1394的拓撲結構以連在PCI總線上的IEEE1第四章作業(yè)4.14.34.54.62022/12/2929第四章作業(yè)4.12022/12/2929生活中的辛苦阻撓不了我對生活的熱愛。12月-2212月-22Thursday,December29,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。15:16:3415:16:3415:1612/29/20223:16:34PM做一枚螺絲釘，那里需要那里上。12月-2215:16:3415:16Dec-2229-Dec-22日復一日的努力只為成就美好的明天。15:16:3415:16:3415:16Thursday,December29,2022安全放在第一位，防微杜漸。12月-2212月-2215:16:3415:16:34December29,2022加強自身建設，增強個人的休養(yǎng)。2022年12月29日3:16下午12月-2212月-22精益求精，追求卓越，因為相信而偉大。29十二月20223:16:34下午15:16:3412月-22讓自己更加強大，更加專業(yè)，這才能讓自己更好。十二月223:16下午12月-2215:16December29,2022這些年的努力就為了得到相應的回報。2022/12/2915:16:3415:16:3429December2022科學，你是國力的靈魂；同時又是社會發(fā)展的標志。3:16:34下午3:16下午15:16:3412月-22每天都是美好的一天，新的一天開啟。12月-2212月-2215:1615:16:3415:16:34Dec-22相信命運，讓自己成長，慢慢的長大。2022/12/2915:16:34Thursday,December29,2022愛情，親情，友情，讓人無法割舍。12月-222022/12/2915:16:3412月-22謝謝大家！生活中的辛苦阻撓不了我對生活的熱愛。12月-2212月-22計算機組成與結構ComputerOrganizationandArchitecture(第四章)顧浩趙寶華

2004.12022/12/29312022/12/291目錄4.1總線工作原理4.2幾種系統(tǒng)總線標準4.3幾種系統(tǒng)總線標準2022/12/2932目錄4.1總線工作原理2022/12/292序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.分時和共享是總線的兩個基本特性.共享:指多個部件連接在同一組總線上,各部件間交換的信息都可通過總線傳送.分時:指同一時刻總線只能在一對部件間傳送信息.一個系統(tǒng)的總線結構決定了該計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路用系統(tǒng)結構.因此,總線結構的帶寬和結構對系統(tǒng)性能有很大影響.2022/12/2933序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.20224.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信的定時方式:指采用一定方式,讓接收端知道發(fā)送端信息的始發(fā)和結束時間.按定時方式不同,可把通信過程分成同步和異步通信兩種.1.同步通信:(1)特點:各部件都用一個公共的時鐘信號進行同步控制,時鐘信號由CPU發(fā)出,發(fā)送到每一個部件(設備).●t0時刻:將CPU產(chǎn)生的設備地址放在地址總線上,并經(jīng)控制線指出操作性質(R/W內(nèi)存或R/WI/O設備).●t1時刻:CPU發(fā)讀信號命令;●t2時刻:設備把數(shù)據(jù)放DB上,CPU在T3中進行數(shù)據(jù)選通,將數(shù)接收到自己的寄存器.●t3時刻:CPU的讀命令和設備數(shù)據(jù)信號結束.●t4時刻:總線周期結束.可開始新數(shù)據(jù)的傳送.圖4.12022/12/29344.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信4.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步調(diào)一致.傳輸頻率較高.(3)缺點:對所有模塊有嚴格的時限要求,故缺乏靈活性.2.異步通信:也叫應答方式(1)特點:無統(tǒng)一時鐘和固定的時間標準,靠請求—應答方式(handshaking)進行同步控制,以實現(xiàn)不同速度間的數(shù)據(jù)傳送.(2)三種應答關系:●全互鎖:兩設備間的”請求”和”應答”,互為制約.●半互鎖:設備2自行決定應答信號撤消與否.●不互鎖:兩設備間的”請求”和”應答”信號均有一定時間寬度,何時結束不互鎖.主模塊從模塊請求應答2022/12/29354.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步4.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:(1)傳輸線●地址線:決定直接尋址范圍.●數(shù)據(jù)線:決定數(shù)據(jù)寬度.●控制,時序和中斷信號線:決定總線功能強弱,適應性好壞.●電源線:決定電源種類,地線分布及用法.●備用線:留給用戶進行性能擴充,滿足特殊需要.(2)接口邏輯:需三態(tài)門和緩沖寄存器作為它們的接口.(3)總線控制器:對各設備對總線的使用進行合理的分配和管理.2022/12/29364.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:2022/12/2.總線的急用與仲裁總線主設備:對總線有控制權.總線從設備:對總線無控制權.總線通信原則:●通信前由主模塊發(fā)請求;●同一時刻只允許一對模塊間通信;●模塊同時使用總線時,應由總線控制器中的判優(yōu)和仲裁邏輯按判優(yōu)原則決定哪個模塊使用總線.總線判優(yōu)方式:集中式—總線控制邏輯集中的一處；分布式—總線控制邏輯分布在連接總線的各部件或設備中.2022/12/29372.總線的急用與仲裁總線主設備:對總線有控制權.2022/集中控制的三種常見優(yōu)先權仲裁方式(1)鏈式查詢方式:用3條控制線進行控制:BS(總線忙);BR(總線講求);BG(總線允許).特征:將BG串行地從一部件(I/O接口)送到下一個部件,直到到達有請求的部件為止.優(yōu)先權位置:離總線控制器最近的部件具有最高使用權,離它越遠,優(yōu)先權越低.電路:鏈式查詢靠接口的優(yōu)先權排隊電路實現(xiàn).(2)計數(shù)器定時查詢方式:總線上的任一設備要求使用總線時,通過BR線發(fā)出總線請求.中央仲裁器接到請求信號以后,在BS線為”0”的情況下讓計數(shù)器開始計數(shù),計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設備.每個設備接口都有一個設備地址判別電路,當?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設備地址相一致時,該設備置“1”BS線,獲得了總線使用權,此時中止計數(shù)查詢。

圖4.32022/12/2938集中控制的三種常見優(yōu)先權仲裁方式(1)鏈式查詢方式:用3條控(3)獨立請求方式●工作原理:每一個共享總線的設備均有一對總線請求線BRi和總線授權線BGi.當設備要求使用總線時,便發(fā)出該設備的請求信號.總線控制器中的排隊電路決定首先響應哪個設備的請求,給設備以授權信號BGi。●優(yōu)點：響應時間快,確定優(yōu)先響應的設備所花費的時間少,用不著一個設備接一個設備地查詢。其次,對優(yōu)先次序的控制相當靈活，可以預先固定也可以通過程序來改變優(yōu)先次序;還可以用屏蔽(禁止)某個請求的辦法,不響應來自無效設備的請求。●三種方法控制線數(shù)目的比較:鏈式查詢方式——只用二根線。計數(shù)器定時查詢方式——大致用㏒2n根線,n是允許接納的最大部件數(shù)。獨立請求方式——要用2n根線.2022/12/2939(3)獨立請求方式●工作原理:2022/12/2994.1.3總線特性與性能指標從結構上,總線由母線框架和各部件的插板組成.1.總線特性(1)機械(物理)特性:指總線的物理連接方式,包括總線的根數(shù),總線的插頭、插座的形狀,引腳線的排列方式等。(2)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.送入CPU的信號叫輸入信號(IN),從CPU發(fā)出的信號叫輸出信號(OUT)。(3)功能特性:描述總線中每一根線的功能,有DB,AB和CB.(4)時間特性:定義了每根線在什么時間有效.規(guī)定了總線上各信號有效的時序關系,CPU才能正確無誤地使用。2.總線的性能指標:計算機總線技術包括通路控制性能,使用方法,仲裁方法和傳輸方式等.2022/12/29404.1.3總線特性與性能指標從結構上,總線由母線框架和各部2.總線的性能指標(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作中通過總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)(bit).常用8.16.32.64等.(2)總線周期:指一次總線操作中所用的時間.(3)總線帶寬(標準傳輸率):指總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù),用MB/S表示.帶寬計算公式:Dr=D/T=D×f;式中T是時鐘周期T=1/f,D為一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量.(4)總線工作的時鐘頻率:總線工作的頻率越高,帶寬越寬.(5)多路(分時)復用技術:即地址和數(shù)據(jù)線共用一物理線路.(6)總線控制方式:含突發(fā)傳輸,并發(fā)工作,自動配置,仲裁方式,邏輯方式和計數(shù)方式等.(7)其它:如同步方式,信號線數(shù),負載能力和電源電壓等.2022/12/29412.總線的性能指標(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作3.總線的標準化

相同的指令系統(tǒng),相同的功能,不同廠家生產(chǎn)的各功能部件在實現(xiàn)方法上幾乎沒有相同的,但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可以互換使用,其原因在于它們都遵守了相同的系統(tǒng)總線的要求,這就是系統(tǒng)總線的標準化問題。(1)即插即用(plugandplay)功能:簡稱PnP.即背后設備只需簡單插入便可運行,無需用戶撥動開關或安裝軟件等.PnP功能主要取決于微機的系統(tǒng)總線結構,有的總線提供較完善的功能.2022/12/29423.總線的標準化相同的指令系統(tǒng),相同的功能4.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:1.按照總線傳遞的內(nèi)容分類:地址總線(AB);數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB).2.按總線所處位置分類:(1)片內(nèi)總線:位于CPU芯片內(nèi)部用于寄存器,ALU及各控制部件間傳輸信號的總線.(2)片外總線:位于CPU芯片外部用于連接CPU,MM和I/O設備的總線.3.按總線在系統(tǒng)中連接的主要部件分類:存儲總線;DMA總線;系統(tǒng)總線;設備總線.2022/12/29434.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:24.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結構:●特點:在許多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、主存和I/O設備,叫做單總線結構.即所有的模塊都掛在同一組總線上.

●優(yōu)點:連接靈活,便于擴充.●缺點:因所有信息公用一總線,信息傳輸吞吐量受限制.(2)雙總線結構:形成以存儲器為中心的雙總線結構.●優(yōu)點:保持了單總線系統(tǒng)簡單,易于擴充的優(yōu)點,但又在CPU和主存之間專門設置了一組高速的存儲總線,使CPU可通過專用總線與存儲器交換信息,并減輕了系統(tǒng)總線的負擔,同時主存仍可通過系統(tǒng)總線與外設之間實現(xiàn)DMA操作,而不必經(jīng)過CPU.●缺點:以增加硬件為代價。2022/12/29444.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結構:2022/1(3)三總線和多總線結構●結構:它是在雙總線系統(tǒng)的基礎上增加DMA總線形成的,此舉是為了在主存與高速設備(如磁盤)間進行高速成批的數(shù)據(jù)傳送.

這種結構的硬件代價更大.●分級的三總線結構:一般用于I/O設備性能相差不大的情況.●四總線結構:在高速設備間設立一條單獨的高速總線,見圖4.9.2022/12/2945(3)三總線和多總線結構●結構:它是在雙總線系統(tǒng)的基礎上增加4.2幾種系統(tǒng)總線標準系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機系統(tǒng)各部件的總線.4.2.1ISA(IndustryStandardArchitecture,工業(yè)標準體系結構)總線ISA-8(XT總線)ISA-16(AT總線)ISA-16總線的每個插槽由一個長槽和一個短槽組成.長槽與XT兼容的62個引腳,每列有31個引腳,編號為A1—A31和B1—B31;短槽每列有18個引腳,編號為C1—C18和D1—D18.

引腳定義見表4.2.4.4.2微通道結構MCA和EISA1.MCA:1987年由IBM推出PS/2系統(tǒng)時,采用的32位的微機總線.因采用封閉策略,沒把技術公開,且與ISA不兼容.2.EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture,擴充工業(yè)標準體系結構)總線32位總線,與ISA完全兼容.最大數(shù)據(jù)傳輸頻率可達33Mb/s2022/12/29464.2幾種系統(tǒng)總線標準系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機系統(tǒng)各部件4.2.3PCI(PeripheralComponentInterconnect)外設部件互連總線PCI總線位于高速外設與CPU之間.是由INTEL公司提出的局部總線標準.版本從V1.0,V2.1到V2.2.其中,V2.2的性能:1.性能:

位寬總線工作頻率最大帶寬PCI2.232位3M/66M133/266MB/S(是ISA的33倍)（主流）64位3M/66M266/533MB/S

2.特點:見P159.

3.插座形狀和引腳:為白色矩形插座.總引線數(shù)120條基本引腳50根可選引腳51根2022/12/29474.2.3PCI(PeripheralComponen4.2.4AGP——

(AcceleratedGraohicPort)總線AGP總線PCI總線ISA總線

1.概述:AGP是一種為提高視頻帶寬而設計的總線規(guī)范.目的是為大幅度提高高檔微機處理圖形(尤其是3D)的能力.2.性能特點:見P160.

3.形狀和引線:褐色插座,一塊主板只有一個,只能插顯卡.CPUL2北橋顯卡主存(紋理數(shù)據(jù))南橋PCI卡PCI卡ISA卡ISA卡ISA卡CPU總線2022/12/29484.2.4AGP——

(AcceleratedGrao4.3幾種設備總線標準總線技術—是用于連接部件或設備.接口技術—是主機與某外設的適配器,解決兩者間的電壓等級,信號形式和速度匹配.不同的接口是不通用的.4.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口標準1.EIA-RS232(1)概述:RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于20世紀60年代正式公布的串行總線標準,也是目前最常用的串行接口標準.用于實現(xiàn)計算機間,計算機與外設間的數(shù)據(jù)通信.(2)性能指標:最高傳輸速率—19.2kb/s;Dmax—15m.使用DB-25連接器.主信道:15條,帶*者(3)標準接口信號:共三組輔信道:5條,低速未使用和備份:5根設備或部件的連接技術不全用常用8根2022/12/29494.3幾種設備總線標準

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標準

2.RS-449接口標準(1)概述:是EIA于1977年制定的串行接口標準.于1980年成為美國標準.電氣標準由RS-422A或RS-423A定義.(2)機械性能:規(guī)定37和9腳兩種接口連接器.(3)電氣性能:依據(jù)RS-422A(平衡方式)和RS-423A(非平衡方式)及RS-485電氣標準.(4)性能指標:最高傳輸速率—100kb/s;Dmax—2000m.2022/12/2950

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標4.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE—用于微機。光驅接口SCSI—用于工作站/服務器或小型機。1.IDE和EIDE接口:(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics,集成設備電子部件)于1989年被ANSI(美國標準協(xié)會)認可為ATA(AdvancedTechnologyAttachment,高級技術配件),IDE和ATA實際上是硬盤接口技術的不同描述.●最大特點:是把控制器集成到驅動器內(nèi).●三點限制:數(shù)據(jù)傳輸率<1.5MB/s;最多接2個硬盤;支持的硬盤最大容量為528MB.2022/12/29514.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE4.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(ATA-2):或稱FASTSCSI,它將最高傳輸率提高至132.8Mb/s,同時引進了LBA(LogicalBlockArrdess)地址轉換方式,突破了528MB的限制,可支持高達8.1GB的硬盤.(3)UitraDMA/33/66/100/133:最高傳輸率達133Mb/s,硬盤容量達137GB.2.SCSI(SmallComputerSystemInterface)總線:即小型計算機系統(tǒng)接口,是系統(tǒng)級基于通道的接口,其設計思想來源于IBM大型機系統(tǒng)的I/O通道結構,廣泛用于服務器和圖形工作站.可連接硬盤,光驅,掃描儀,打印機等.3.版本:SCSI-1—5MB/SSCSI-2（FASTSCSI）—10MB/SSCSI-2（WIDESCSI）—20MB/SSCSI-3UltraWideSCSI(16位）—40MB/S2022/12/29524.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(A2.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCSI(32位）——80MB/SSCSI-3Ultra2SCSI(16位）——80MB/SSCSI-3Ultra3SCSIUltra160/m——160MB/S4.主要特性(1)SCSI是系統(tǒng)級的標準輸入/出總線接口由8條數(shù)據(jù)線,一條奇偶校驗線,9條控制線組成.使用50芯電纜,以菊花鏈形式最多可連接8臺設備。(2)支持多任務并行操作,有總線仲裁功能.(3)可以同步/異步方式工作.(4)有兩種輸出方式:單端(Dmax=6m)和差分(Dmax=25m)(5)SCSI設備之間是一種對等關系,而不是主從關系.SCSI設備分為啟動設備(發(fā)命令的設備)和目標設備(接受并響應命令的設備),它們用高級命令通信,方便,靈活.2022/12/29532.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCS4.3.3USB(UniversalSerialBus)總線

1.概述:USB總線由IBM,Intel,Microsoft等7家公司聯(lián)合開發(fā),版本由USB0.9(1995年)USB1.1(1998年)USB2.0USB1.1與USB2.0的性能比較

2.特點:(1)使用方便,可連多個設備,且熱插拔.軟件可自動啟動.不涉及IRQ沖突.(2)速度快,可高達480Mb/s.(3)連接靈活,用HUB可最多可連127個.(4)獨立供電(5)支持多媒體版本速率Mb/s接點數(shù)接點間距離/m拓撲結構支持系統(tǒng)支持特性信號線數(shù)USB1.1USB2.01248012712755星形星形W95以上,OS/2W98以上PnP,熱插拔PnP,熱插拔4/94/92022/12/29544.3.3USB(UniversalSerialBus3.拓撲結構存在問題:●理論上能連127個設備,實際只能連3~4個.●串聯(lián)時,會出現(xiàn)電力不足的問題.3.拓撲結構:主控器具有根集線器功能,具有2~4個USB端口,采用”級聯(lián)”方式連接.最大串接能力為5個HUB級聯(lián),最長擴展連接能力為30m.4.USB的接口接頭USB用矩形插座和插頭,有4針和9針兩種.目前常用4針.其中:引腳1—+5V電源引腳。引腳2—數(shù)據(jù)輸入/數(shù)據(jù)同步引腳RD。引腳3—信號接地引腳GND。引腳4—數(shù)據(jù)輸出/時鐘同步引腳TD。2022/12/29553.拓撲結構存在問題:●理論上能連127個設備,實際只能連35.USB系統(tǒng)總線結構

●客戶驅動程序:與特定USB設備通信,由USB設備商或作為操作系統(tǒng)一部分提供.

●

USB驅動程序:作為OS中支