計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(二)

SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY

計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上誨交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

陳澤宇博士副教授

第1章計算機豕統(tǒng)概論

第2章運算方法和運算器

第3章存儲系統(tǒng)

第4章指令系統(tǒng)

第5章中央處理器CCPUJ

第6章總線系統(tǒng)

第7章輸入輸出CI/OJ豕統(tǒng)

第8章并行計算機系統(tǒng)

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第6章總線系統(tǒng)

6.1總線系繞概述

6.2總線的控制與通信

6.3總線條統(tǒng)實例

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?總線是計算機余統(tǒng)中多個功能部件之間進

行數(shù)據(jù)傳送的公共通路

?提供了信息傳輸和功能獷梭的通道

?采用總線結(jié)構(gòu)方式主要是由于其在京統(tǒng)

設(shè)計、生產(chǎn)、使用和維護方面具有諸多的

優(yōu)越性

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6.1總線系統(tǒng)概述

6.1.1總線的基本概念

6.1.2總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

6.1.3總線接口

6.1.4總線的連接方式

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?數(shù)字計算機是由若干個系統(tǒng)功能部件構(gòu)成的

?這些系統(tǒng)功能部件連接在一起才能形成完整的計算機

系統(tǒng)

?總線是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互連機構(gòu)

?是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路

?由系統(tǒng)中各個功能部件所共享

?總線的特點在于其公用性

?可同時掛接多個部件或設(shè)備

?借助于總線連接，

?計算機在各系統(tǒng)功能部件之間實現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制

信息的交換

?并在爭用資源的基礎(chǔ)上選行工作

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?一個單處理器系統(tǒng)中的總線，大致可分為

二條、

(1)內(nèi)部總線

⑵系統(tǒng)總線

⑶外部總線

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⑴內(nèi)部總線

?CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算部件的總線

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⑵系統(tǒng)總線

?CPU同計算機余統(tǒng)的其他功能部件（如存儲

器、通道等）連接的總線

?系統(tǒng)總線有多種標(biāo)準(zhǔn)接口

?從16佳的ISA,到32/64佳的PCI、AGP乃至PCI

Express

?京統(tǒng)總線中包括局部總線

?局部總線是系統(tǒng)總線向多層結(jié)構(gòu)發(fā)展的結(jié)果

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⑶外部總線

?用來連接外部設(shè)備或其他計算機的總線，

又稱為I/O接口

?如用于連接并行打印機的Centronics總線

?用于串行通信的RS-232總線、通用串行總線USB

和IEEE-1394

?用于硬段盤接口的IDE、SCSI總線等

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6.1.1總線的基本概念

1.總線的特性

2.總線的標(biāo)準(zhǔn)化

3.總線的主要參數(shù)

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1.總線的特性

1）物理特性

2）功能特性

3）電與特性

4J時間特性

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1）物理特性

?指總線的物理連接方式

?包括總線的極數(shù)，總線的插頭插座的形狀，引

腳線的排列方式等

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2）功能特性

?描述總線中每一根線的功能

?例如，地址總線的寬度指明了總線能夠直接訪

間的存儲器地址空間施圍；

?數(shù)據(jù)總線的寬度指明了訪問一次存儲器或外設(shè)

所能交換數(shù)據(jù)的住教；

?控制總線包括CPU發(fā)出的各種控制命令（如存

儲器讀/寫、I/O讀/寫等），請求信號與仲裁信

號，外設(shè)與CPU的時序同步信號，中新信號，

DMA控制信號等等

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3）電氣特性

＞定義每一根線上信號的傳遍方向及有效電

平范圍

?送八CPU的信號叫輸入信號CINJ,從CPU發(fā)出

的信號叫輸出信號COUTJ

?例如，IBMPC/XT總線的A0?A19是地址輸出線，D0

?D7是雙向數(shù)據(jù)線，既可作為數(shù)據(jù)輸入線又可作為

數(shù)據(jù)輸出線

?總線的電平都符合TTL電平的定義

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4）時間特性

?定義每極線在什么時間有效

?即規(guī)定總線上各信號有效的時序關(guān)系

遨

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2.總線的標(biāo)準(zhǔn)化

?對于相同的指令余統(tǒng)、相同的功能,

?不同廠彖生產(chǎn)的功能部件在具體實現(xiàn)上幾乎沒有相同的

?但各廠彖生產(chǎn)的相同功能部件卻可以互換使用

?這是由于它們都遵守了相同的系統(tǒng)總線要求

?例如，IBMPC兼今微機宗統(tǒng)中采用的標(biāo)準(zhǔn)總線

?ISA總線（16優(yōu)，帶寬16MB/S）

?日SA卷線（32住，帶寬33MB/S）

?VESA總線（32住，帶寬133MB/S）

?PCI總線（64住，帶寬533MB/S）

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3.總線的主要參數(shù)

1）總線寬度

2）總線頻率

3）總線帶寬

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1）總線寬度

?總線寬度

?總線能同時傳送的數(shù)據(jù)的二進制住CbitJ教

?如16佳范線、32佳總線指的就是總線具有16佳或32

優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸能力

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2）總線頻率

?總線頻率

?總線的實際工作頻率

?也就是一秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)

?是總線工作速度的一個重要參數(shù)

?工作頻率越高，速度越快

?總線頻率通常用MHz表示

?如33MHz、100MHz.400MHz.800MHz等

?1Hz=1/s

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3)總線帶寬

?忍線帶寬

?總線本身所能達到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率

?單位是兆字節(jié)每秒CMB/sJ

?是衡量總線性能的重要指標(biāo)

?總線帶寬越寬，傳輸效率也就越高

?總線帶寬與總線寬度和總線頻率的關(guān)東:

工小小…~E/、總線寬度(bit)工〃4g%

息線帶寬(MB/s)=--------------------~x總線頻率

8(bit/B)

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【例6-1】⑺某總線在一個總線周期中并行傳送32位

數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期

,總線時鐘頻率為33MHz,總線帶寬是多少？⑵如

果一個總線周期中并行傳送64傳數(shù)據(jù)，總線時鐘

頻率升為66MHz,總線帶寬是多少？

【斛】

⑴總線帶寬=(32bit/8bit/B)X33MHz=(32bit/8

bit/B)X33M/s=132MB/s

(2)總線帶寬=(64bit/8bit/B)X66MHz=(64bit/8

bit/B)X66M/s=528MB/s

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6.1.2總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

L早期總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2、當(dāng)代總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

遨

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1.早期總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1J數(shù)據(jù)總線

2）地址總線

3J控制總線

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?實際上是處理器這片引腳的延伸，是處理器與I/O

設(shè)備迨配器的通道

?CAI演示

?這種簡單的總線一般由50~100根信號線所組成

?按照這些信號線的功能特性可分為三類：數(shù)據(jù)（您）

線、地址（總）線和控制（忌）線

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1）數(shù)據(jù)總線

?數(shù)據(jù)總線CDataBus,DBJ是在計算機余統(tǒng)各個部件之間

傳輸數(shù)據(jù)信息的信號線

?數(shù)據(jù)總線是雙向的

?數(shù)據(jù)線的極數(shù)稱為數(shù)據(jù)總線的寬度

?通常，數(shù)據(jù)總線由8根、16根、32根或64根數(shù)據(jù)線組成

?由于每一根數(shù)據(jù)線每次傳送1位二進制教，所以數(shù)據(jù)線的

根敦決定了每一次能同時傳送的二進制的傳教

?由此可見，數(shù)據(jù)總線的寬度是表現(xiàn)系統(tǒng)總體性能的關(guān)鍵因素之一

?例如,

?如果數(shù)據(jù)名線的寬度為8位，而每條指令的長度為16住，

?那么在每個指令周期中需要兩次訪問存儲器才能取回完整的16住

指

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2）地址總線

?地址總線fAddressBus,ABJ是在計算機宗統(tǒng)各

個部件之間傳輸?shù)刂沸畔⒌男盘柧€

?用來規(guī)定數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)來自何處或?qū)⒈凰屯翁?/p>

?地址總線是單向的

?如果CPU要從存儲器中讀取一個信息，

?首先必須將要揍職的信息的存儲器地址放到地址總線上

?然后才可以從給定的存儲器地址中取出所需要的信息

?地址總線的寬度決定了計算機條統(tǒng)能夠使用的最

大的存儲器余量

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3）控制總線

?控制總線（ControlBus,CBJ是在討算機系統(tǒng)各個部件之

間傳輸控制信息的信號線

?其作用是對數(shù)據(jù)總線、地址法線的訪問及使用情況實施控制

?控制線中每一根線都是單向的

?用來指明數(shù)據(jù)傳送的方向、中新請求和定時控制等

?由于計算機中的所有部件都要使用數(shù)據(jù)總線和地址總線，

?所以用控制總線對它們實油控制既是必要的，也是必須的

?控制總線上傳輸?shù)目刂菩畔?，其作用就是在計算機系統(tǒng)各

個部件之間發(fā)送操作命令和定時信息

?命令信息規(guī)定了要執(zhí)行的具體操作

?定時信息則規(guī)定了教據(jù)信息和地址信息的時效性

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?隨著計算機技術(shù)的發(fā)畏，這種簡單總線結(jié)

構(gòu)逐漸暴露出一些不足:

?第一，CPU是總線上的惟一主控者

?即使后來增加了具有簡單仲裁其握的DMA控制器以

支持DMA傳送，但是仍不能滿足多CPU環(huán)境的要求

?第二，總線信號是CPU引腳信號的延伸

?所以總線結(jié)構(gòu)與CPU緊密相關(guān)，通用性較差

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2.當(dāng)代總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

?當(dāng)代名線是一些標(biāo)準(zhǔn)總線

?CAI演示

?迨求與結(jié)構(gòu)、CPU,技術(shù)無關(guān)的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)

?滿足包括多CPU在內(nèi)的主控者環(huán)境需求

主板

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?在當(dāng)代總線結(jié)構(gòu)中，

?CPU與Cache作為一個模塊與總線相連

?余統(tǒng)中允許存在多個這樣的處理器模塊

?總線控制器負責(zé)在幾個總線請求者之間進行協(xié)調(diào)與仲裁

?整個總線結(jié)構(gòu)分成四個部分:

1J數(shù)據(jù)傳送總線

2）仲裁總線

3）中新和同步總線

4J公用線

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1J數(shù)據(jù)傳送總線

?由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成

?其結(jié)構(gòu)與早期總線類仞

?一般有32條地址線，32或64條數(shù)據(jù)線

?為了減少布線，64佳數(shù)據(jù)的低32傳數(shù)據(jù)線往往與32枚地址線進行復(fù)用

2）仲裁總線

?包括總線請求線和總線授權(quán)線

3J中斷和同步總線

?用于處理帶優(yōu)先級的中斷操作

?包括中斷請求線和中新認(rèn)可線

4J公用線

?包括時鐘信號線、曲源線、地線、條統(tǒng)復(fù)傳線以及加電或

新曲的時序信號線等VvsJ

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6.1.3總、線接口

?當(dāng)代計算機的用途，在很大程度上取決于它所能

連接的外圍設(shè)備的范圍

?由于外圍設(shè)備種類繁多，速度各異，不可能簡單

地把外圍設(shè)備全部連接到CPU上，

?必須尋找一種方法，將外圍設(shè)備同某種計算機部件連

接起來一同工作

?這項任務(wù)通常由適配器（AdapterJ部件來完成

?通過適配器可以實現(xiàn)高速CPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹

配和同步,

?并完成討算機和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制

?適配器通常稱為接口flnterfacej

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?接口就是指CPU和主存、外圍設(shè)備之間通過

總線進行連接的量屬部件

?接口部件在動忐連接的兩個部件之間起著“轉(zhuǎn)

換器”的作用，以便實現(xiàn)彼此之間的信息傳送

?一個典型的計算機余統(tǒng)具有不同類型的外

圍設(shè)備，因而會有不同類型的接口

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?CPU、接口和外圍設(shè)備之間的連接關(guān)系

?外圍設(shè)備本身帶有設(shè)備控制器

?設(shè)備控制器是控制外囹設(shè)備此行操作的控制部件

?通過接口接收來自CPU的各種信息，并將信息傳送到設(shè)備

?或者從設(shè)備中揍出信息傳送到接口，然后由接口傳送給CPU

?由于外圍設(shè)備種類繁多且速度不同，因而每種設(shè)備都

有適應(yīng)自己工作特點的設(shè)備控制器

?外圍設(shè)備本身與它自己的控制曲路，統(tǒng)稱為外圍設(shè)備

?為了使所有的外圍設(shè)備彼此兼袞并能在一起正確

地工作，CPU規(guī)定了不同的信息傳送控制方法

?不管什么樣的外圍設(shè)備，只要選用某種數(shù)據(jù)傳送方法

,并按其規(guī)定通過總線和主機連接，就可以進行信息

交換

?通常在忍線和每個外圍設(shè)備的設(shè)各控制器之間使用一

個適配器r接口）電路來保證外囹設(shè)備用計算機條統(tǒng)

特性所要求的形式發(fā)送和接收信息

?接口近相通常做成標(biāo)準(zhǔn)化的部件，稱為標(biāo)準(zhǔn)接口

?一個標(biāo)準(zhǔn)接口可能連接一個設(shè)備，也可能連接多個設(shè)備

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?典型的接口通常具有如下功能:

1J控制

?接口靠程序的指令信息來控制外圍設(shè)備的動作

?如啟動、關(guān)閉設(shè)備等

2）緩沖

?接口在外圍設(shè)備和計算機條統(tǒng)其他部件之間起到緩沖

器的作用

?用以補檐各種設(shè)備在速度上的差異

3J狀走

?接口監(jiān)視外囹設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息

?包括數(shù)據(jù)“準(zhǔn)備就緒”、“忙”、“錯誤”等

?供CPU查詢外圍設(shè)備時進行分析之用

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4J轉(zhuǎn)換

?接口可以完成所要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作

?如并一串轉(zhuǎn)換或串一并轉(zhuǎn)換

?數(shù)據(jù)能夠在外囹設(shè)備和CPU之間正確地進行傳送

5）整理

?接口可以完成~些特別的功能

?例如在需要時可以修改字計數(shù)案或當(dāng)前主存地址寄存器

6J程序中斷

?每當(dāng)外囹設(shè)備向CPU請求某種動作時，接口即向CPU發(fā)

出~個中斷請求信號

?如果設(shè)備完成了一個操作或設(shè)備發(fā)生錯誤，接口也會

?事實上，一個適配器必然有兩個接口:

?一是和余統(tǒng)總線的接口

?CPU和適配器進行數(shù)據(jù)交換

?采用并行方式

?二是和外設(shè)的接口

?適配器和外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換

?可采用并行方式，也可采用串行方式

?因此，根據(jù)外圍設(shè)備及用的數(shù)據(jù)交換方式的不同

,適配器r接口）可以分為串行數(shù)據(jù)接口和并行

數(shù)據(jù)接口兩大類

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6.1.4總線的連接方式

L單總線結(jié)構(gòu)

2.雙總線結(jié)構(gòu)

3.三總線結(jié)構(gòu)

4.多總線結(jié)構(gòu)實例

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?總線的排列布置、總線與其他各類部件

的連接方式，對計算機系統(tǒng)性能而言尤

其重要

?根據(jù)連接方式的不同,單機余統(tǒng)中系用

的總線結(jié)構(gòu)可分成三種基本類型：單總

線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)、三總線結(jié)構(gòu)

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1.單總線結(jié)構(gòu)

?在許多單處理器的計算機中，使用一條單一的宗

統(tǒng)總線來連接CPU、主存和I/O設(shè)備，稱為單總線

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線

?CAI演示

?在單總線結(jié)構(gòu)中,要求連接到總線上的近輯部件

都必須高速運行,

?以便在某些設(shè)備需要使用忍線時能夠迅速獲得總線控

制權(quán)，當(dāng)不再使用總線時也能迅速放棄總線控制權(quán)

?否則，由于一條總線由多個功能部件共用，有可能導(dǎo)

致很大的時間延遲

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?在單總線條統(tǒng)中，對將入/輸出設(shè)備的操作

與主存的操作方法完全—樣

?當(dāng)CPU把指令的地址字段送到總線上時，

?如果該地址字段對應(yīng)的地址是主存地址，則主存予

以響應(yīng)

?從而在CPU和主存之間發(fā)生數(shù)據(jù)傳送

?數(shù)據(jù)傳送的方向由指令操作碼決定

?如果該地址字段對應(yīng)的地址是外圍設(shè)備地址，則外

圍設(shè)備予以響應(yīng)

?從而在CPU和對應(yīng)的外圍設(shè)備之間發(fā)生數(shù)據(jù)傳送

?數(shù)據(jù)傳送的方向也由指令操作碼決定

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?在單總線條統(tǒng)中，某些外圍設(shè)備也可以指

定地址

?外圍設(shè)備通過與CPU中的總線控制部件交換控

制信號的方式占有總線

?一旦外圍設(shè)備得到總線控制權(quán)，就可以向總線發(fā)送

地址信號，指定要與哪一個設(shè)備進行信息交換

?如果一個由外囹設(shè)備指定的地址對應(yīng)于一個主存單

元，則主存予以響應(yīng)

?于是在主存和外設(shè)間將進行直接存儲器傳送CDirect

MemoryAccess,DMA)

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?單總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

?余易獷裝成多CPU宗統(tǒng)

?只要在系統(tǒng)忍線上掛接多個CPU即可

?單總線結(jié)構(gòu)的缺點

?由于所有近輯部件都掛在同一個總線上，因此

總線只能分時工作

?即某一個時間只能允許一對部件之間傳送數(shù)據(jù)

?這就使信息傳送的春吐量受到限制

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2.雙總線結(jié)構(gòu)

?雙總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在CPU和主存之間專門設(shè)置了一

組高速的存儲總線

?CAI演示

?使CPU可通過專用的存儲總線與存儲器交換信息，以減

輕系統(tǒng)總線的負擔(dān)

?同時主存仍可通過系統(tǒng)總線與外設(shè)進行DMA操作，而

不必經(jīng)過CPU

?當(dāng)然，這種雙總線索統(tǒng)是以增加硬件為代價的

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3.三總線結(jié)構(gòu)

?三總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加I/O

系統(tǒng)總線

總線形成的

?CAI演示

?其中系統(tǒng)總線是CPU、主存和通道CIOPJ之間選行教

據(jù)傳送的公共通路

?而I/O名線則是多個外圍設(shè)備與通道之間進行數(shù)據(jù)傳送

的公共通路

_________

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?在DMA方式中，外設(shè)與主存間直接交換數(shù)據(jù)而不

經(jīng)過CPU,從而減輕了CPU對數(shù)據(jù)輸入輸出的控制

?而通道方式J/O則可進一步提高CPU的效率

?通道實際上是一臺具有特殊功能的處理器，又稱為IOP

（I/OProcessor,I/O處理器）

?它分擔(dān)了CPU的一部分功能，實現(xiàn)對外設(shè)的統(tǒng)一管理，完成外

設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送

?由于增加了I0P,整個系統(tǒng)的工作效率可以大大提高

?然而，這是以增加更多的硬件為代價的

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4.多總線結(jié)構(gòu)實例

?大多數(shù)計算機采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu)

?速度差異較大的設(shè)備模塊使用不同速度的總線

?而速度相近的設(shè)備模塊使用同一類總線

?這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是不僅斛決了總線負載過重的

問題，而且使總線設(shè)計簡單，并能充分發(fā)揮每

類負載的效能

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1)CPU總線

?CPU總線也稱為CPU-存儲器總線

?是一個64核數(shù)據(jù)線和32位地址線的同步總線

?CPU是這條總線的主控者，但必要時可放棄總

線控制權(quán)

?從傳統(tǒng)的觀點看，可以把CPU總線看成是

CPU引腳信號的延伸

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2)PCI總線

?PCI總線用于連接高速的I/O設(shè)備模塊

?通過“橋”湛片，

?上面與更高速的CPU卷線相連

?下面與低速的ISA總線相接

?如圖形顯示適配器、網(wǎng)絡(luò)接口控制器、硬盤控

制器等

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3)ISA總線

?ISA總線是早期的低速總線

?Pentium機使用該總線與低速I/O設(shè)備連接

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4)“橋”芯片

?CPU總線、PCI總線、ISA總線通過兩個“林

”這片連成整體

?林忠片在此起到了信號速度緩沖、也平轉(zhuǎn)換、

控制協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用

?通常將CPU總線-PCI總線的標(biāo)稱為“北橋”

,將PCI總線-ISA總線的林稱為“南林”

?通過稱將兩類不同的總線“粘合”在~起的技

術(shù)特別適合于宗統(tǒng)的升級換代

?每當(dāng)CPU溫片升級時只需改變CPU誨線和北林湛片，

原有的全部外圍設(shè)備可以繼續(xù)正常工作

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5)PCI芯片組

?Pentium機總線系統(tǒng)中有一個核心量屬檜片

組，簡稱PCI這片組

?包括主存控制器和Cache控制器魅片、北標(biāo)這片

和南林這片

?在宗統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用

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6.2總線的控制與通信

6.2.1總線的控制

6.2.2總線的通信

6.2.3信息傳送方式

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621總線的控制

L集中式仲萩

2.分布式仲萩

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?總線的控制就是決定共享總線的部件如何獲得總

線的使用權(quán)r控制權(quán)）的問題

?總線控制部件是總線的仲裁機構(gòu)

?連接到總線上的功能模塊有主動和被動兩種模式

?主動模式的模塊稱為主方（Master）

?它可以啟動一個總線周期

?被動模式的模塊稱為從方（Slave）

?它只能響應(yīng)主方的請求

?例如,

?CPU模塊在不同的時間里既可以用作主方，也可以用作從方

?而存儲器模塊只能用作從方

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?由于總線是在多個部件之間共享的,

?每一次總線操作只能有一個主方占用總線控制

權(quán)，但是同一時間里可以有一個或多個從方

?從這種意義上說，主方是那些在某個時刻獨占

總線的部件，一般會在占有總線之前發(fā)出總線

占用請求

?除了CPU模塊外，I/O功能模塊、DMA控制器也可以

作為主方提出總線請求

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?為了解決多個主設(shè)備同時競爭總線控制權(quán)

的問題，必須設(shè)置總線仲裁部件

?以某種方式選擇其中一個主設(shè)備作為總線的下

一個主方

?對多個主設(shè)備提出的占用總線請求，~般可采

用優(yōu)先級或公平策略進行仲裁

?按照總線仲裁電路位置的不同，仲裁方式

分為集中式仲萩和分布式伸萩兩類

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1.集中式仲裁

?在集中式仲萩中，每個功能模塊有兩條線

連到中央伸萩器

?一條是送往仲裁器的總線請求信號線BR

?一條是仲裁案送出的總線授權(quán)信號線BG

?對于單處理器系統(tǒng)總線而言，中央仲萩器

又稱為總線控制器

?它是CPU的~部分

?按照目前的總線標(biāo)準(zhǔn)，中央仲萩器一般是

?個單獨的功能模塊

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1）鏈?zhǔn)讲樵兎绞?/p>

?總線中有~條85線，標(biāo)明總線的技忐

?［表示范線正被某個主方所使用

?0表示總線空間

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?鏈?zhǔn)讲樵兎绞降闹饕攸c

?總線授權(quán)信號BG采用串行方式從一個I/O接口傳送到下

一個I/O接口

?假如BG到達的接口無總線請求，則繼續(xù)往下查詢

?假如BG到達的接口有總線請求，BG信號便不再往下查詢

?這意味著該I/O接口獲得了總線控制權(quán)

?顯然，在查詢鏈中離中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)

先級,離中央仲裁案越運的設(shè)備其優(yōu)先級越低

?因此，鏈?zhǔn)讲樵兪峭ㄟ^接口的優(yōu)先級挑隊長路來實現(xiàn)的

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?鏈?zhǔn)讲樵兎绞降膬?yōu)點

?只用很少幾根線就能按一定的優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總

線仲裁，并且這種結(jié)構(gòu)很意易獷充新的設(shè)備

?鏈?zhǔn)讲樵兎绞降娜秉c

?對查詢鏈的也路故障非常敏感

?如果第i個設(shè)備的接口中有關(guān)查詢鏈的包路發(fā)生故障

,那么第i個以后的設(shè)備就都不能工作了

?查詢鏈的優(yōu)先級是固定的

?如果優(yōu)先級高的設(shè)備頻繁發(fā)出總線請求，則優(yōu)先級

較低的設(shè)備有可能長期無法使用忌線

_________

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2）計數(shù)器定時查詢方式

?忍線上的任一設(shè)備需要使用忍線時，通過BR線發(fā)出名線請求

?中央仲裁案接到請求后，在BS線為“0〃的情況下讓討教器開始計數(shù)

?計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各個設(shè)備

?每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路

?當(dāng)?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備的地址一致時，該設(shè)備將BS線置

“1〃，獲得總線使用權(quán)，同時終止討教查詢

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?每次計數(shù)既可以從“0〃開始，也可以從終止

點、開始:

?如果從“0〃開始，各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲?/p>

詢法相同，優(yōu)先級的順序是固定的；

?如果從終止點開始，則每個設(shè)備使用總線的優(yōu)

先級是相等的

?計數(shù)器的初值也可用程序來設(shè)置

?可以方便地改變優(yōu)先次序

?但這種靈活性是以增加線數(shù)為代價的

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3)獨立請求方式

(c)獨立請求方式

?在獨立請求方式中,

?每一個共享總線的設(shè)備均有一對總線請求線BRi和總線授權(quán)線BGi

?當(dāng)設(shè)備要求使用總線時，便發(fā)出該設(shè)備的請求信號

?中央仲裁器中有一個挑隊也路

根據(jù)自己的優(yōu)先策哆決定首先響應(yīng)哪個設(shè)備的請求,給該設(shè)備以授權(quán)

信號BGi

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?獨立請求方式的優(yōu)點

?響應(yīng)速度快

?確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費的時間少，用不著一個設(shè)備接一個

設(shè)備地查詢

?對優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活

?可以預(yù)先固定

?也可以通過程序來改變

?還可以用屏藪（禁止）某個請求的辦法，不響應(yīng)來自無效設(shè)備

的請求

?因此，現(xiàn)代的總線標(biāo)準(zhǔn)普遍及用獨立請求

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2.分布式仲裁

?分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個潛在的主方功

能模塊都有自己的仲裁號和仲裁器

?當(dāng)它們有總線請求時，把它們惟一的仲裁號發(fā)送到共享

的仲裁總線上

?每個仲裁器將仲裁忍線上得到的號與自己的號進行比較

?如果仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應(yīng)，并撤消它

的仲裁號

?最后，獲勝者的仲裁號保留在仲萩總線上

?顯然，分布式?仲裁?是以優(yōu)先級仲裁?策略為基礎(chǔ)的

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6.2.2總線的通信

?總線的通信就是決定共享總線的各個部件之間如

何遂行通信、如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}

?總線的一次信息傳送過程，大致可分為如下五個

階段：

1.請求總線

2.忍線仲裁

3.尋址（目的地址）

4.信息傳送

5.狀態(tài)返回（或錯誤報告）

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?為了同步主方、從方的操作，必須制訂通

信定時協(xié)議

?所謂定時，是指事件出現(xiàn)在總線上的時序關(guān)系

?計算機系統(tǒng)中有兩種截然不同的通信方式

?同步通信

?異步通信

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1.同步通信

?在同步通信協(xié)議中,事件出現(xiàn)在總線上的時刻由總線時鐘

信號來確定

?讀數(shù)據(jù)的同步時序

?所有事件都出現(xiàn)在時鐘信號的上升沿，大多數(shù)事件只占據(jù)一個時鐘

周期

?CPU首先發(fā)出讀命令信號，并將存儲器地址發(fā)到地址線上

?它也可發(fā)出一個啟動信號，指明控制信息和地址信息均已出現(xiàn)在總線上

?存儲器模塊識別地址碼，經(jīng)過?個時鐘周期延遲（存取時間）后，

將數(shù)據(jù)和認(rèn)可信息放到總線上，極CPU讀取

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?由于采用了公共時鐘，每個功能模塊什么時候發(fā)

送或接收信息都由統(tǒng)一時鐘規(guī)定

?因此，同步通信具有較高的傳輸頻率

?同步通信適用于總線長度較短、各功能模塊存取

時間比較接近的情況

?同步方法對于任何兩個功能模塊的通信都給予相同的

時間安挑

*由于同步總線必須按最慢的模塊來設(shè)計公共時鐘，當(dāng)

各功能模塊的存取時間相差很大時，忍線效率會大大

演失

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2.異步通信

?在異步通信協(xié)議中，后一事件出現(xiàn)在總線

上的時刻取決于前一事件的出現(xiàn)

?即建立在應(yīng)答式或互鎖機制基礎(chǔ)上

?不需要統(tǒng)~的公共時鐘信號

?總線周期的長度可變

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?采用異步通信協(xié)議的讀數(shù)據(jù)操作過程

?CPU發(fā)出核命令信號和存儲器地址信號

?經(jīng)過一段時間的延遲，待信號穩(wěn)定后，它啟動主同步CMSYNJ信號

?引發(fā)存儲器以從同步（SSYNJ信號予以響應(yīng)，并將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)線上

?SSYN信號使CPU讀數(shù)據(jù)，然后撤消MSYN信號

?MSYN信號微消又使SSYN信號撤請

?最后地址線、數(shù)據(jù)線不再有有效信息，于是讀數(shù)據(jù)總線周期結(jié)束

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?異步通信的優(yōu)點

?總線周期長度可變，不把響應(yīng)時間強加到功能

模塊上

?允許快速和慢速的功能模塊連接到同一名線上

?但這是以增加總線的復(fù)雜性和成本為代價的

?正因為如此，目前多數(shù)微機的總線還是受用同

步通信的方法

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6.2.3信息傳送方式

1.串行傳送

2.并行傳送

3.分時傳送

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?數(shù)學(xué)計算機使用二選制數(shù)，它們或用也住的離、

低來表示，或用脈沖的有、無來表示

?曲信傳送

?電住高時表示數(shù)字“r,電住低時表示數(shù)室“o〃

?脈沖傳送

?有脈沖時表示數(shù)學(xué)“r,無脈沖時表示數(shù)室“0〃

?計算機系統(tǒng)中，傳送信息采用三種方式：

?串行傳送、并行傳送、分時傳送

?出于速度和效率上的考慮，系統(tǒng)總線上傳送的信息必

須采用并行傳送方式?Ws

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1.串行傳送

?當(dāng)信息以串行方式傳送時，只有一條傳輸線，且采用脈沖

傳送

?在串行傳送時，

?按順序傳送表示一個教瑪?shù)乃卸M制位CbitJ的脈沖信號，每

次一位

?通常以第一個脈沖信號表示教嗎的最低有效佳，最后一個脈沖信

號表示教瑪?shù)淖罡哂行?/p>

發(fā)送部件傳送數(shù)據(jù)接收部件

?串行傳送示意圖

?CAI演示

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?當(dāng)串行傳送時，有可能按順序連續(xù)傳送若干個

“0〃或若干個“r

?如果在編碼時用脈沖表示二進制裁，那么當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)

幾個“0〃時，則表示某段時間間隔內(nèi)傳輸線上沒有脈沖

信號

?為了確定究竟傳送了多少個“0〃，必須采用某種時序格

式，以便使接收設(shè)備能加以識別

?通常采用的方法是指定“核時間”

?即指定一個二進制住在傳輸線上占用的時間長度

?顯然，“住時間”是由同步脈沖來體現(xiàn)的

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?假設(shè)串行數(shù)據(jù)是由“位時間”組成的，那

么傳送8個比特需要8個核時間

?假設(shè)接收設(shè)備在第一個住時間和第三個住時間

接收一個脈沖，其余的6個住時間沒有接收脈沖

?可知所接收到的二選制信息是00000101

?注意，串行傳送時，低住在前，高位在后

2011年7月28日星期四*：■■■?網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

?在串行傳送時，

?被傳送的數(shù)據(jù)需要在發(fā)送部件遂行并一串變換

,這稱為拆卸

?而在接收部件又需要遂行串一并變換，這稱為

裝配

?串行傳送的主要優(yōu)點

?只需要一條傳輸線

?這一點對長距離傳輸尤其重要

?不管傳送多少數(shù)據(jù)量都只需要一條傳輸線，成本比

較低廉

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【例6-2】利用串行方式傳送字符，每抄鐘傳送的比

特（bit）傳教常稱為波特率（BaudRate）。假設(shè)

數(shù)據(jù)傳送速率是120個字符/抄，每一個字符格式

現(xiàn)定包含10個教據(jù)核（起始位、停止優(yōu)、8個數(shù)據(jù)

?。?，間傳送的波特率是多少？每個比特佳占用

的時間是多少？

【解】：

波特率為：10bX120/s=1200b/s=1200bps

每個比特住占用的時間Td是波特率的倒數(shù)：Td=

1/1200=0.833X103s=0.833ms

2011什：7月28H星期四筐就可：3^g^網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

2.并行傳送

?用并行方式傳送二進制信息時，對應(yīng)于每個數(shù)據(jù)傳都需要

一條單獨的傳輸線

?信息由多少二進制住組成，就需要多少條傳輸線

?使二進制數(shù)“0〃或“1〃在不同的線上同時選行傳送

高位1

0

]

?并行傳送的過程0

發(fā)送接收

]

部件部件

?CAI演示r

0

0

低位

?如果要傳送的數(shù)據(jù)由8住二進制住組切門個字節(jié)）,那么可以使

用8條線組成的扃平數(shù)據(jù)電纜

?每一條線代表二進制數(shù)的不同住值

?例如，最上面的線代表最高有效住，最下面的線代表最低有效佳

,因而圖中正在傳送的二進制教就是10101100

2011年7月28日星期四網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院24

?并行傳送?般采用電住傳送

?由于所有的住同時破傳送，所以并行數(shù)據(jù)

傳送比串行數(shù)據(jù)傳送快得多

?例如，使用32根單獨的地址線，可以從CPU的

地址寄存器同時傳送32位地址信息給主存

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3.分時傳送

?分時傳送有兩種概念

?一種是泉用總線復(fù)用方式

?某個傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息

?為此必須劃分時間片，以便在不同的時間間隔中完

成傳送地址和傳送效據(jù)的任務(wù)

?另一種是共享總線的部件分時使用總線

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6.3總線系統(tǒng)實例

6.3.1ISA總線

6.3.2PCI總線

6.3.3AGP總線

6.3.4PCIExpress總線

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?隨著計算機技術(shù)的選步，總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也在不

斷發(fā)展

?例如，微型計算機卷線

?PC/XT總線（1981年）

?PC/AT或ISA總線（1984年）

?EISA總線（1988年）

?VESA總線（1989年）

?PQ總線（1991年）

?AGP總線（1997年）

?PCI-X總線（1998年）

?PCIExpress（2004年）

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6.3.1ISA總線

?ISA^IndustryStandardArchitecture,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)

構(gòu)）總線是由IBMPC/XT和PC/AT使用的8住總線發(fā)

展而來的總線標(biāo)準(zhǔn)

?ISA是8/16佳兼袞總線，因此I/O插槽有8住和8/16

住兩種類型：

?8蒞廣展槽由62個引腳組成

?其中包括20條地址線和8條