[精选]电子商务时代的企业管理

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1、计算机组成与结构 Computer Organization and Architecture (第四章) 顾 浩 赵宝华 2004.1,2021/6/16,1,目录,4.1总线工作原理 4.2几种系统总线标准 4.3几种系统总线标准,2021/6/16,2,序,总线是能由多个部件分时共享的公共信息传送线路. 分时和共享是总线的两个基本特性. 共享:指多个部件连接在同一组总线上,各部件间交换的信息都可通过总线传送. 分时:指同一时刻总线只能在一对部件间传送信息. 一个系统的总线结构决定了该计算机系统的数据通路用系统结构.因此,总线结构的带宽和结构对系统性能有很大影响.,2021/6/16,3,

2、4.1 总线工作原理4.1.1 总线通信的定时方式,总线通信的定时方式:指采用一定方式,让接收端知道发送端信息的始发和结束时间. 按定时方式不同,可把通信过程分成同步和异步通信两种. 1.同步通信: (1)特点:各部件都用一个公共的时钟信号进行同步控制,时钟信号由CPU发出,发送到每一个部件(设备). t0时刻:将CPU产生的设备地址放在地址总线上,并经控制线指出操作性质(R/W内存或R/W I/O设备). t1时刻:CPU发读信号命令; t2时刻:设备把数据放DB上,CPU在T3中进行数据选通,将数接收到自己的寄存器. t3时刻:CPU的读命令和设备数据信号结束. t4时刻:总线周期结束.可

3、开始新数据的传送.,图4.1,2021/6/16,4,4.1.1 总线通信的定时方式,(2)优点:模块间配合简单,步调一致.传输频率较高. (3)缺点:对所有模块有严格的时限要求,故缺乏灵活性. 2.异步通信:也叫应答方式 (1)特点:无统一时钟和固定的时间标准,靠请求应答方式(handshaking)进行同步控制,以实现不同速度间的数据传送. (2)三种应答关系: 全互锁:两设备间的”请求”和”应答”, 互为制约. 半互锁:设备2自行决定应答信号撤消与否. 不互锁:两设备间的”请求”和”应答”信号均有一定时间宽度,何时结束不互锁.,主模块 从模块,请求,应答,2021/6/16,5,4.1.

4、2 总线的组成与仲裁,1.总线的组成: (1)传输线 地址线:决定直接寻址范围. 数据线:决定数据宽度. 控制,时序和中断信号线:决定总线功能强弱,适应性好坏. 电源线:决定电源种类,地线分布及用法. 备用线:留给用户进行性能扩充,满足特殊需要. (2)接口逻辑: 需三态门和缓冲寄存器作为它们的接口. (3)总线控制器: 对各设备对总线的使用进行合理的分配和管理.,2021/6/16,6,2. 总线的急用与仲裁,总线主设备:对总线有控制权. 总线从设备:对总线无控制权. 总线通信原则: 通信前由主模块发请求; 同一时刻只允许一对模块间通信; 模块同时使用总线时,应由总线控制器中的判优和仲裁逻辑

5、按判优原则决定哪个模块使用总线. 总线判优方式: 集中式总线控制逻辑集中的一处； 分布式总线控制逻辑分布在连接总线的各部件或设备中.,2021/6/16,7,集中控制的三种常见优先权仲裁方式,(1)链式查询方式:用3条控制线进行控制: BS(总线忙); BR(总线讲求); BG(总线允许). 特征:将BG串行地从一部件(I/O接口)送到下一个部件,直到到达有请求的部件为止. 优先权位置:离总线控制器最近的部件具有最高使用权,离它越远,优先权越低. 电路:链式查询靠接口的优先权排队电路实现. (2)计数器定时查询方式: 总线上的任一设备要求使用总线时,通过BR线发出总线请求.中央仲裁器接到请求信

6、号以后,在BS线为”0”的情况下让计数器开始计数,计数值通过一组地址线发向各设备.每个设备接口都有一个设备地址判别电路,当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时,该设备 置“1”BS线,获得了总线使用权,此时中止计数查询。,图4.3,2021/6/16,8,(3)独立请求方式,工作原理: 每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi. 当设备要求使用总线时,便发出该设备的请求信号.总线控制器中的排队电路决定首先响应哪个设备的请求,给设备以授权信号BGi。 优点：响应时间快,确定优先响应的设备所花费的时间少,用不着一个设备接一个设备地查询。 其次,对优先次序的控制相当灵活

7、，可以预先固定也可以通过程序来改变优先次序;还可以用屏蔽(禁止)某个请求的办法,不响应来自无效设备的请求。 三种方法控制线数目的比较: 链式查询方式只用二根线。 计数器定时查询方式大致用2n根线,n是允许接纳的最大部件数。 独立请求方式要用2n根线.,2021/6/16,9,4.1.3 总线特性与性能指标,从结构上,总线由母线框架和各部件的插板组成. 1.总线特性 (1)机械(物理)特性:指总线的物理连接方式,包括总线的根数,总线的插头、插座的形状,引脚线的排列方式等。 (2)电气特性:定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围.送入CPU的信号叫输入信号(IN),从CPU发出的信号叫输出信号

8、(OUT)。 (3)功能特性:描述总线中每一根线的功能,有DB,AB和CB. (4)时间特性:定义了每根线在什么时间有效.规定了总线上各信号有效的时序关系,CPU才能正确无误地使用。 2.总线的性能指标: 计算机总线技术包括通路控制性能,使用方法,仲裁方法和传输方式等.,2021/6/16,10,2.总线的性能指标,(1)总线宽度:即传送宽度,指一次总线操作中通过总线传送的数据位数(bit).常用8.16.32.64等. (2)总线周期:指一次总线操作中所用的时间. (3)总线带宽(标准传输率):指总线上每秒传输的最大字节数,用MB/S表示. 带宽计算公式:Dr=D/T=Df; 式中T是时钟周

9、期T=1/f, D为一个总线周期传送的数据量. (4)总线工作的时钟频率:总线工作的频率越高,带宽越宽. (5)多路(分时)复用技术:即地址和数据线共用一物理线路. (6)总线控制方式:含突发传输,并发工作,自动配置,仲裁方式,逻辑方式和计数方式等. (7)其它:如同步方式,信号线数,负载能力和电源电压等.,2021/6/16,11,3.总线的标准化,相同的指令系统,相同的功能,不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用,其原因在于它们都遵守了相同的系统总线的要求,这就是系统总线的标准化问题。 (1)即插即用(plug and play)功能:

10、 简称PnP.即背后设备只需简单插入便可运行,无需用户拨动开关或安装软件等. PnP功能主要取决于微机的系统总线结构,有的总线提供较完善的功能.,2021/6/16,12,4.1.4 总线分类,无统一的分类方法,但可从不同角度分类: 1.按照总线传递的内容分类: 地址总线(AB); 数据总线(DB)和控制总线(CB). 2.按总线所处位置分类: (1)片内总线:位于CPU芯片内部用于寄存器,ALU及各控制部件间传输信号的总线. (2)片外总线:位于CPU芯片外部用于连接CPU,MM和I/O设备的总线. 3.按总线在系统中连接的主要部件分类: 存储总线; DMA总线; 系统总线; 设备总线.,2

11、021/6/16,13,4.按系统中使用的总线数量分类,(1)单总线结构: 特点:在许多单处理器的计算机中,使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备,叫做单总线结构.即所有的模块都挂在同一组总线上. 优点:连接灵活,便于扩充. 缺点:因所有信息公用一总线,信息传输吞吐量受限制. (2)双总线结构:形成以存储器为中心的双总线结构. 优点:保持了单总线系统简单,易于扩充的优点,但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线,使CPU可通过专用总线与存储器交换信息,并减轻了系统总线的负担,同时主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作,而不必经过CPU. 缺点:以增加硬件为代价。,

12、2021/6/16,14,(3)三总线和多总线结构,结构:它是在双总线系统的基础上增加DMA总线形成的,此举是为了在主存与高速设备(如磁盘)间进行高速成批的数据传送. 这种结构的硬件代价更大. 分级的三总线结构:一般用于I/O设备性能相差不大的情况. 四总线结构:在高速设备间设立一条单独的高速总线,见图4.9.,2021/6/16,15,4.2 几种系统总线标准,系统总线连接同一台计算机系统各部件的总线. 4.2.1 ISA (Industry Standard Architecture,工业标准体系结构)总线 ISA-8(XT总线) ISA-16(AT总线) ISA-16总线的每个插槽由一个

13、长槽和一个短槽组成.长槽与XT兼容的62个引脚,每列有31个引脚,编号为A1A31和B1B31;短槽每列有18个引脚,编号为C1C18和D1D18. 引脚定义见表4.2. 4.4.2 微通道结构MCA和EISA 1.MCA:1987年由IBM推出PS/2系统时,采用的32位的微机总线.因采用封闭策略,没把技术公开,且与ISA不兼容. 2.EISA(Extended Industry Standard Architecture,扩充工业标准体系结构)总线 32位总线,与ISA完全兼容.最大数据传输频率可达33Mb/s,2021/6/16,16,4.2.3 PCI (Peripheral Comp

14、onent Interconnect)外设部件互连总线,PCI总线位于高速外设与CPU之间.是由INTEL公司提出的局部总线标准.版本从V1.0,V2.1到V2.2.其中,V2.2的性能: 1.性能: 位宽 总线工作频率 最大带宽 PCI 2.2 32位 3M/66M 133/266MB/S (是ISA的33倍) （主流） 64位 3M/66M 266/533MB/S 2.特点:见P159. 3.插座形状和引脚: 为白色矩形插座.总引线数120条,基本引脚50根 可选引脚51根,2021/6/16,17,4.2.4 AGP (Accelerated Graohic Port)总线,AGP总线

15、PCI总线 ISA总线 1.概述:AGP是一种为提高视频带宽而设计的总线规范.目 的是为大幅度提高高档微机处理图形(尤其是3D)的能力. 2.性能特点:见P160. 3.形状和引线:褐色插座,一块主板只有一个,只能插显卡.,CPU,L2,北桥,显卡,主存(纹理数据),南桥,PCI卡,PCI卡,ISA卡,ISA卡,ISA卡,CPU总线,2021/6/16,18,4.3 几种设备总线标准,总线技术是用于连接部件或设备. 接口技术是主机与某外设的适配器,解决两者 间的电压等级,信号形式和速度匹配. 不同的接口是不通用的. 4.3.1 EIA-RS232D/RS-449串行接口标准 1. EIA-RS

16、232 (1)概述:RS-232是美国电子工业协会EIA于20世纪60年代正式公布的串行总线标准,也是目前最常用的串行接口标准.用于实现计算机间,计算机与外设间的数据通信. (2)性能指标:最高传输速率19.2kb/s; Dmax 15m. 使用DB-25连接器. 主信道:15条,带*者 (3)标准接口信号:共三组 辅信道:5条,低速 未使用和备份:5根,设备或部件 的连接技术,不全用 常用8根,2021/6/16,19,4.3.1 EIA-RS232D/RS-449串行接口标准,2.RS-449接口标准 (1)概述:是EIA于1977年制定的串行接口标准.于1980年成为美国标准.电气标准由RS-422A或RS-423A定义. (2)机械性能:规定37和9脚两种接口连接器. (3)电气性能:依据RS-422A(平衡方式)和RS-423A(非平衡方式)及RS-485电气标准. (4)性能指标:最高传输速率100kb/s; Dmax 2000m.,2021/6/16,20,4.3.2 IDE接口与SCSI接口总线,常用硬盘和 IDE用于微机。 光驱接口 SCSI用于工作站/服务器或小型机