计算机组成原理总线技术

《计算机组成原理总线技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理总线技术（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、人才是培养出来的本章内容学习目标4.1概述 4.2总线的设计与实现4.3总线控制第4章-总线技术4.5总线标准4.4总线的性能指标4.6总线结构人才是培养出来的第4章 总线技术-4.1 概述4.1.1 总线概述CPU内存网卡显卡声卡键盘/鼠标（1）这些部件如何进行连接呢？（2）如果其中的某些部件损坏了，买来新的能否兼容呢？思考人才是培养出来的CPU插件板M.M插件板I/O 插件板总线的感性认识BUS第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的由于总线与其上所挂的部件是物理 相连的，但是从逻辑上有：输入、输出、断开三种状态， 所以总线上的部件需要通过由一些 三态门和缓冲寄存器组成的接口 与总线

2、连接 。 传输线包括：信息线、电源线、地线等。总线是计算机系统中各个部件之间（甚至各个系统之间）传递信息的一组共享的电导线。英文名字：BUS。第4章 总线技术-4.1 概述1、概念 定义每一根导线负责传输一个电脉冲信号，这个信号就代表一位二进制数据。若干根导线就可以同时传输若干位二进制数据。 总线一般由传输线 + 接口 + 总线控制器组成。组成数据总线 地址总线 控制总线人才是培养出来的第4章 总线技术-4.1 概述2、特性总线具有以下4方面特性： 功能特性：指总线中的每一根传输线具有特定的功能 定义（1）. 功能特性F按照所传输信息的性质分，总线分为：地址总线、数据总线控制总线。F按照连接的

3、部件分，总线分为：系统总线（也叫处理器总线）输入/输出总线（即I/O总线）。F按照在计算机系统中的位置分总线分为：片内总线、底板总线、板间总线和通信总线。人才是培养出来的第4章 总线技术-4.1 概述2、特性总线具有以下4方面特性： 定义（2）.物理特性 物理特性又称机械特性，指总线的物理连接标准，包括：插头和插座的几何形状与尺寸、引脚的数量与排列方式、固定方式等。 F对于通信总线，根据所传数据的位数又可以将其分为：串行总线(一根线)并行总线（多根线） F通过总线，计算机各部件间进行各种数据和命令的传送！人才是培养出来的第4章 总线技术-4.1 概述2、特性总线具有以下4方面特性： 定义（3）

4、.电气特性电气特性定义每根传输线上信号的传递方向和有效电平范围。 F按照允许信息传输的方向分，总线分为：单向总线和双向总线。双向总线又分为：全双工 和 半双工。全双工是指同一时刻允许信息分别沿两个方向传输，半双工是指同一时刻只允许信息沿一个方向传输而另一个方向的信息传输要等到下一时刻。人才是培养出来的第4章 总线技术-4.1 概述定义（3）.电气特性电气特性定义每根传输线上信号的传递方向和有效电平范围。 2、特性总线具有以下4方面特性： 通常规定：送入微处理器的信号为输入信号（IN），从微处理器发出的信号为输出信号（OUT）。F地址总线为输出信号线F数据总线为双向信号线F控制总线中既有输出信号

5、线，又有输入信号线，但都是单向的例如人才是培养出来的第4章 总线技术-4.1 概述定义（3）.电气特性2、特性总线具有以下4方面特性： 将总线中高电平定义为“逻辑1”，称为正逻辑；将低电平定义为“逻辑1”，称为负逻辑。电气特性定义每根传输线上信号的传递方向和有效电平范围。 F大多数总线信号采用正逻辑，但是也有个别总线信号采用负逻辑 。CPU输出信号输入信号TTL电平 高电平：3.65V低电平：0V2.4V 人才是培养出来的第4章 总线技术-4.1 概述定义（4）.时间特性2、特性总线具有以下4方面特性： 时间特性规定了每一根传输线上的信号在什么时间内才是有效的，即总线上各种信号的时序关系。 时

6、间特性可以用信号时序图来表示。 人才是培养出来的任一时刻，只能有一个方向的信息流动，不允许有相向行为。F 即可以一发一收一发多收,不可以多发一收多发多收第4章 总线总线-4.1 概述第4章 总线技术-4.1 概述（5）.最最基本特性2、特性总线具有以下4方面特性： 定义设备M设备N人才是培养出来的挂接在总线上的主设备，在任意时刻只允许有一个主设备向总线上即利用总线传输信息时要保证信息的唯一性（即不能有一个以上发送数据设备M设备N器件向总线发送信息）第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的在这种系统中，每一个时刻只能有一个总线主（或控制器）占用总线，其他总线主（或控制器）输出的地址、数据、

7、控制信号必须浮空（处于高阻状态），这样系统才能正常工作。反之，如果信号只有两种状态，连在总线上的不同总线主输出信号状态不一致，信号相互钳制，系统便无法工作。何谓三态？请举例说明总线为什么需要三态？答：所谓三态即高电平状态、低电平状态和高阻状态。在计算机系统中，信号的传输是通过总线进行的。总线上往往连接有多个总线主设备，CPU、DMA或者多个CPU。或者说 系统通常是包含DMA控制器的系统或者是多主系统。CPUCPUDMA12挂在总线上的器件，一般具有“三态”特性，三态：第高电平 低电平 （与总线）断开（不高也不低）输出输入高阻态（不输入 也不输出）三种状态情形1情形2通过“三态”来实现总线通信

8、的 唯一性人才是培养出来的（3）三态门u 输出端的逻辑高电平和逻辑低电平输出随输入和电路本身的逻辑决定，（输入）缓冲器AAA三态门/三态缓冲器控制端1：三态门开通0：三态门关断当控制端 =名称符号控制逻辑123u 指输出有三种状态: 逻辑高电平(TTL逻辑+5V，即逻辑1) 逻辑低电平(TTL逻辑0V,即逻辑0) 高电阻状态u 三态门由一个控制线进行控制，有的为高电平有效，而有的为低电平 有效，有效时输出随输入而变化，无效时则成高阻状态。三态门12 有两个输出，一个是原值， 另一个是非值名称符号控制逻辑3第4章 总线技术-4.1 概述了解人才是培养出来的1、片内总线：它位于微处理器芯片内部，故

9、称为芯片内部总线。用于微处理器内部ALU和各种寄存器等部件间的互连及信息传送。CPU芯片生产厂家决定。用户看不见，摸不到，掌控不了。速度极快，几乎不需要时间来衡量。单总线双总线三总线特点片内总线结构分为4.1.2 总线的分类第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的2.系统总线板/卡CPU总线缓冲控制器存储器I/0CPUI/O接口板/卡公共存储器板/卡系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此，系统总线包含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）。系统总线计算机各大部件（CPU、内

10、存、I/O接口）之间 的信息传输线。第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的称为“数据总线宽度”。8/16/32/64位（与机器字长、存储字长有关）CPU内存.DBB、C、一组（多根）、双向A、2.系统总线计算机各部件（CPU、内存、I/O接口）之间 的信息传输线。（1）数据总线DB 定义：用来传输各个部件之间的数据信息。 特点&理解第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的（2）地址总线AB 定义：一组用来指出数据总线上的数据所对应的内存单元地址或I/O外设地址的总线。 特点与理解：称为“地址总线宽度”。8/16/32位（CPU可访问的存储空间大小为2n）CPU内存I/O外设A、一

11、组（多根），单向，由CPU发出。B、C、.AB第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的一根/多根 ，单向/双向CPU内存I/O外设可由CPU发出，也可以由其他部件发出。A、B、C、（3）控制总线CB 定义：各个功能部件之间相互协调工作的控制信号。 特点与理解：Cpu读内存信号：RDCpu写内存信号：WR外设向CPU发出的中断请求信号。CB.指令和数据均放在内存里。从形式上看，它们都是二进制代码，所以人工很难区分 出这些代码是指令还是数据。然而CPU却能识别这些二进制代码：它能准确地 判别出哪些是指令字，哪些是数据字，并将它们送往相应的地方。注：第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来

12、的3. 外总线：也称通信总线。用于两个系统之间的连接与通信，如两台微机系统之间、微机系统与其他电子仪器或电子设备之间的通信。PC机1RS-232 监视器电路故障维修测试仪 IEEE-488通信总线外总线不是微机系统本身固有的，只有微型机应用系统中才有。连接串行传输设备或计算机间通信的RS-232总线。连接智能仪器仪表的IEEE-488通用接口总线 连接外设的小型计算机系统接口SCSI总线 连接打印机的Centronics总线第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的设备总线又称为外总线，它是指微型计算总线上。设备总线控制器微处理器存储器模块外设1外设2外设3外设4系统总线设备总线机系统之间

13、、微型机与外设之间的总线。外总线通常通过总线控制器挂接在系统第4章 总线技术-4.1 概述人才是培养出来的第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现0、总线结构总线的设计与实现主要关注的是采用何种总线结构，选择总线结构需要综合考虑：通信带宽、成本及可靠性等因素。典型的总线结构有：单总线结构多总线结构。人才是培养出来的1. 单总线结构框图单总线（系统总线）CPU M.MI/O接口外部设备1外部设备2I/O接口外部设备nI/O接口第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现人才是培养出来的2. 双总线结构-面向 CPU 的双总线结构框图中央处理 器 CPUI/O总线M 总 线主存储器 M.MI/O接

14、口外部设备1外部设备2I/O接口I/O接口外部设备n第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现人才是培养出来的2. 双总线结构-以存储器为中心的双总线结构框图M.M存储总线系统总线CPUI/O接口外部设备1外部设备nI/O接口第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现人才是培养出来的2. 双总线结构-另一种双总线结构第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现主存总线I/O总线I/O接口设备n I/O接口设备0 CPU主存通道人才是培养出来的3. 三总线结构-结构1第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现主存总线DMA总线系统总线CPU主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口人才

15、是培养出来的3. 三总线结构-结构2第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现局域网系统总线CPUCache局部总线扩展总线接口扩展总线Modem串行接口SCSI主存人才是培养出来的3. 三总 线结 构- 结构3人才是培养出来的主存扩展总线接口局域网SCSI多媒体CPU调制解调器串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥*4. 四总线结构第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现人才是培养出来的打印机接口显示器接口软盘接口硬盘接口CPU总线RAMROM键盘接口键盘硬盘软盘显示器打印机微型计算机总线结构示意图第4章 总线技术-4.2 总线的设计与实现5. 微型计算机总线结构示意图人才是培养出来的第4章 总线技术-4.3 总线的控制 4. 3. 1 总线仲裁1、总线的基本特性电子计算机的总线具有两个特性：发送的互斥性和接受的共享性。为了协调总线上各个部件对总线的争用、避免发生总线冲突，必须有一个总线控制器来对总线的使用进行分配和管理。拥有总线控制权的总线部件，称为总线的主部件。被主部件访问的部件称为从部件。 Bus设备1设备n人才是培养出来的当总线上有多个候选的主部件同时申请使用总线时，必须有一个总线控制机构按照某种策略（优先次序）对申请进行裁决，这就叫做总线仲裁。第4章 总线技术-4.3 总线的控制 4. 3. 1 总线仲裁2、总线仲裁定义如果总线仲