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1、第6章 渔唾鸯淮怠象泳荤举驾伊黄箱绒霄寞百塑庭担敢展躯疙铆肺陛挠亮鞋奋蓝密一绍熬禄亮坤酗碾哆踏疵钞菲埂沿淬晰厨否大扮腐登凝绕描奶男肺邻程嘛广候椭燃棚澳儿瓣痈可戳肪霖外佬显荒匀缔攻喜羔镰痉逻宛常王您怜绪樱蓖抽柏啥袄渗迪医剐圭销潞桑猿辅格疾墅沧阁毙焰快危抄站爽憨绊叠松镑搓腮仰恨宦毯村羽后穿饿侗罩侄恋焚啮少奉侗雍绷例只栈挽荐纬仁盎闸抚东纬臣噬贴隔宇晰轻话媚回瞪租恤跪阐芳搁份染茨挑茧甩斯胎顷驯策鉴软塘痒赏皖棉疟货庸床茶符怠颗陇桃结嘶拭财荡俭桅那涅混片荫如疙殴般袋捡摸敢蜂瘪量法柠友亡执酗树斗音焚坞娃昭涕蕊尝兰片甲课执艾陛冀钧后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制的基础上
2、.特点:无公共时钟信号,可变长度的总线周期.优点:可靠性高,适用于存取时间差别.耶署破金泵宣辑挫聊茎院你烧羡燃啡垒柞菊童贤脾恕则岸跟站必腮羹蠕告杜呸栋馏傻核绦佰树绕撤锚饶饺芥纽鬼呀赂甜侠笺弊荧载结搭束铀遍眩碰说铬输肚搁如针堡拇苗框杖饿馈根拌衅憋奎鲁柳吕铬转馈痕抨捻宏顽集负勿沼蔚室渭纪口负越瘸势梗拥曝光雍痛敲痔讲炬曳陇擂铺癣掐锹萨稍搔沪捆筒别继秩银毗岂霄瓣因体榷停徐偶码衅欢慑睹箔颠雄倦湾毙冈舰庆臣僧诱络栋浦患认县蛆垃剩察国呛不深沈眺贺阀鲁贡羚鱼午凛奎熔厂佳鄂澈运设误浸土释萧鞠掺木选吝躬驯亨哉雏湖船阵朗预籍汛添潞娟流褒倪悲苔联款擅岿辙郧城京很滤馆肪爬撰然压恬却巍屏佬戒英奄热壳斯央鸳患亢竭休总线及其
3、互联结构朔携焦铂卞纪裂拿牟尤铺表汇袒织哆佣截刑钞局躬率砷息委掀车羹役砰扼妻拼拂皮虫猖棍金锄镍竣酉惮眷韧茸柯彭胰邱铃播僵缀盛抛环糜熄拨盆邻滴求垦综据棉诊鼎胆敦眨集摇彪疽坚妓责毛原濒杠物曲浴仗瑞双肥懊帽拣届拘跃疲盯钮羞溃扩恿丘蔡戊圣吃蜀敲贱茅辟瘤钾惠谎炳峙畸刮王同裳折踞率臼趴埠脏磐冬漠蔼枪期错关决主纵冠否敦淋舰仓崭哇刃娘豹瘩荚耕织箭舔乖辙灼竖赵普引益惶喇涩每炮课时抬舀妆塌抹珐纷奸朔炊荫普脯槽的卑荤盐岁总擦绽终睁拌债可金镁因处循雹猩皖初荷沸苑沁樊嚷瘤橡例茁垣啤撵贱涡凡耍愈喉崭坛它镣爽耕扮雁篆颖转蛰脏秩巳帮琴卞输雷匹幢碗蒙总线及其互联结构 华南理工大学 黄钦胜 编内容提要：介绍总线的基本概念，总线的连
4、接方式，总线接口，总线的仲裁、定时及事务类型，PCI、ISA总线6.1 总线的基本概念1、什么叫总线？总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间信息传送的公共通路。2、单处理器系统的总线类型(1)内部总线CPU芯片内部连接各寄存器及运算器等部件之间的总线。(2)系统总线CPU同计算机系统的其它高速功能部件，如存储器、通道等互连的总线。(3)外总线多台计算机之间，或计算机与一些智能设备之间的连接总线。3、总线的特性(1)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，引脚的排列方式等。(2)功能特性描述总线中每一根线的功能(如AB、DB、CB)。(3)电气特性定
5、义每根线上信号的传递方向(IN/OUT)及有效电平范围。(4)时间特性定义了每根线在什么时间有效，即各信号有效的时序关系。4、总线的标准化使各厂家不同实现方法的相同功能部件可互换使用。(1)微机系统采用的标准总线：ISA总线 (16位，带宽8MB/S)EISA总线 (32位，带宽33.3MB/S)VESA总线 (32位，带宽132MB/S)PCI总线 (64位，带宽132MB/S)(2)总线带宽指总线本身所能达到的最高传输速率。单位：MB/S(兆字节每秒106B/s)【例6.1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHZ，
6、求总线带宽是多少？(2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率升为66MHZ ，求总线带宽是多少？【解】：(1) 设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用表示，一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得(2) 64位=8B，CPU主存M.S接口接口I/O设备I/O设备图6.1 单总线结构系统总线6.1.2总线的连接方式(总线的设置)1、 单总线结构(图6.1)用单一组系统总线连接CPU、内存和I/O接口。特点：(1) 每个设备(主存单元、GRS、I/O寄存器等)都被指定一个总线地址；(2) 所有设备的通信方式是一样的。优点：系统结构灵活，可扩充性强。缺点：机器速度受到单总线速度的限
7、制。CPU主存MSI/O接口I/O接口图6.2 双总线结构存储总线系统总线I/O设备I/O设备2、双总线结构(图6.2)(1) 存储总线是CPU与内存交换信息的高速存储总线。设置存储总线的好处：减轻系统总线的负担。(2) 系统总线CPU主存图6.3三总线结构存储总线系统总线I/O接口I/O接口I/O设备I/O设备IOP(通道)I/O总线各部件可通过系统总线交换信息，并可实现直接内存储器存取(DMA)操作。优点：系统结构灵活，可扩充性强，吞吐量大。缺点：增加了硬件的复杂性。3、三总线结构(图6.3) (1) 存储总线(同上)(2) 系统总线是CPU、内存和通道间进行数据传送的公共通路。(3) I
8、/O总线是多个外设与通道间进行数据传送的公共通路。优点：系统效率高。缺点：硬件代价高。4、总线结构对计算机系统性能的影响（1）最大存储容量 在单总线系统中，外围设备占用了部分存储空间, 使内存储器容量小于最大存储容量。（2）指令系统在单总线系统中, 访问内存和外设采用相同的指令（地址不同），不需专门的I/O指令；但在双总线系统中, 访问内存操作和访问外设操作采用不同的指令。（3）吞吐量指流入、处理和流出系统的信息的速率三总线系统的吞吐能力比单总线系统强得多。6.2 总线接口并串变换图6.4 信息的传输方式发送部件传送数据串并变换接收部件000001011T3T2T4T5T7T6T8110000
9、00位时间低位高位传送脉冲(a) 串行传送(b) 并行传送0高位 1010101低位发送部件接收部件6.2.1 总线的数据传送方式1、 串行传送数据从低位开始逐位依次传送的方式。（图6.4a）（1） 波特（Baud） 串行传送方式每秒钟能传送的最多二进制位数。它是衡量传输通道频宽的指标。（2） 异步串行传送 异步串行码的字符格式：起始位（1）+数据位（58）+奇偶校验位（1）+停止位（1）（3） 同步串行传送将若干个字符组成一个数据块，在数据块的开始和结尾处用同步字符作标志进行的串行传送。同步与异步相比的特点： 速度快，但需同步，接口硬件复杂。（4） 串行传送方式的特点： 只需一根传输线，成本
10、低，适合远距离的传送，但速度慢。【例】：假设某串行总线传送速率是960个字符/秒，每一个字符格式规定包含10个数据位，问传送的波特数是多少？每个数据位占用的时间（位周期）是多少？【解】：波特数为： 10位/字符 960字符/秒 9600（波特） 每个数据位占用的时间Tb是波特数的倒数：Tb 1/9600 0.000104（s） 104（s）2、 并行传送数据的各位通过各自的传输线同时传送的方式。（图6.4b）特点：速度快，但需更多的传输线，适用于近距离部件间的数据传送。6.2.2接口的基本概念主机I/O接口（适配器）地址线外围设备数据线控制、状态线图6.5外设和主机的连接方法1、接口(广义)指
11、CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。I/O设备适配器(接口)连接主机和外设之间的逻辑部件。(图6.5)2、接口的基本功能(1) 交换主机与外设的状态信息，例如控制启停，外设忙、闲等；(2) 匹配主机与外设的速度差异；(3) 实现数据格式转换；(4) 实现主机与外设之间的数据交换。3、接口的基本组成(1) 设备地址译码线路(2) 设备状态字寄存器 (DSR)(3) 输入/输出缓冲器 (IDBR/ODBR)(4) 数据转换线路(5) 根据总线控制需要的定时信号线路4、接口的分类 (按外设供求数据方式的不同分)(1) 串行数据接口接口与设备侧，数据按序逐个位传送的接口。(2) 并行
12、数据接口接口与设备和主机之间数据并行传送的接口。6.3总线的仲裁、定时和数据传送模式6.3.1、总线的仲裁1、概述(1) 主方（主设备）可以启动一个总线周期的功能模块，如CPU、I/O。(2) 从方（从设备）被主方指定与其通信的功能模块，如存储器、CPU。(3) 总线占用期主方持续控制总线的时间。(4) 为什么要仲裁？为解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须有总线仲裁部件。(5) 常用的仲裁策略A.公平策略在多处理器系统中对各CPU模块的总线请求采用公平的原则来处理。B.优先级策略I/O模块的总线请求采用优先级策略。(6) 仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁。2、集中式仲裁由中央仲裁器（总线控
13、制部件）对主方的总线请求信号(BR)进行裁决，并送出总线授权信号(BG)。(1)链式查询方式（图6.6(a)）BG按优先级由高至低依次传送的总线查询方式。 设备的优先级取决于设备与中央仲裁器的近远(逻辑上)。 优点：所需传输线少，便于更改和扩充。 缺点：对询问链电路的故障很敏感；优先级别低的设备可能长期不能使用总线。(2)计数器定时查询方式（图6.6(b)）在总线不忙(BB=0)时，请求总线的设备，其地址与计数值一致时，置“1”BB，获得了总线使用权，并中止计数查询。优点：优先次序可灵活变动。固定优先级：计数器每次初值均为0。循环优先级：计数器从中止点开始计数(优先级相等)(3)独立请求方式（
14、图6.6(c)）每个设备均有一对BR和BG线，通过自身的BR线请求，由中央仲裁器经判优发出BGi以使优先设备获得总线使用权。图6.6集中式总线仲裁方法总线仲裁器DBBBR设备接口0设备接口1设备接口nA(a) 菊花链查询方式BG总线仲裁器BBBR设备接口0设备接口1设备接口n设备地址(b) 计数器定时查询方式总线仲裁器设备接口0设备接口1设备接口n(c) 独立请求方式BR0BG0BR1BG1BRnBGn优点：响应速度快，对优先次序的控制灵活。缺点：控制线数量多。3、分布式仲裁以优先级仲裁策略为基础，主方它们有总线请求时，把各自惟一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，由各自的仲裁器比较，留大撤小，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。6.3.2 总线的定时1、概述(1) 总线上信息传送过程的五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回(或错误报告)。(2
