第六章 总线系统

• 并行总线：多条总线并行传送数据。一般有多条， 可以同时传送多位二进制数据位。通常将数据总 线上可同时传送的二进制位称为数据通路的宽度。 系统总线一般采取并行总线，其数据通路的宽度 与CPU一致，一般是字节的整倍数。 • 串行总线：总线中数据线很少或只有一条。在数 据传输中只能逐位传输。
第五章 总线系统
特点：结构和控制均不太复杂，效率较高，也 比较灵活。
第五章 总线系统
§6-3 总线的协议及标准
一、总线协议 总线完成数据传送，在确保传送、接收双方的协同 工作，避免发生传输错误。 所谓通信协议，指为保证正确通信，而对通信双 方的约定规则，是发送、接收双方都要遵守的规则。 所谓总线的通信协议，实际上是总线操作的若干 总线周期。如： 读/写I/O总线周期 读/写内存总线周期
1、当总线正在使用期间，总线控制器发出BS信号， 宣布总线占用，任何部件不再发出总线控制请求。
第五章 总线系统
BUS
总 线 控 制 器
BGn BRn
…
BG2 BR2 BG1 BR1 1
2
…
N
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2、当部件检测到总线BS信号消失、总线空闲时，
可发出请求信号BR。每部件发出的BR信号，都有独 立（有标志）地送总线控制器。 3、总线控制器根据发来的请求，按各部件在控制 器内部优先权的排名顺序，选择优先权高的部件， 独立地发出总线控制允许信号BG，该部件获总线控 制权。控制器发出BS信号，宣布总线忙。 4、其他部件没有接到BG信号，继续等待总线再次 释放，再发出BR信号。 特点：结构和控制均较复杂，效率高，灵活性强。
第五章 总线系统
3、当总线控制器接到BR信号，并不判定哪个部件发 出，而是立即送出“总线同意”信号BG。BG信号直接 发 给靠总线控制器最近的部件1，若部件1并未发出总线 请求，则传递BG到部件2，以此类推。直到传送给发 出请求的部件，该部件获总线控制权，可向总线发送 数据信息。 特点：结构简单，效率低下。 二、并行仲裁
第五章 总线系统
一、总线标准化
总线标准化就是各厂家生产计算机部件时，遵循 一致的总线标准，使得零部件得以通用。 总线标准：指总线的结构上的标准，如尺寸大小、 引脚的电气特性、信号的定义、数据宽度、地址空间、 传输速率等。 总线标准化推动了计算机行业的发展。 目前，芯片级总线的标准尚未得到妥善解决。原 因是主要生产厂家生产标准无法统一。即使是同一厂 家，不同级别和年代的产品也不能简单地通用。
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CPU——Cache总线结构：
Cache Bus System Bus Bridge Expansion Bus M M
CPU
Cache
I/O 1
I/O 2
I/O 3
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四、常见总线标准
以上所称system Bus、 Memory Bus、 Cache Bus、 DMA Bus、I/O Bus、 Expansion Bus 等都属系统总线。 不同的总线都有各自的结构特点，称为其标准。 常见的总线标准有： 1、ISA/EISA总线标准 P100 2、PCI总线标准 P104 3、AGP总线标准 P106 4、IEEE488总线标准 P103 5、IEEE796总线标准 P105
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2、多总线结构
系统中有多条总线存在。 数据可以在多条总线上同时传输，速度提高。常 见的、典型的多总线结构有： ⑴CPU与内存之间： System Bus Memory Bus 由于CPU与内存之 MM 接口1 接口2 间信息交换最为频繁， CPU 在两者之间增加一组 Memory Bus I/O I/O 总线，称存储总线。
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•
准同步总线：
采用总线周期加时钟周期的办法来实现同步。实际
上，是同步方式的一种改进。若两部件能在基本工作周期 内完成传输任务时，它实际上执行同步标准。当一方不能 在基本工作周期内完成时，可发出“等待”信号，总线周 期则按时钟周期单位地增加，直到“等待”信息撤销。
四、系统总线 数据总线；宽度决定传输数据速率。 地址总线；宽度决定可访问内存空间。 控制总线；传输控制/状态信息。 电源线；
第五章 总线系统
三、计数器仲裁方式
与串行仲裁相似。
不同之处：各部件在控制器中预留地址码，在各部件发 出BR信号后，总线控制器在当前地址码基础上加1，然后广 播（通过一组地址线，将BG信号与地址码信号一并发送各 部件），各部件接到信号，将其携带的地址码与本身的地址 码核对，如ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ同，则自动获取BG信号，拥有总线控制权。 若不相同，则等待。
为解决主存与CPU之间速度匹配问题，在CPU与 主存之间架设高速缓冲存储器Cache。因此在CPU与 Cache之间有一组局部总线——Cache Bus。 此时，外部设备不是挂在系统总线上，而是挂在 扩展总线(Expansion Bus)上，通过桥接器(Bridge)与系 统总线(System Bus)相连。 桥接器由总线控制器、数据缓冲区、总线加速器 组成，主要起总线仲裁、数据缓冲作用。
第六章 结束
本章重点： 通过本章我们学习了计算机系统总线的知识，要 求掌握总线的分类，尤其是按连接部件分类。我们还 学习了总线的仲裁，要求掌握各种仲裁方式的原理及 各自特点。本章重点是系统总线的结构与特点。要求 掌握单总线结构、多总线结构的构成和特点；在常见 的总线标准及接口类型中，重点掌握PCI、AGP、IDE、 UDMA33/66、IEEE1394、SCSI以及USB接口的特点和适 用类型。
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⑵内存与外存之间：
采用虚拟存储器的存储系统中，主存与硬盘之间 信息交换频繁，可在二者之间增设一组总线，称为 DMA总线（直接存储器存储）。
CPU
Memory Bus I/O接口1 MM DMA接口 I/O DMA Bus
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I/O Bus
I/O接口2 I/O
⑶CPU与高速缓冲Cache之间：
3、按数据传送方式分类： • 同步总线：以同步方式传输的总线。
同步传输：通信双方使用一个共同的时钟信号。
保持双方时序的同步要求双方工作速度相差不大。
•
异步总线：在数据传输时，多采用应答方式工作。 异步传输：通信双方允许使用不同的时钟信号。
发送方发送数据的同时，要求发送相应的起始标志。使 双方能准确地把握数据内容的开始、结束。
第五章 总线系统
三、总线的分类
1、按总线连接部件分：
•
•
芯片总线（内部总线）：同一部件中各元器件间 的连接。
系统总线（内部总线）：连接一个计算机系统中 各个部件（不含外设）之间的信息连线。 外部总线（外部总线）：计算机系统与外设之间、 甚至不同的计算机系统之间的信息连线。
•
第五章 总线系统
2、按数据传送格式分类：
•
总线的仲裁一般有：串行、并行和计数器三种方 式。 各种仲裁方式的特点如下：
第五章 总线系统
一、串行总线的仲裁
总 线 控 制 器
BUS BR
BS
BG 1
2
3
1、当总线正在使用期间，总线控制器发出BS信号， 宣布总线占用，任何部件不再发出总线控制请求。 2、当总线处在空闲状态，任何模块都可以通过BR发 出总线请求信号BR。
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三、总线的结构和连接方式
现代计算机中，各主要部件均以系统总线为基 础进行互联。系统总线的结构有多种： 1、单总线结构： 连接主要部件CPU、内存、所有I/O设备均通过 一组总线。 System Bus 特点： 结构简单， MM CPU 接口1 接口2 控制简单， 易于扩张。 I/O I/O
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4、SCSI接口
小型计算机系统接口。是系统级接口，常用于连接SCSI 接口的设备，如硬盘等。一般SCSI口传输速度快。
5、USB接口
USB接口基于通用的连接技术，可实现外设的简单快速连 接。目前USB口标准属于中低速的界面传输，应用十分广泛。
USB接口还支持级联，最多可接21个集线器，127种外设。
第五章 总线系统
五、常见的总线接口
1、IDE/EIDE接口 COMPAQ公司开发，磁盘控制器接口，40线，可 用于硬盘、光驱的连接。 2、UDMA33/UDMA66接口 即常说的ATA-33、ATA-66口。接口仍为40针， 但传输线ATA-66增加为80线。一般用于连接硬盘、光 驱。 3、IEEE1394接口 一种串型接口标准。允许把外设、家电简单地连接 到一起，常用于连接数码像机、摄像机。
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§6-2 总线的仲裁
系统总线的仲裁：实际上是一种约定，指为避免 出现争资源的撞车事件，应该按照什么样的原则来保 证系统能够高效、合理地使用总线资源。
计算机中总线的控制是由总线控制器来执行的。系统中对 总线有控制权的部件可以提出申请，要求控制总线来传递信息。 总线的仲裁就是处理这些部件同时要求控制总线的现象。
第六章
☆ 总线概述 分类 构成 总线的仲裁
总线系统
☆
☆
总线的协议及标准 总线标准化 总线的结构和连接方式 总线结构类型
第五章 总线系统
§6-1 概述
一、概念 • 总线将系统中各个部件连接起来，是其间信息传 输桥梁和公共通道。 • 从理论上讲，各个部件都有各自的结构和信息传 输的特点，单独设计其通信线路无疑最好。但系 统部件过多，这样设计势必造成线路过分复杂。 实际上采用多部件共用一个公共通道的做法。 二、总线的特征 共享：各个部件共用同一条信息通道。 分时：某个时刻只允许一个部件使用。