计算机总线(课件)

第ｌ７卷第２期　２００２年６月　邢台师范高专学报　Ｊ０Ｕ　ＡＬ　ＯＦ　Ｘ　ＧＪｌＡＩ　ｓＥⅪ０Ｒ丁Ｅ＾Ｃ｝ｌＥＲｓ　Ｃ０ｕ皿Ｅ　Ｖｏ１．１７．Ｎｏ．２　Ｊｌｌｎ．２Ｏｏ２　谈计算机总线　

陈竞艺　

（邢台学院枝办室网管中心，河北邢台ｏ５４ｏｍ）　

摘要：总线是构成计算机应用系统的重要技术。从总线分类上看，ＰＣ系列机中不存在计算机系统总线选一概惫　根据连接设备的不同，总线一般可　分为内部总线、在板局部总线、系统总线和外部总线四种。在板局部总线速度的商ｆ，乇　对系统性能的影响最为显著。　。　关键词：总线；内部总线；在板局部总线；系统总线｛外部总线；常用的在板局部总线　中图分类号：ＴＰ３９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—７５８３　Ｃｚ￣ｏ２）ｏ２—００５５—０２　

电脑系统，处理器与其它设备问命令与数据的交换是　通过一组线路来完成的，如果每种设备都拥有各自独立的　线路，那样系统内的线路将会混乱不堪，甚至难以实现。　为了简化硬件电路和系统结构，常用一组线路，并配以各　种适当的接口电路，将不同的部件和外围设备连接起来，　这组公用的线路被称为总线。总线是一组信号线的集台，　是一种在各模块间传送信息的公共通路。在微型计算机　系统中。利用总线实现芯片内部、印刷电路板各部件之间、　机箱内各插件板之间、主机与外部设备之间或系统与系统　之问的连接与通信。采用总线结构的优点是便于部件和　设备的扩充，使不同的设备之间的互连变得更加容易。总　线作为不同设备之间联系的桥梁，其重要性已经被广大用　户所普遍认识。总线是构成微型计算机应用系统的重要　技术，总线设计好坏会直接影响整个微机系统的性能、可　靠性、可扩展性和可升级性。随着处理器技术的飞速发　展，总线经常成为制约系统性能的瓶颈。因此，设计一种　能充分发挥系统效能的总线，是摆在设计人员面前的一道　难题。　报据连接设备的不同，总线一般可以分为内部总线、　在板局部总线、系统总线和外部总线四种。内部总线是系　统内部各种芯片与处理器之间的总线，用来连接各功能单　元的信息通路，及作为在印刷电路板上连接各芯片之间的　公共通路，属于芯片一级的互连；在板局部总线是连接印　刷电路板上各芯片之阈的公共通路，例如ｃＰｕ及其支持芯　片与其局部资源之闻的通道，这些资源可以是在板资源，　也可以是插在板上局部总线扩展槽上的功能扩展板上的　资源；系统总线又称为内总线，是系统各种插卡与主板之　间的总线，它可　是多处理机系统中各ｃＰｕ板之间的通信　通道，也可以是用来扩展某块ｃＰｕ板的局部资源，或为总　线上所有ｃＰＵ板扩展共享资源之间的通信通道；外部总线　也称为通讯总线，则是电脑系统与外部设备之间的总线，　用于系统与系统之间、系统与外部设备之间的通信通道，　属于设备一级的互连。其中，内部总线的速度是最快的，　而且是封闭式的，无法进行设备的扩展；从总线分类上看，　Ｐｃ系列机中不存在计算机系统总线这一概：岔；而外部总线　与系统之间的连接最终总是依靠在板局部总线来完成，这　样，在板局部总线速度的高低对系统性能的影响最为显　著。　常用的在板局部总线主要有以下几种：　１．ＩＳＡ总线　路Ａ（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）总线是ＩＢＭ公司１９８４　年为了推出ｔ￣．／ＡＴ机而建立的局部总线标准，因此，也被　称为ＡＴ总线。ＩｓＡ总线是对ＸＴ总线的扩展，以适应８／１６　位数据总线的要求，它在８０２８６至８０４８６时代应用非常广　泛，随着奔腾时代的到来，Ｉ　总线由于传输速度低而逐渐　被Ｐ０总线所取代。　２．ＥＩＳＡ总线　ＨＳＡ总线是ｌ９ｓ８年由ＣＯＭＰＡＱ等九家公司联台推出　的总线标准，它在ＩＳＡ总线的基础上采用了双层插座，在原　来ＩＳＡ总线的９８条信号线基础上又增加了９８条信号线，　在使用中，Ｅ］ＳＡ总线完全兼容珏Ａ总线信号。ＥＩＳＡ和ＩＳＡ　之间的差异井不大，性能提升也不明显。　３．ＶＥＳＡ总线　ＶＥＳＡ（－，，ｉｄｅｏ　ｅｌｅｅｔｒ￣ｃｓ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）总线是１９９２　年由６ｏ家电子产品生产商联合推出的一种局部总线标准，　简称为ＶＬ（ＶＥＳＡ　ｌｏｃａｌｂｔｔｓ）总线，它的推出为电脑系统总线　体系结构的革新奠定了基础。ＶＥＳＡ总线定义了３２位数据　线，而且可以通过扩展槽增加到６４位，工作频率为３３ＭＩｔＺ　最大传输率可以达到１３３Ｍ１￣Ｓ。并可以实现与处理器同步　工作。ＶＥＳＡ总线是一种高速、高效的总线标准。但随着　ＰＣＩ总线的出现，也很快消失。　４．ＰＣＩ总线　ＰｃＩ（ｐｅ＠ｈｅｒａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ及外围元件互联）　总线是现在最为流行的总线标准之一，它是ＩＮＴＥＬ公司于　１９９２年推出的一种局部总线系统，支持３３ＭＨｚ的时钟频　率，定义了３２位数据总线宽度，可扩展到６４位。刚的性　能比ＩＳＡ和ＥＩＳＡ更为优越，ＰＣ１支持突发性读写操作，最大　传输速率可以达到１３３ＭＢ／Ｓ，而且可以同时支持多组外围　设备，ＰＣＩ不兼容ＩＳＡ、口ｓＡ总线，但它开放性好、不受处理　器的限制，具有广泛的兼容性，是基于新一代处理器的总　线标准。　毫无疑问，ＰＣＩ总线是一种高效的总线系统，可是随着　处理器技术的快速发展，ＰＣＩ总线的弊端开始显现，发展成　为制约系统性能提升的瓶颈。特别是在高端电脑系统中。　［收稿日期］２００【一【２一Ｉ４　Ｉ作者简介］．末竞艺（】　一），舅．河ｊ巴省临城县＾，毕业于河北师走电子系，主星鼠事计算机硬件教学与研宽　５５・

一、总线的概念

总线是连接计算机有关部件的一组信号线，是

计算机中用来传送信息代码的公共通道。

面向总线的结构主要有以下优点：

① 简化了系统结构，便于系统设计制造；

② 大大减少了连线数目，便于布线，减小体积，

提高系统的可靠性；

③ 便于接口设计，所有与总线连接的设备均采

用类似的接口；

④ 便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实

现系统的模块化；

⑤ 便于设备的软件设计，所有接口的软件就是

对不同的口地址进行操作；

⑥ 便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。

总线的逻辑电路有些是三态的，即输出电平有

三种状态：逻辑“0”，逻辑“1”和“高阻”态。

在单总线结构中，CPU与主存之间、CPU与I/O设备之间、I/O设备与主存之间、各种设备之间都通过系统总线交换信息。单总线结构的优点是控制简单方便，扩充方便。双总线结构又分为面向CPU的双总线结构和面向存储器的双总线结构。面向CPU的双总线结构中一组总线是CPU与主存储器之间进行信息交换的公共通路，称为存储总线。另一组是CPU与I/O设备之间进行信息交换的公共通路，称为输入/输出总线（I/O总线）。外部设备通过连接在I/O总线上的接口电路与CPU交换信息。随着对微机性能越来越高的要求，现代微机的体系结构已不再采用单总线或双总线的结构，而是采用更复杂的多总线结构

计算机总线技术发展浅析

摘 要：就计算机结构更新发展趋势，探讨总线技术特征、原理，以及发展更新与实践应用。对促进计算机领域的不断延伸，实现现代化信息技术手段的持续优化、全面更新，创设显著的经济效益与社会效益，有重要地实践意义。

关键词：计算机 总线技术 发展

中图分类号：tp212.9 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）006-094-02

1 计算机结构丰富发展

计算机系统技术的快速更新、广泛应用，综合价值优势的显现，令其结构系统实现了丰富发展。基于程序储存原理进行结构的布设，为一类经典的计算机结构设计思想。主体令程序指令以及数据存储单元有效的集成构建，形成计算机存储系统。目前，该结构系统在较多处理器体系中仍旧服务应用。例如，英特尔处理器等。该类指令以及数据集成于相同总线的体系结构，令信息流传递对计算机整体应用功能、处理速率造成了一定影响。为此，人们研究令数据以及计算机应用程序实现分离，在不同存储器内运行，进而可在机器周期内，同步获取指令以及操作数字，优化处理效率，令数据信息承载水平上升了四倍。该系统模式称为哈佛结构，应用于较多处理器与控制单元中，发挥了优势作用。例如，微软芯片等。该结构特征在于借助不同总线，令程序以及数据体现各自不同线宽，进而可扩充存储器带宽，令其承载大量的数据应用传输，优化提升了处理操作数字信号的实践效率。

就当前较多应用算法来讲，一些时候要应对较多操作数。例如卷积运算，其指令的传输要明确两个操作数，倘若应用传统哈佛结构系统，则仅能应对取指令以及取数存在的矛盾问题，无法良好的实现既定目标。为此应进行哈佛结构的优化更新，通过良好的改进，令单独存储器内部模块承担各自任务，即分担存储指令以及数据的工作，并预防两任务在相同时间开展，进而便于哈佛结构实现并行处理运行。再者，就独立不同的数据以及地址总线，可应用公用地址，实现两存储模块的运行访问。针对其相互数据的运行传输工作，可由公用总线承担。进而可实现数据以及程序存储不同时段共享两总线的目标。

流行

计算机总线

一、数据总线

数据总线是CPU和存储器、外设之间传送指令和数据的通道，其宽度反映了CPU_次处理，传送数据的二进制位数。据此，可将微机分成4、6、8、16、32位等种类。典型的有8位、16位微处理器及单片机。其中，8088微处理器和8089单片机，因其外部数据总线宽度为8位、内部仍是16位结构而俗称为准16位机。数据总线一般记为D0_Dn(8位机，n=7；16位机，n=15)。

二、地址总线

地址总线用来给存储器，I/O口编号，以便CPU按地址对其读写。一般，存储器的编址使用全部地址线，故地址线的根数反映了微处理器的寻址能力。用n根地址线编址的存储空间可达2n个单元。8位机有16根地址线，因此，最大寻址范围为64K字节(216)。8088/8086有20根地址线，则有1M(220)的寻址空间。地址总线通常记为A0_An(八位机，n=15；8088/8086十六位机，n=19)。

I/O接口编址的方法有两种。一种是利用部分地址线编址，CPU使用专门的输入/输出指令和读写控制信号访问接口。如Z80、8085的I/O寻址，使用地址总线的低8位A0～A7，可直接选择256个I/O端口。8088/8086则使用16根地址线寻址I/O口，允许选择64K个端口。第二种方法是把I/O口视作存储单元，与存贮器统一编址，对存储器操作的指令完全适用于对I/O口操作。如6502、6800就采用这种方法。

三、控制总线

控制总线用来传递CPU的控制信号，控制所要执行的操作的种类和顺序，以协调系统各部件的动作。各种微处理器都有本质上相同的数据总线和地址总线，其主要差别在于控制总线。三组总线中，控制总线最为复杂。它主要包括下述几方面:

1、读写控制线。决定数据线上数据流动的方向，以及提存储器读写还是I/O操作。如8085和最小工作方式下的8088/8086的读写控制线为IO/M，RD和WR。当IO/M=1，表示进行I/O操作;反之，IO/M=0，则是存储器操作。RD有效时，CPU众数据线上获取来自存储器或I/O设备的数据。WR有效时，信息传送方向则是由CPU向外部。Z80有类似的控制线，只是它采用两条控制线IORQ和MREQ代替上述的IO/M，以区别存储器和I/O设备。6502和6800系统中，因I/O设备和存储器统一编址，故只需一条读写线R/W。