第6章_总线系统
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第6 章 网关与诊断总线系统故障检修
图6-6 奥迪2003款A8乘用车网关J533实 物图
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图6-7 奥迪2003 款A8 乘用车网关J533 所连接的总线
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图6-8 奥迪2003 款A8 乘用车网关J533 的电路图
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图6-9 奥迪2004款A3乘用车网关J533的 安装位置
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图6-10 奥迪2004款A3乘用车网关J533 的连接电路图
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6.2 诊断总线
• 如图6-21所示为汽车故障诊断仪VAS5051与故障诊断接口的连接示 意图，从中既可以看出诊断连接导线的作用（用于连接新型诊断接口 和汽车故障诊断仪），又可以看出故障信息的传输过程。
• 6.2.3 宝马车系的诊断CAN总线
• 1.D-CAN总线 • 宝马汽车集团将BMW车系的诊断CAN总线称为D-CAN总线。D-CAN
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6.1 网 关
• 例如，从一个房间走向另一个房间，需要经过一扇门。同理，从一个 网络向另一个网络发送信息，也需要经过一道“关口”，这道关口就 是网关。
• 2.网关的作用 • （1）网关可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBD-Ⅱ诊断数据
语言，方便诊断。 • （2）网关可以实现低速网络和高速网络的信息共享。 • （3）与计算机系统中的网关作用一样，负责接收和发送信息。 • （4）激活和监控局域网的工作状态。 • （5）实现汽车网络系统内数据的同步性。 • （6）对信息标识符做翻译。
第6 章 网关与诊断总线系统故障检修
• 6.1 网关 • 6.2 诊断总线
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6.1 网 关
• 6.1.1 网关的作用和工作原理
• 1.网关的定义 • 网关（gateway，GW）是在采用不同体系结构或协议的网络之间进
计算机组成原理第六章课件白中英版
16÷（4×0.2×10-6）bps＝20×106 bps＝2.5 MB/S
66MHz的Pentium，基本非流水线总线周期
64÷2×66×106 bps＝264 MB/S
66MHz的Pentium，2-1-1-1猝发读周期
32÷5×66×106 B/S＝422.4 MB/S
【例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，则总线带宽是多少?
STROBE*（选通）信号
•输出低有效，才能使打印机接收数据
ACK*（响应）信号
•打印机接收数据结束回送负脉冲响应信号
BUSY（忙状态）信号
•打印机忙于处理接收到的数据，不能接收新的数据
6.3.3 总线数据传送模式
读数据传送：数据由从设备到主设备 写数据传送：数据由主设备到从设备 猝发传送（数据块传送）
演示
每个数据位都需要单独一条传输线。二进制数 “0”或“1”在不同的线上同时进行传送
串行通信
串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号 线，一位一位顺序传送的方式
串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在 远距离通信时可以极大地降低成本
通信协议（通信规程）：收发双方共同遵守
解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、 数据校验等问题
发送8位数据：59H＝01011001B，偶校验、两个停止位
6.3.1 总线的仲裁
主设备(Master)：控制总线完成数据传输 从设备(Slave)：被动实现数据交换 总线仲裁：决定当前控制总线的主设备
•集中仲裁：中央仲裁器负责 •分布仲裁：比较各个主设备仲裁号决定
某一时刻，只能有一个主设备控制总线， 其它设备此时可以作为从设备
66MHz的Pentium，基本非流水线总线周期
64÷2×66×106 bps＝264 MB/S
66MHz的Pentium，2-1-1-1猝发读周期
32÷5×66×106 B/S＝422.4 MB/S
【例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，则总线带宽是多少?
STROBE*（选通）信号
•输出低有效，才能使打印机接收数据
ACK*（响应）信号
•打印机接收数据结束回送负脉冲响应信号
BUSY（忙状态）信号
•打印机忙于处理接收到的数据，不能接收新的数据
6.3.3 总线数据传送模式
读数据传送：数据由从设备到主设备 写数据传送：数据由主设备到从设备 猝发传送（数据块传送）
演示
每个数据位都需要单独一条传输线。二进制数 “0”或“1”在不同的线上同时进行传送
串行通信
串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号 线，一位一位顺序传送的方式
串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在 远距离通信时可以极大地降低成本
通信协议（通信规程）：收发双方共同遵守
解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、 数据校验等问题
发送8位数据：59H＝01011001B，偶校验、两个停止位
6.3.1 总线的仲裁
主设备(Master)：控制总线完成数据传输 从设备(Slave)：被动实现数据交换 总线仲裁：决定当前控制总线的主设备
•集中仲裁：中央仲裁器负责 •分布仲裁：比较各个主设备仲裁号决定
某一时刻，只能有一个主设备控制总线， 其它设备此时可以作为从设备
第6章 现场总线控制系统
Type5 FF HES (H2)
其 它
HART适用于过程自动化领域的过渡性产品 LonWorks广泛应用于楼宇自动化、能源计量管理、交通运输等行业
CAN广泛应用于离散控制领域，如汽车内部测量与执行部件间的数据通信
7. 几个重要问题的分析
7.1 FCS与DCS的比较
FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流， 这已是业内人士和学术界的基本共识。 FCS在开放性、控制分散等诸多方面都优于传统DCS，代表着自动控制 系统的发展方向与潮流。 DCS则代表传统与成熟，DCS以其成熟的发展、完备的功能及广泛的应 用而占居着一个尚不可完全替代的地位。 ① 技术原因 影响FCS发展、制约FCS应用的原因主要有3方面：
H2（HSE）
PLC等其 它控制站
网桥
H1低速现场总线
Type1 FCS结构示意图
FF是Type1的一个子集。
主要应用于啤酒、食 品、农业和饲养业等 Type4 P－Net Type6 SwiftNet Type2 ControlNet Type3 ProfiBus Type7 WorldFIP Type8 InterBus Type1 IEC总线(H1)
2.现场总线的发展
（4）现场总线控制系统（FCS）正是顺应了上述的用户要求，采用了 现场总线这一开放的、可互连的网络技术将现场的各种控制器和仪表 设备相互连接，把控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护 费用。因此，FCS 系统实质上是一种开放的、可以互连的、低成本的、 彻底分散的分布式控制系统。 1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与实施工作组中的 ISA/SP50开始制定现场总线标准；1985年，国际电工委员会IEC决定 由Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究制定 工作；1986年，德国开始制定过程现场总线（Process Fieldbus）标 准，简称为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发 的序幕。与此同时，其他一些组织或机构（如WorldFip等）也开始从 事现场总线标准的制定和研究。
第六章 总线系统
数据线 地址线
BG0 BR0
设备接口0 排队器
设备接口1
25
§ 6.4 总线的时序
◆ 总线的定时
同步定时： 总线操作的各个过程由共用的总线时钟信号控制 适合速度相当的器件互连总线，否则需要准备好信号让快 速器件等待慢速器件 微处理器控制的总线时序采用同步时序 异步定时： 总线操作需要握手联络（应答）信号控制 数据传输的开始伴随有启动（选通或读写）信号 数据传输的结束有一个确认信号，进行应答 不需要统一的公共时钟信号，总线周期的长度可变。允许 快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上。
BS -总线忙 这种方式增加了设备地址线， BR-总线请求 数据线 但可以通过改变计数器的初值 来灵活地改变优先次序。 地址线
1 0
计数器
总 线 控 制 部 件
设备地址
BS BR
设备接口0
计算机组成原理
设备接口1
叶晓霞
…
设备接口n
24
③独立请求方式
总 线 控 制 部 件
BG-总线同意 BR-总线请求 优点：响应时间快， 对优先次序的控制灵活 BGn 缺点：线数多。 BRn BG1 当代总线标准普遍 BR1 采用独立请求方式
总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能 部件之间进行数据传送的公共通路。 其中系统总线构成包括：数据总线、地址
总线和控制总线。数据总线用来传送数据， 是双向的；地址总线用来传送主存与外设 一、总线的分类 的地址信息，是单向的；控制总线用来指 明数据传送的方向（存储器读／写、外设 单处理器系统中可分为内部总线、系统总线和 I/0总线。 读／写）、中断控制和定时控制等，控制 总线中的每一根是单向的。
计算机组成原理
叶晓霞
计算机组成原理习题 第六章总线系统知识分享
计算机组成原理习题第六章总线系统第六章总线系统一、填空题：1.PCI总线采用A.______仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与B.______相连。
2.SCSI是处于A.______和B.______之间的并行I/O接口，可允许连接C.______台不同类型的高速外围设备。
3.总线有A 特性、B 特性、C 特性、D 特性，因此必须E 。
4.微型计算机的标准总线从16位的A 总线发展到32位的B 总线和C 总线，又进一步发展到64位的D 总线。
二、选择题：1.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现技术化，同时______。
A. 减少信息传输量B. 提高信息传输速度C. 减少了信息传输线的条数D. 减少了存储器占用时间2.描述PCI总线基本概念中正确的句子是______。
A.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线C.PCI设备一定是主设备D.系统中允许只有一条PCI总线3.描述PCI总线中基本概念表述不正确的是______。
A.PCI设备不一定是主设备B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线C.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送D.系统中允许有多条PCI总线4.并行I/O标准接口SCSI中，一块适配器可以连接______台具有SCSI接口的设备。
A. 6B. 7C. 8D. 95.下面对计算机总线的描述中，确切完备的概念是______。
A.地址信息、数据信息不能同时出现B.地址信息与控制信息不能同时出现C.数据信息与控制信息不能同时出现D.两种信息源的代码不能在总线中同时传送6.SCSI接口以菊花链形式最多可连接______台设备。
A．7台 B．8台 C．6台 D．10台7.微型机系统中外设通过适配器与主板的系统总线相连接，其功能是___。
A. 数据缓冲和数据格式转换B.监测外设的状态C.控制外设的操作D. 前三种功能的综合作用8.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化,同时___。
第6章系统总线
6.1.1 总线的基本概念
式或底板式总线，主板式总线是一种板级总线， 主要连接主机系统印刷电路板中的CPU和主存等 部件，因此也被称为处理器－主存总线，有的系 统把它称为局部总线或处理器总线。底板式总线 通常用于连接系统中的各个功能模块，实现系统 中的各个电路板的连接。典型的有PCI总线、 VME总线等。 I/O总线：这类总线用于主机和I/O设备之间或计 算机系统之间的通信。由于这类连接涉及到许多 方面，包括：距离远近、速度快慢、工作方式等， 差异很大，所以I/O总线的种类很多。
6.1.1 总线的基本概念
6.1.1 总线的基本概念
3.系统总线的组成 一个系统总线通常由一组控制线、一组数据线和一 组地址线构成。也有些总线没有单独的地址线，地 址信息通过数据线来传送，这种情况称为数据线和 地址线复用。 数据线用来承载在源部件和目的部件之问传输的 信息，这个信息可能是数据、命令、或地址（如 果数据线和地址线复用的话）。 地址线用来给出源数据或目的数据所在的主存单 元或I/O端口的地址。 控制线用来控制对数据线和地址线的访问和使用。
教学过程
6.1
系统总线的结构 6.2 总线的控制、数据传输和接口 6.3 常用总线
6.1系统总线的结构
计算机系统中存储器、CPU等功能部件之间必须互 联，才能组成计算机系统。 部件之间的互联方式: 分散连接：各部件之间通过单独的连线互联 总线连接：将各个部件连接到一组公共信息传输 线上。总线结构的两个主要优点是 灵活：体现在新加部件可以很容易地加到总线 上并且部件可以在使用相同总线的计算机系统 之间互换 低成本。 现代计算机普遍使用的是总线互联结构。
总线的信号线类型有专用和复用两种。
专用信号线就是指这种信号线专门用来传送某一
计算机组成原理章节题库-总线系统(圣才出品)
第6章总线系统一、单项选择题1．数据总线、地址总线、控制总线是根据总线（）来划分的。
A．传送内容的不同B．所处位置的不同C．连接部件的不同D．所使用标准的不同【答案】A【解析】根据总线上传输内容的不同，可将总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
2．在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为总线，就其所传送的信息的性质而言，下列（）不是在公共通路上传送的信息。
A．数据信息B．地址信息C．系统信息D．控制信息【答案】C【解析】总线包括数据线、地址线和控制线，传送的信息分别为数据信息、地址信息和控制信息。
3．假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一个总线周期占用2个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是（）。
A．10MB／sB．20MB／sC．40MB／sD．80MB／s【答案】B【解析】总线时钟频率为10MHz，一个总线周期占用2个时钟周期，故1s内共有5M 个总线周期；每个周期并行传输4字节信息，故总线带宽为5M／s×4B＝20MB／s。
4．关于挂接在总线上的多个部件，下列说法正确的是（）。
A．只能分时向总线发送数据，并只能分时从总线接收数据B．只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据C．可同时向总线发送数据，并同时从总线接收数据D．可同时向总线发送数据，但只能分时从总线接收数据【答案】B【解析】为了使总线上的数据不发生“碰撞”，挂接在总线上的多个设备任意时刻只能有一个设备可以向总线传送数据，而从总线上接收数据的设备可有多个，因为接收数据的设备不会对总线产生“干扰”。
5．系统级的总线是用来连接（）。
A．CPU内部的运算器和寄存器B．主机系统板上的所有部件C．主机系统板上的各个芯片D．系统中的各个功能模块或设备【答案】D【解析】按总线的连线类型不同，总线可分为：内部总线、局部总线、系统总线。
内部总线用来连接CPU内部运算器、控制器、寄存器等的数据通路。
计算机组成原理第6版(白中英)第6章总线系统
6
2. 系统总线的标准化
PC中，系统总线布设在主板上。
为什么主板能支持很多厂家的显卡……？ 原因是，系统总线是按标准制作的。
总线标准规定总线的物理特性、功能特性、电气特性 和时间特性。
微机中的标准总线：ISA总线 (16位，8MB/s)、 EISA (32 位 ， 33.3MB/s) 总 线 、 VESA 总 线 (32 位 ， 132MB/s) 、 PCI总线(64位，100MB/s) PCI-Express 1.0总线(250MB/s) 。
15
6.1.5 总线结构实例
南北桥芯片将CPU总线、PCI总 线、ISA总线连成整体。桥芯片 起到了信号速度缓冲、电平转换、
控制协议的转换作用。
16
CPU总线
• 也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32
位地址线的同步总线。
PCI总线
• 用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示卡适配
7
总线的主要参数
1.总线的带宽 （MB/s）
• 一定时间内总线上可传送的数据量
2.总线的位宽
• 总线能同时传送的数据位数。
即我们常说的32位、64位等总线宽度的概念。
3.总线的工作时钟频率 （MHz）
• 总线的时钟频率
f
1 T
1 时钟周期
8
总线带宽
总线传输数据的速度。单位：MB/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，则 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，则总线带宽是多少?
4
1. 总线的特性(续) 电气特性
2. 系统总线的标准化
PC中，系统总线布设在主板上。
为什么主板能支持很多厂家的显卡……？ 原因是，系统总线是按标准制作的。
总线标准规定总线的物理特性、功能特性、电气特性 和时间特性。
微机中的标准总线：ISA总线 (16位，8MB/s)、 EISA (32 位 ， 33.3MB/s) 总 线 、 VESA 总 线 (32 位 ， 132MB/s) 、 PCI总线(64位，100MB/s) PCI-Express 1.0总线(250MB/s) 。
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6.1.5 总线结构实例
南北桥芯片将CPU总线、PCI总 线、ISA总线连成整体。桥芯片 起到了信号速度缓冲、电平转换、
控制协议的转换作用。
16
CPU总线
• 也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32
位地址线的同步总线。
PCI总线
• 用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示卡适配
7
总线的主要参数
1.总线的带宽 （MB/s）
• 一定时间内总线上可传送的数据量
2.总线的位宽
• 总线能同时传送的数据位数。
即我们常说的32位、64位等总线宽度的概念。
3.总线的工作时钟频率 （MHz）
• 总线的时钟频率
f
1 T
1 时钟周期
8
总线带宽
总线传输数据的速度。单位：MB/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，则 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，则总线带宽是多少?
4
1. 总线的特性(续) 电气特性
总线系统
6.1.2 总线分类 1.按功能划分 按功能划分
（1）CPU内总线 CPU内总线 总线） CPU芯片内寄存器与算逻部件之间互连的总线。 ALU总线 CPU芯片内寄存器与算逻部件之间互连的总线。 ALU总线） 芯片内寄存器与算逻部件之间互连的总线 （ 单组数据线(单向、双向)或多组数据线，或多种总线。 单组数据线(单向、双向)或多组数据线，或多种总线。
5、总线标准
（1）什么是总线标准 对总线信号组成、信号引脚含义、信号电平等作统一规定。 对总线信号组成、信号引脚含义、信号电平等作统一规定。 （2）为何制定总线标准 便于灵活组成系统。 便于灵活组成系统。 （3）系统总线信号组成 电源、地址、数据、 电源、地址、数据、控制
时序：时钟、定时、应答 时序：时钟、定时、 数传控制：M读/写、IO读/写 数传控制： IO读 中断请求、响应 中断请求、 总线请求、响应 总线请求、 复位…… 复位
物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总 物理特性 线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等。 功能特性：描述总线中每一根线的功能。 功能特性 电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范 电气特性 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(OUT)。 时间特性：定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上 时间特性 各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。
第6 章
总线系统 总线系统
6.1 总线的概念和结构形态 6.1.1 总线的定义、特点和实体 总线的定义、 总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统 功能部件之间进行数据传送的公共通路。 分时共享的信息传送线路 1、定义： 一组能为多个部件分时共享的信息传送线路。 定义： 一组能为多个部件分时共享的信息传送线路。 2、特点： 分时、共享。 特点： 分时、共享。 3、实体： 一组传送线与相应控制逻辑 实体：
第六章 IO接口和总线
1、缓冲器 74LS244
单路基本组成：
真值表 A
B
G#
0
A
1
B
1
0 G
1
0
高阻
0
状态
1A1 1A2
/1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
244
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
需要输入设备送入信息，输出设备送出结果，这些输 入输出设备被称为外设。
通信：计算机（CPU）与外设间的数据、状态和控制
命令的交换过程统称为通信。
2、CPU与外设直接通信存在的问题 速度不匹配（CPU快，外设慢） 信号电平不匹配 （CPU使用TTL电平，外设多为机电设备） 信号格式不匹配 （CPU总线上为并行数字量，而外设有串行模拟量等） 时序不匹配 解决方案： 用I/O接口：把外设连接到CPU总线上的一组逻辑电 路的总称。用于协调外设与主机之间的信息交换。
2、译码的常用方法
线选法
利用一根地址线，产生指定的端口地址的选择信号。
A7
PORT1
当A7=1,选中PORT1，地址可为80H 当A6=1,选中PORT2，地址可为40H 当A5=1,选中PORT3，地址可为20H
A6
PORT2
对于PORT1，地址为81H，82H，83H
等仍可选中。
A5
PORT3
无条件输出电路例子 例：假设该端口号为
0# D0
80H，要想让0、2、4、
6号灯亮，如何编写
D1
1D 2D
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通道(Channel)是一台具有特殊功能的处理器 (IOP)，分担了一部分CPU的功能，以实现对外设的 统一管理及外设与主存之间的数据传送，提高了CPU
的效率，但以花费更多的硬件为代价。
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6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响
最大存储容量：单总线系统中，必须为外 围设备保留某些地址，最大存储容量小于由计算 机字长所决定的可能的地址总数；而双总线的存 储容量不受外围设备多少的影响。
由传输信息的电路和管理信息传输的协议组成。
总线往往是计算机数据交换的中心，总线的结 构、技术和性能都直接影响着计算机系统的性能和 效率。
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2 总线分类
（1）内部总线：CPU内部连接各寄存器及运
算部件之间的总线。
（2）系统总线：CPU同计算机系统的其他高 速功能部中对存储总线和系 统总线必须有不同的指令系统；而在单总线系统 中对内存和外设采用相同的指令，不同之处仅在 于使用不同的地址。
吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息 的速率。系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。
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6.1.4 总线的内部结构
缺点：1）CPU是总线的唯一主控者； 2）总线结构紧密与CPU相关，通用性差。
即规定总线上各信号有效的时序关系。
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6 总线的标准化
微型计算机系统总线的标准化： ISA（16位，8MB/S） EISA（32位，33.3MB/S） VESA（32位，132MB/S） PCI（64位，100MHz） 800MB/S
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7 衡量总线性能的指标：
①总线宽度； ②总线控制方式；③时钟模
由一次地址时间和一次数据时间
组成。
• (2) BURST总线周期：
•
由一次地址时间和多次数据时间
组成。
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例〔1〕某总线一个总线周期中并行传送4个字节的数据， 假如一个总线周期等于一总线时钟周期，总线时钟频率为 33MHz，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，总线带宽是多少？
第六章 总线系统(Bus System)
• 总线的概念和结构形态 • 总线接口 • 总线仲裁、定时和数据传送模式 • PCI总线 • ISA总线和Futurebus+总线
6.1 总线的概念和结构形态
6.1.1 总线（BUS）的基本概念
1 概念
是构成计算机系统的互联机构，是多个系 统功能部件（运算器、控制器、存储器、输入/输 出设备）之间进行数据传送的公共通路。
总线。
（3） I/O总线：中、低速I/0设备间互相连
接的总线。
注：在任何时刻，只可以有一个部件向总线上 发送信息，但却可以有一个或多个部件同时 接收信息。
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3 总线结构
组成：连接设备的信号线，即总线通道；总线上
的设备；管理总线的部件，即总线控制器。
(1) 总线通道
按照信号类型可分为数据总线、控制总线和地 址总线。只是逻辑上的划分。
(2) 总线上的设备
主设备(Master)和从设备(Slave)。
主设备能够申请总线使用权，而从设备不具有总线 使用权。 (3) 总线接口
是连接功能部件和总线的桥梁，它完成功能部件的 信号和总线信号之间的协调和转换，因此具有对总线 和设备两个方面的工作。
精品课件
4 总线连接的主要优点
(1)多个部件之间采用总线连接方式，可大大 降低部件间互连的复杂性，大幅度减少连线 数量。 (2)由于多个部件之间连接的多个控制接口变 成了每个部件与总线间的一个连接接口，连 接接口的器材量大幅度减少。 (3)如果设备之间没有或者很少有多个部件同 时进行信息交换，采用总线方式连接这些部 件可有效发挥总线连接的优点。
式；
④总线复用； ⑤信号线数；⑥总线带
宽； ⑦其它标准：如总线负载能力，电源电压等。
总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，
单位：MB/S。
影响总线带宽的因素：
(１) 总线布线长度；
(２) 总线驱动器/接受器性 能；
(３) 连接在总线上的模块
数；
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•8 总线周期
• (1) 正常总线周期：
•
数据总线宽度是决定连接到总线上的设备可能 获得的最大性能的决定因素之一，也是影响系统性 能的关键因素之一。
地址总线是标明发送或接收数据的设备编号信号 线。其宽度决定了总线上连接设备的能力。
控制总线用于控制总线设备对数据线和地址线的使 用。
精品课件
控制信号主要完成设备之间进行信息交换时的
定时和命令。其中定时信号标明有效地址和数据出 现在总线上的时间。命令信号定义总线上所要完成 的操作。
当代总线划分：
解：〔1〕设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用 T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D来表示， 则：
Dr =D/T=D*f=4B*33*106=132MB/s
〔2〕64位=8B Dr =D/T=D*f=8B*66*106=528MB/s
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6.1.2 总线的连接方式
1. 单总线结构
特点：使用一条单一的系统总线来连接CPU、 主存和I/O设备。
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5 总线特性
①物理特性：总线的物理连接方式，包括总 线的根数、总线的插头、插座形状、引脚线 排列方式等。 ②功能特性：描述总线中每一根线的功能。 ③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。一般规定送入CPU的信 号叫输入信号、从CPU发出的信号叫输出信
号。
④时间特性：定义每根线在什么时间有效，
轻了系统总线负担；同时内存与外设之间仍使用 系统总线实现DMA操作，而不必经过CPU。
注：以增加硬件为代价。
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3. 三总线结构
在双总线的基础上增加了I/O总线形成的。
其中系统总线是CPU、主存和通道(IOP)之间进行数 据传送的公共通路；而I/O总线是多个外部设备与通 道进行数据传送的公共通路。
要求：连到总线上的逻辑部件必须高速运行。 单总线系统中，对输入/输出设备的操作，完 全和主存的操作方法一样来处理。 某些外围设备也可以指定地址。此时外围设备 通过与CPU中的控制部件交换信息的方式占有总线。
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2. 双总线结构
在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存 储总线，使CPU通过专用总线与内存交换信息，减
的效率，但以花费更多的硬件为代价。
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6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响
最大存储容量：单总线系统中，必须为外 围设备保留某些地址，最大存储容量小于由计算 机字长所决定的可能的地址总数；而双总线的存 储容量不受外围设备多少的影响。
由传输信息的电路和管理信息传输的协议组成。
总线往往是计算机数据交换的中心，总线的结 构、技术和性能都直接影响着计算机系统的性能和 效率。
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2 总线分类
（1）内部总线：CPU内部连接各寄存器及运
算部件之间的总线。
（2）系统总线：CPU同计算机系统的其他高 速功能部中对存储总线和系 统总线必须有不同的指令系统；而在单总线系统 中对内存和外设采用相同的指令，不同之处仅在 于使用不同的地址。
吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息 的速率。系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。
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6.1.4 总线的内部结构
缺点：1）CPU是总线的唯一主控者； 2）总线结构紧密与CPU相关，通用性差。
即规定总线上各信号有效的时序关系。
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6 总线的标准化
微型计算机系统总线的标准化： ISA（16位，8MB/S） EISA（32位，33.3MB/S） VESA（32位，132MB/S） PCI（64位，100MHz） 800MB/S
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7 衡量总线性能的指标：
①总线宽度； ②总线控制方式；③时钟模
由一次地址时间和一次数据时间
组成。
• (2) BURST总线周期：
•
由一次地址时间和多次数据时间
组成。
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例〔1〕某总线一个总线周期中并行传送4个字节的数据， 假如一个总线周期等于一总线时钟周期，总线时钟频率为 33MHz，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，总线带宽是多少？
第六章 总线系统(Bus System)
• 总线的概念和结构形态 • 总线接口 • 总线仲裁、定时和数据传送模式 • PCI总线 • ISA总线和Futurebus+总线
6.1 总线的概念和结构形态
6.1.1 总线（BUS）的基本概念
1 概念
是构成计算机系统的互联机构，是多个系 统功能部件（运算器、控制器、存储器、输入/输 出设备）之间进行数据传送的公共通路。
总线。
（3） I/O总线：中、低速I/0设备间互相连
接的总线。
注：在任何时刻，只可以有一个部件向总线上 发送信息，但却可以有一个或多个部件同时 接收信息。
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3 总线结构
组成：连接设备的信号线，即总线通道；总线上
的设备；管理总线的部件，即总线控制器。
(1) 总线通道
按照信号类型可分为数据总线、控制总线和地 址总线。只是逻辑上的划分。
(2) 总线上的设备
主设备(Master)和从设备(Slave)。
主设备能够申请总线使用权，而从设备不具有总线 使用权。 (3) 总线接口
是连接功能部件和总线的桥梁，它完成功能部件的 信号和总线信号之间的协调和转换，因此具有对总线 和设备两个方面的工作。
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4 总线连接的主要优点
(1)多个部件之间采用总线连接方式，可大大 降低部件间互连的复杂性，大幅度减少连线 数量。 (2)由于多个部件之间连接的多个控制接口变 成了每个部件与总线间的一个连接接口，连 接接口的器材量大幅度减少。 (3)如果设备之间没有或者很少有多个部件同 时进行信息交换，采用总线方式连接这些部 件可有效发挥总线连接的优点。
式；
④总线复用； ⑤信号线数；⑥总线带
宽； ⑦其它标准：如总线负载能力，电源电压等。
总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，
单位：MB/S。
影响总线带宽的因素：
(１) 总线布线长度；
(２) 总线驱动器/接受器性 能；
(３) 连接在总线上的模块
数；
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•8 总线周期
• (1) 正常总线周期：
•
数据总线宽度是决定连接到总线上的设备可能 获得的最大性能的决定因素之一，也是影响系统性 能的关键因素之一。
地址总线是标明发送或接收数据的设备编号信号 线。其宽度决定了总线上连接设备的能力。
控制总线用于控制总线设备对数据线和地址线的使 用。
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控制信号主要完成设备之间进行信息交换时的
定时和命令。其中定时信号标明有效地址和数据出 现在总线上的时间。命令信号定义总线上所要完成 的操作。
当代总线划分：
解：〔1〕设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用 T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D来表示， 则：
Dr =D/T=D*f=4B*33*106=132MB/s
〔2〕64位=8B Dr =D/T=D*f=8B*66*106=528MB/s
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6.1.2 总线的连接方式
1. 单总线结构
特点：使用一条单一的系统总线来连接CPU、 主存和I/O设备。
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5 总线特性
①物理特性：总线的物理连接方式，包括总 线的根数、总线的插头、插座形状、引脚线 排列方式等。 ②功能特性：描述总线中每一根线的功能。 ③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。一般规定送入CPU的信 号叫输入信号、从CPU发出的信号叫输出信
号。
④时间特性：定义每根线在什么时间有效，
轻了系统总线负担；同时内存与外设之间仍使用 系统总线实现DMA操作，而不必经过CPU。
注：以增加硬件为代价。
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3. 三总线结构
在双总线的基础上增加了I/O总线形成的。
其中系统总线是CPU、主存和通道(IOP)之间进行数 据传送的公共通路；而I/O总线是多个外部设备与通 道进行数据传送的公共通路。
要求：连到总线上的逻辑部件必须高速运行。 单总线系统中，对输入/输出设备的操作，完 全和主存的操作方法一样来处理。 某些外围设备也可以指定地址。此时外围设备 通过与CPU中的控制部件交换信息的方式占有总线。
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2. 双总线结构
在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存 储总线，使CPU通过专用总线与内存交换信息，减