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计算机组成原理第六章总线原理

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计算机组成原理(华科版)第六章 系统总线

计算机组成原理(华科版)第六章 系统总线

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计算机组成原理
第六章 系统总线
控制线： 控制线： 用于实现对设备的控制和监视功能。例如， 用于实现对设备的控制和监视功能。例如，CPU与主存 与主存 传送信息时， 通过控制线发送读或写命令到主存， 传送信息时，CPU通过控制线发送读或写命令到主存，启动主 通过控制线发送读或写命令到主存 存读或写操作。同时，通过控制线监视主存送来的MOC回答 存读或写操作 。 同时 ， 通过控制线监视主存送来的 回答 信号，判断主存的工作是否已完成。控制线通常都是单向线， 信号，判断主存的工作是否已完成。控制线通常都是单向线， 有从CPU 发送出去的，也有从设备发送出去的。除以上 种线 发送出去的，也有从设备发送出去的。除以上3种线 有从 还有时钟线、电源线和地线等， 外，还有时钟线、电源线和地线等，分别用作时钟控制及提供 电源。为减少信号失真及噪声干扰，地线通常有多根， 电源。为减少信号失真及噪声干扰，地线通常有多根，分布格 式很讲究。 式很讲究。
系统总线
内存总线 CPU 内存
IOP (通道) I/O 总线
I/O 接口
…
I/O 接口
图6.4
三总线结构
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计算机组成原理
第六章 系统总线
由上述可知， 方式中， 由上述可知，在DMA方式中，外设与存储器间直接 方式中 交换数据而不经过CPU，从而减轻 对数据输入/输出 交换数据而不经过 ，从而减轻CPU对数据输入 输出 对数据输入 的控制， 通道”方式进一步提高了CPU的效率。通道 的效率。 的控制，而“通道”方式进一步提高了 的效率 实际上是一台具有特殊功能的处理器，又称为IOP（I/O处 实际上是一台具有特殊功能的处理器，又称为 （ 处 理器），它分担了一部分CPU的功能，以实现对外设的统 ），它分担了一部分 的功能， 理器），它分担了一部分 的功能 一管理及外设与内存之间的数据传送。显然，由于增加了 一管理及外设与内存之间的数据传送。显然， IOP，整个系统的效率将大大提高，然而这是以增加更多 ，整个系统的效率将大大提高， 的硬件代价换来的。三总线系统通常用于中、 的硬件代价换来的。三总线系统通常用于中、大型计算机 中。

计算机组成原理第六章课件白中英版

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

计算机组成原理第六章第3讲总线的仲裁

计算机组成原理第六章第3讲总线的仲裁
（3）竞争不到的设备自动撤除其竞争号。在竞争期间，由 于W位输入的作用，各设备在其内部的CN线上保留其竞 争号并不破坏AB线上的信息。
（4）由于参加竞争的各设备速度不一致，这个比较过程反 复（自动）进行，才有最后稳定的结果。竞争期的时间要
13 足够，保证最慢的设备也能参与竞争。
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6.3 总线的仲裁
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6.3 总线的仲裁
➢ 工作方式：
在独立请求方式中，每一个共享总线的设备均 有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设 备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。 总线仲裁器中有一个排队电路，它根据一定的 优先次序决定首先响应哪个设备的请求，给设 备以授权信号BGi。
独立请求方式的优点是响应时间快 对优先次序的控制相当灵活
➢ 优点：线路可靠性高（个别仲裁故障不会影响整 个系统）
➢ 缺点：设计复杂
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6.3 总线的仲裁
（1）所有参与本次竞争的各主设备将设备竞争号CN取反后 打到仲裁总线AB上，以实现“线或”逻辑。AB线低电平 时表示至少有一个主设备的CNi为1，AB线高电平时表示 所有主设备的CNi为0。
（2）竞争时CN与AB逐位比较，从最高位（b7）至最低位 （b0）以一维菊花链方式进行，只有上一位竞争得胜者 Wi+1位为1。当CN i=1，或CNi=0且ABi为高电平时，才 使Wi位为1。若Wi=0时，将一直向下传递，使其竞争号后 面的低位不能送上AB线。
每次计数可以从“0”开始，也可以从中止点开发始。如 果从“0”开始，各设备的优先次序与链式查询法相同， 优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个 设备使用总线的优级相等。
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6.3 总线的仲裁
➢ 优点
计数器的初值也可用程序来设置，这可以方便 地改变优先次序。

计算机组成原理——存储器和总线实验

计算机组成原理——存储器和总线实验

实验六存储器和总线实验一、实验目的熟悉存储器和总线组成的硬件电路。

二、实验要求按照实验步骤完成实验项目，利用存储器和总线传输数据三、实验内容实验原理图如下（省略图）：（1）实验原理按照实验所用的半导体静态存储器电路图进行操作，该静态存储器由一片6116（2K x 8）构成，其数据线（D0-D7）已和数据总线（BUS-DISP UNIT）相连接，地址线由地址锁存器（74LS273）给出，该锁存器的输入已连接至数据总线。

地址A0-A7与地址总线相连，显示地址内容。

数据开关经一三态门（74LS245）已连接至数据总线，分时给出地址和数据。

因为地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10本实验装置已接地，其容量为256字节。

6116有三根控制线：/CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线）。

当片选有效（/CS=0）时，同时OE=0时，（WE=0）时进行读操作。

本实验中将OE引脚接地，在此情况下，当/CS=0、WE=1时进行写操作，/CS=0、WE=0时进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。

实验时T3脉冲由“单步”命令键产生，其他电平控制信号由二进制开关模拟，其中/CE(存储器片选信号)为低电平有效，WE为写/读（W/R）控制信号，当WE=0时进行读操作、当WE=1时为写操作。

（2）实验步骤1、控制信号连接：位于实验装置右侧边缘的RAM片选端（/CE）、写/读线、（WE）、地址锁存信号（LDAR）与位于实验装置左上方的控制信号（/CE、WE、LDAR）之间对应相连接。

位于实验装置左上方CTR-OUT 的控制信号（/SW-B）与左下方INPUT-UNIT(/SW-B)对应相连接。

具体信号连接：/CW,WE,LDAR,/SW-B2、完成上述连接，仔细检查无误后方可进入本实验。

在闪动上的“P.”状态下按动增址命令键，使LED显示自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态。

总线工作原理

总线工作原理

总线工作原理
总线是计算机系统中的一种通信方式，用于连接计算机内部的各种硬件设备，如CPU、内存、硬盘、显卡等。

它可以实现
不同模块之间的数据传输和控制信号传递。

总线工作原理大致如下：
1. 总线结构：总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线三种类型。

数据总线用于传输数据，地址总线用于指定数据的位置，控制总线用于传递控制信号。

2. 总线传输方式：总线可以通过并行传输或串行传输方式进行数据传输。

并行传输使用多个线路同时传输多个位的数据，而串行传输则是通过单个线路逐位传输数据。

3. 总线协议：总线上的数据传输和控制信号传递需遵循一定的协议。

常见的总线协议有 PCI、USB、SATA、I2C等。

协议
规定了数据传输的格式、时序、错误检测等规则，保证数据的正确和可靠传输。

4. 总线速度：总线的速度通常用频率（如MHz）来衡量。

较
高的总线速度可以提高数据传输效率，但也会面临信号完整性和延迟等问题。

5. 总线拓扑：总线的拓扑结构决定了各设备之间的连接方式。

常见的总线拓扑有单总线、双总线、星型总线等。

不同的拓扑结构适用于不同的应用场景，如单总线适用于简单的小型系统，
而星型总线适用于大规模系统。

通过总线，计算机内部的各个模块可以实现相互通信和协作，从而完成各种任务和功能。

总线的工作原理是计算机硬件中的重要概念，对于理解计算机系统的运作原理具有重要意义。

第六章 总线系统

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
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§ 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
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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-总线系统

计算机组成原理-总线系统

数据传送总线：由地址线、数据线、控制线组成。其结构 与简单总线相似，但一般是32条地址线，32或64条数据 线。为了减少布线，64位数据的低32位数据线常常和地 址线采用多路复用方式。
仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。 中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操作，包括中
断请求线和中断认可线。 公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以
3.独立请求方式
在独立请求方式中，每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权 线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。总线仲裁器中有一 个排队电路，它根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授 权信号BGi。独立请求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费 的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。其次，对优先次序的控制相当灵 活。它可以预先固定，例如BR0优先级最高，BR1次之…BRn最低；也可以通过 程序来改变优先次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法，不响应来自无效 设备的请求。因此当代总线标准普遍采用独立请求方式。
及加电或断电的时序信号线等。
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6.1.4 总线结构实例
奔
腾
计
算
机
主
板
的
总
线 结
南桥
构
图
北桥
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大多数计算机采用了分层次的多总线结构。
CPU总线 Pentium计算机是一个三层次的多总线结构： PCI总线
ISA总线
CPU总线：也称CPU-存储器总线，是一个64位数据线和32位地址 线的同步总线。可连接4~128MB的主存。CPU总线还有L2级 cache。主存控制器和cache控制器芯片用来管理CPU对主存和 cache的存取操作。

计算机组成原理习题 第六章总线系统

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___。

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___。

计算机组成原理第六章-第5讲-HOST总线和PCI总线复习课程

计算机组成原理第六章-第5讲-HOST总线和PCI总线复习课程
➢ 衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定返回义 13 为总线本身所能达到的最高传输速率。
本章小结
➢ 当代流行的标准总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。 其总线内部结构包含： ①数据传送总线（由地址线、数据线、控制线组成）； ②仲裁总线； ③中断和同步总线； ④公用线（电源、地线、时钟、复位等信号线）。
在异步定时中，总线周期的长度是可变的。当代的 总线标准大都能支持以下数据传送模式：①读/写操 作；②块传送操作；③写后读、读修改写操作；④ 广播、广集操作。
返回
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本章小结
➢ PCI总线是当前实用的总线，是一个高带宽且 与处理器无关的标准总线，又是重要的层次总 线。它采用同步定时协议和集中式仲裁策略， 并具有自动配置能力。PCI适合于低成本的小 系统，因此在微型机系统中得到了广泛的应用。
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本章小结
➢ 总线定时是总线系统的又一核心问题之一。为 了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议， 通常采用同步定时与异步定时两种方式
在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总 线时钟信号来确定，总线周期的长度是固定的。
在异步定时协议中，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 制基础上，不需要统一的公共时钟信号。
6.5 HOST总线和PCI总线
五、总线仲裁 ➢ PCI总线采用集中式仲裁方式，每个PCI主
设备都有独立的REQ#（总线请求）和 GNT#（总线授权）两条信号线与中央仲裁 器相连。由中央仲裁器根据一定的算法对 各主设备的申请进行仲裁，决定把总线使 用权授予谁。但PCI标准并没有规定仲裁算 法。
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➢ 总线仲裁是总线系统的核心问题之一。为了解决多个主设备同 时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件。它通过采 用优先级策略或公平策略，选择其中一个主设备作为总线的下 一次主方，接管总线控制权。按照总线仲裁电路的位置不同: 集中式仲裁:仲裁方式必有一个中央仲裁器，它受理所有功 能模块的总线请求，按优先原则或公平原则。 分布式仲裁。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个功能模 块都有自己的仲裁号和仲裁器。

计算机组成原理第6版(白中英)第6章总线系统

计算机组成原理第6版(白中英)第6章总线系统
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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。
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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
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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?
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1. 总线的特性(续) 电气特性

总线的工作原理

总线的工作原理

总线的工作原理
总线是一种计算机硬件结构，用于连接计算机内部各个功能模块，并在它们之间传输数据和控制信息。

总线的工作原理包括以下几个方面：
1. 数据传输：总线用于在计算机各个模块之间传输数据。

数据传输可以是从内存到CPU、从输入设备到内存、或是在各个
外部设备之间传输数据。

总线通过传输数据线上的电信号来进行数据传输。

2. 寻址：总线可以用于在计算机系统中对内存和外设进行寻址。

通过总线上的地址线，CPU可以指定要读取或写入的内存地
址或外部设备地址，并从中获取数据或将数据写入指定的地址。

3. 控制：总线还用于传输控制信息，用于控制计算机系统的各个模块。

例如，CPU可以通过总线上的控制线发送读写命令，以控制存储器的读写操作。

总线上的控制信号还可以用于同步各个模块的操作，确保计算机系统的正常工作。

4. 数据宽度：总线的工作原理还涉及数据宽度的处理。

总线可以是8位、16位、32位或更高的数据宽度。

数据宽度决定了
总线能够同时传输的数据位数，从而影响计算机系统的数据传输速度。

总线的工作原理可以总结为通过地址线传输地址信息，通过数据线传输数据信息，通过控制线传输控制信息，从而实现计算机内部各个模块之间的数据传输和控制。

计算机组成原理基础知识-总线

计算机组成原理基础知识-总线

计算机组成原理基础知识-总线⼆.系统总线--计算机系统五⼤部件互连的⽅式有两种： 分散连接：各部件之间使⽤单独的连线 总线连接：将各部件连到⼀组公共信息传输线上--总线：是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质 特点：分时与共享 在某⼀时刻，只允许有⼀个部件向总线发出消息，⼆多个部件可以同时从总线上接收相同的消息--总线的分类 按照连接部件不同： 1.⽚内总线：芯⽚内部的总线 2.系统总线：CPU、主存、I/O设备各⼤部件之间的信息传输线 按照系统总线传输信息的不同可分为3类： 数据总线：传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线 地址总线：主要⽤来指出数据总线上的源数据或⽬的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址（地址总线上的代码是⽤来指明CPU欲访问的存储单元或I/O　端⼝的地址，由CPU输出，单向传输） 地址总线的位数欲存储单元的个数有关，如：地址线为20根，则对应的存储单元个数为2的20次⽅ 控制总线：发出各种控制信号的传输线，通常对任意控制线⽽⾔，它的传输是单向的，但对于控制总线总体来说，⼜可认为是双向的 3.通信总线：⽤于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信 按传输⽅式可分为两种： 串⾏通信：数据在单条1位宽的传输线上，⼀位⼀位的按顺序分时传送（适宜于远距离的数据传输） 并⾏通信：数据在多条并⾏1位宽的传输线上，同时由源传送到⽬的地（适宜于近距离的数据传输，通常⼩于30m）--总线性能指标 总线宽度：通常指数据总线的根数 总线带宽：数据的数据传输速率，通常⽤每秒传递信息的字节数来衡量 时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步⼯作的总线称为同步总线，与时钟不同步⼯作的总线称为异步总线 总线复⽤：⼀条信号线上分时传送两种信号 信号线数：地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和 总线控制⽅式：包括突发⼯作、⾃动配置等 其他指标：如负载能⼒-- 总线控制 总线周期：完成⼀次总线操作的时间称为总线周期，可分为4个阶段：申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段、结束阶段 1.判优控制（仲裁控制） 分布式：将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上 集中式：将控制逻辑集中在⼀处（如CPU中） 集中控制优先权仲裁⽅式有三种：链式查询、计算器定时查询、独⽴请求⽅式 2.通信控制：主要解决通信双⽅如何获知传输开始和传输结束，以及通信双⽅如何协调，如何配合，通常有四种⽅式： 1).同步通信：通信双⽅由统⼀时标控制数据传送 2).异步通信：采⽤应答⽅式 异步通信的应答⽅式分为：不互锁、半互锁和全互锁 3).半同步通信 4).分离式通信(基本思想是将⼀个传输周期（或总线周期）分解为两个⼦周期) 。

总线工作原理

总线工作原理

总线工作原理
总线是计算机系统中用于连接各个组件之间传递数据和控制信号的一种物理通道。

它通过将信息传输到各个组件，使它们能够相互通信和协调工作。

总线的工作原理主要涉及以下几个方面：
1. 并行传输：总线通常采用并行传输方式，即同时传输多个数据位。

每个数据位通过总线的不同线路进行传输，以实现高速数据传输和并行处理的能力。

2. 分时复用：由于多个组件需要在同一总线上传输数据，为了避免冲突，总线采用分时复用的技术。

总线将数据划分为不同的时间片，每个组件在特定的时间片内进行数据传输，以避免冲突和争用。

3. 控制信号：总线不仅用于传输数据，还用于传输控制信号。

控制信号包括地址信号、读写信号、中断信号等，用于指示数据传输的方向和操作类型。

组件通过读取和解析控制信号来确定应执行的操作。

4. 总线结构：总线可以采用不同的结构，如单总线、多总线和层次总线结构等。

单总线结构只有一条总线线路，多总线结构包含多个并行工作的总线，层次总线结构则将总线分为多个层次，每个层次负责不同的功能。

5. 总线仲裁：当多个组件同时请求访问总线时，需要进行总线
仲裁来确定哪个组件获得总线的控制权。

总线仲裁可以通过硬件电路或软件算法来实现，以确保公平和有效地分配总线资源。

总线的工作原理是计算机系统中重要的基础技术，能够实现各个组件之间的高效通信和协同工作。

通过合理设计和管理总线，可以提高计算机系统的性能和可靠性。

计算机组成原理第六章 第4讲 总线定时和数据传送模式

计算机组成原理第六章 第4讲 总线定时和数据传送模式
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执行过程如图所示：
11
解：从时序图看出，该总线采用异步定时
协议。




当某个设备请求使用总线时，在该设备所属的 请求线上发出申请信号BRi（1）。 CPU按优先原则同意后给出授权信号BGi作为 回答（2）。 BGi链式查询各设备，并上升从设备回答SACK 信号，证实已收到BGi信号（3）。 CPU接到SACK信号后下降BG作为回答（4）。 【未完，接下页】
5
6.4总线定时和数据传送模式
互锁分类
6
6.4总线定时和数据传送模式
7
6.4总线定时和数据传送模式
8
6.4总线定时和数据传送模式
异步定时特点：


总线周期长度可变，允许快速慢速设备在同一 条总线上 但会增加总线复杂性和成本
9
【例3】
某CPU采用集中式仲裁方式，使用独立请
求与菊花链查询相结合的二维总线控制结 构。每一对请求线BRi和授权线BGi组成一 对菊花链查询电路。每一根请求线可以被 若干个传输速率接近的设备共享。当这些 设备要求传送时通过BRi线向仲裁器发出请 求，对应的BGi线则串行查询每个设备，从 而确定哪个设备享有总线控制权。请分析 说明图6.14所示的总线仲裁时序图。
总线信息传送过程包括

请求总线、总线仲裁、寻址、信息传送、状态 返回。 同步定时： 异步定时：
定时：事件出现在总线上的时序关系。


2
6.4总线定时和数据传送模式
1、同步定时
3
陕西师范大学 计算机科学学院
6.4总线定时和数据传送模式
同步定时特点：



事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确 定。 由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候 发送或接收信息都由统一时钟规定，因此，同 步定时具有较高的传输频率。 同步定时适用于总线较短、各功能模块存取时 间比较接近的情况。

计算机组成原理（第六章系统总线教学教材

计算机组成原理（第六章系统总线教学教材

计算机组成原理（第六章系统总线教学教材第六章系统总线第一节总线的基本概念一、总线的分类1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。

2．系统总线：连接计算机系统中各个功能模块或设备的总线，作为计算机硬件系统的主干。

3．内部总线：连接CPU内部各部件的总线。

4．总线的分类：①按传送格式分为：串行总线、并行总线；②按时序控制方式分为：同步总线、异步总线；③按功能分为：系统总线、CPU内部总线、各种局部总线。

④按数据传输方向分为：单工总线和双工总线，双工总线又分为半双工总线和全双工总线。

历年真题1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。

（2001年）2．下列说法中正确的是（）。

（2003年）A．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息B．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息C．半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息D．半双工总线可以在两个方向上同时传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息【分析】根据总线上信号的传递方向，总线可分为单向传输（单工）总线和双向传输（双工）总线，而双工总线又可分为半双工总线和全双工总线。

其中单工总线只能向一个方向传递信号，半双工总线可以在两个方向上轮流传递信号，全双工总线可以在两个方向上同时传递信号。

二、总线的信息传输方式1．串行传输：是指数据的传输在一条线路上按位进行。

（只需一条数据传输线，线路的成本低，适合于长距离的数据传输）。

在串行传输时，被传输的数据在发送设备中进行并行到串行的变换，在接收设备中进行串行到并行的变换。

2．并行传输：每个数据位都需要单独一条传输线，所有的数据位同时进行传输。

3．复合传输：又称总线复用的传输方式，它使不同的信号在同一条信号线上传输，不同的信号在不同的时间片中轮流地身总线的同一条信号线上发出。

计算机组成原理第六章

计算机组成原理第六章

指令周期的基本概念
节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时 间，如：ALU完成一次正确的运算，寄存器间的一 次数据传送等。
不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。 一个机器周期中，包含若干个时钟周期（节拍脉冲
或T脉冲）。 CPU周期规定，不同的计算机中规定不同
2. 每条指令的指令周期不同
➢译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控 制信号提供给时序控制信号形成部件。
机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路
➢由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的 时钟脉冲
时序控制信号形成部件
➢时序控制信号形成部件又称微操作信号发生器，真 正控制各部件工作的微操作信号是由指令部件提供 的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功 能部件所反馈的状态及条件综合形成的。
2. 微操作：是微命令的操作过程。
– 微命令和微操作是一一对应的。 – 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。 – 微操作是执行部件中最基本的操作。
由于数据通路的结构关系，微操作可分为相容的和互斥：
1. 互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的 微操作。可以编码
2. 相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操 作。必须各占一位
联合控制方式
– 大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采 用异步方式
– 机器周期的节拍脉冲固定，但是各指令的机器周期数不固 定（微程序控制器采用）
微程序控制原理
1. 微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作 微命令，它是构成控制序列的最小单位。
– 例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉 冲等。
读写时序信号的译码逻辑表达式
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• 控制总线CB
• 用来传送控制信号和时序信号。控制 信号中，有的是微处理器送往存储器和输 入输出接口电路的，如读/写信号，片选信 号、中断响应信号等；也有是其它部件反 馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位 信号、总线请求信号、限备就绪信号等。 因此，控制总线的传送方向由具体控制信 号而定，一般是双向的，控制总线的位数 要根据系统的实际控制需要而定。实际上 控制总线的具体情况主要取决于CPU。
1.
总线系统
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，引脚线的排列方
式等。
功能特性：描述总线中每一根线的功能。
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。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 总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误 地使用。
(2)传送数据：取出指令之后，CPU将检查 操作码。操作码规定了对数据要执行什么操作， 以及数据是流进CPU还是流出CPU。
(3)I/O操作：如果该指令地址字段对应的 是外围设备地址，则外围设备译码器予以响应， 从而在CPU和与该地址相对应的外围设备之间 发生数据传送，而数据传送的方向由指令操作 码决定。
计算机组成原理
第六章 总线系统
本章内容：
课程教学要求
6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式 6.4 PCI总线 6.5 ISA总线和Future+总线 本章小结
总线系统
6.1 总线的概念和结构形态
6.1.1 总线的基本概念 6.1.2 总线的连接方式 6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响 6.1.4 总线的内部结构 6.1.5 总线结构实例
总线系统
1.单总线结构
在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的 系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总 线结构。此时要求连接到总线上的逻辑部件必须高 速运行，以便在某些设备需要使用总线时能迅速获 得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃 总线控制权。
(1)取指令：当CPU取一条指令时，首先把 程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总 线上。在“取指令”情况下的地址是主存地址, 此时该地址所指定的主存单元的内容一定是一 条指令，而且将被传送给CPU。
【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? (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? 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表示
总线系统
2.总线的标准化
相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的 各功能部件在实现方法上几乎没有相同的，但各厂家 生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因在于它 们都遵守了相同的系统总线的要求，这就是系统总线 的标准化问题。
总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率， 是衡量总线性能的重要指标，单位:兆字节每秒(MB/s)
• I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接 的总线。
• 此外，为了解决CPU与高速外设之间传输 速度慢的"瓶颈"问题，出现了两种局部总线， 它们是：
• VESA视频电子标准协会局部总线，简 称VL总线.
• PCI外围部件互连局部总线，简称PCI总 线. 奔腾主板多采用PCI总线。 目前，继PCI 之后又开发了更外围的接口总线，它们是： USB通用串行总线。IEEE1394(美国电气及 电子工程师协会1394标准)俗称"火线(Fire Ware)"。
Internal Bus内部总线
• CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的 总线。
• SPI总线 ：串行外围设备接口SPI总线技术 是Motorola公司推出的一种同步串行接口。
• SCI总线 ：串行通信接口SCI也是由 Motorola公司推出的。它是一种通用异步 通信接口。
系统总线
• 系统总线又称板级总线。因为该总线是用 来连接微机各功能部件而构成一个完整微 机的，所以称之为系统总线。
根据定义可得: Dr = D0000/s=132MB/s
(2)64位=8B， Dr= D×f
=8B×66×1000000/s=528MB/s
6.1.2 总线的连接方式
• 单机系统中总线结构的两种基本类型：单 总线和多总线。
6.1.2 总线的连接方式
• 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DB（Data Bus）、AB（Address Bus）和CB （Control Bus）
• 数据总线DB用于传送数据信息。数据总线 是双向三态形式的总线，既可以把CPU的 数据传送到存储器或I／O接口等其它部件， 也可以将其它部件的数据传送到CPU。
• 数据总线的位数是计算机的一个重要指标， 通常与微处理器的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度 也是16位。需要指出的是，数据的含义是 广义的，它可以是真正的数据，也可以指 令代码或状态信息，有时甚至是一个控制 信息。
• 地址总线AB
• 是专门用来传送地址的，由于地址只 能从CPU传向外部存储器或输入输出端口， 所以地址总线总是单向三态的，这与数据 总线不同。地址总线的位数决定了CPU可 直接寻址的内存空间大小，一般来说，若 地址总线为n位，则可寻址空间为2的n次方 字节。
6.1.1 总线的基本概念
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。借助于总线连接，计算机在各系统功能 部件之间实现地址、数据和控制信息的交换， 并在争用资源的基础上进行工作。
• 一个单处理器系统中的总线，大致分为三类： • (1)内部总线。 • (2)系统总线。 • (3)I/O总线。
• (4)DMA操作: 某些外围设备也可以指定地址。 如果一个由外围设备指定的地址对应于一个 主存单元，则主存予以响应，于是在主存和 外设间将进行直接存储器传送(DMA)。