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第7章 系统总线(1)

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计算机组成原理第七章单元测试(含答案)

计算机组成原理第七章单元测试(含答案)

第七章、系统总线
系统总线测试
1、从信息流的传送效率来看，（）工作效率最低。

A、三总线系统
B、单总线系统
C、双总线系统
D、多总线系统
2、系统总线地址的功能是（）。

A、选择主存单元地址
B、选择进行信息传输的设备
C、选择外存地址
D、指定主存和I / O设备接口电路的地址
3、计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时（）。

A、减少了信息传输量
B、提高了信息传输的速度
C、减少了信息传输线的条数
D、加重了CPU的工作量
4、IEEE1394的高速特性适合于新型高速硬盘和多媒体数据传送，它的数据传输率最高可以达到（）。

A、100 Mb/秒
B、200 Mb/秒
C、400 Mb/秒
D、300 Mb/秒
5、异步控制常用于（）作为其主要控制方式。

A、在单总线结构计算机中访问主存与外围设备时
B、微型机的CPU中
C、硬布线控制器中
D、微程序控制器中
6、当采用（）对设备进行编址情况下，不需要专门的I/O指令。

A、统一编址法
B、单独编址法
C、两者都是
D、两者都不是
参考答案如下：
1。

计算机组成原理第7章系统总线课件

计算机组成原理第7章系统总线课件
7.1 总线概述
7.1.1 总线的基本概念
总线宽度:指一次并行传输的信息位数。 总线频率:指总线工作时每秒内能传输数据的次数。 传输率:指每秒能够传输的字节数，用MB/s表示。
传输率和总线宽度、总线频率之间的关系是： 传输率=总线宽度／8×总线频率
7.1 总线概述
7.1.2 总线的工作原理
总线是以分时的方法来为多个部件服务的，但是在任意时刻只 为某两个部件或设备所占用。当总线上的一个部件要与另一个部件 进行通信时，首先应该发出总线请求信号。在某一时刻，可能会有 多个部件同时要求使用总线，总线控制机构根据一定的判决原则， 决定首先由哪个部件使用总线。只有获得了总线控制权的部件，才 能开始传送数据。此时发送信息的总线主部件分时的将信息发往总 线，再由总线将这些信息同时发往各个接收信息的总线从部件。究 竟哪个部件接收信息，是由获得总线控制权的总线主部件给出的地 址信息经过译码之后产生的控制信号来决定。
7.1.3 总线的结构
7.1.4 总线的分类
指令系 统
吞吐量
最大存储 容量
分类
7.2 总线的控制与通信
7.2.1 总线的控制
总线在任意时刻只被某两个部件或设备所占用。当总线 上的一个部件要与另一个部件进行通信时，首先应该发出总 线请求信号。在某一时刻，可能会有多个部件同时要求使用 总线，总线控制机构根据一定的判决原则，决定首先由哪个 部件使用总线。只有获得了总线控制权的部件，才能开始传 送数据。获得总线控制权的部件被称为主部件，主部件一旦 获得总线控制权后，就立即开始向另一个部件进行一次信息 传送。负责接收信息的部件被称为从部件。
计数器的初始值还可以由程序来设置，这就可以方便地改变优先 次序，增加系统的灵活性。
7.2 总线的控制与通信

总线基本知识(共34张PPT)

总线基本知识(共34张PPT)

第3页，共34页。
Home
1
1.微型计算机总线概述
总线:是一组信号线的集合.它是器件之间通信和控制 的的渠道.
——以分时的方法来为多个部件服务的 ——总线仲裁电路来避免总线冲突
——总线的指标主要有2个，总线的工作频率和总线的宽度
—总线频率是总线时钟频率
—总线的宽度是指能够一次并行传送的信息位数
第4页，共34页。
RS-485采用半双工工作方式，因此，发送电路须由使能信号 加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉信号 线
第22页，共34页。
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5
2.ＵＳＢ总线
USB(UniversalSerialBus)是外围设备与计算机进行连接的 接口总线．
——即插即用，热拔插，接口体积小，节省资源，传输可 靠，提供电源，良好的兼容性，共享式通信和低成本 ——达到了480Ｍb/s的传输速度. ——半双工串行总线.
7.1 总线基本知识
第1页，共34页。
内容简介 重点/难点 习题解答
Home
内容简介
总线是微型计算机系统的重要组成部分，是系
统中传递各类信息的通道，也是微型计算机系统中 各模块间的物理接口，它负责CPU和其它部件之间 信息的传递。通过本章学习，熟悉总线的一般概念 和微机系统总线的组成，理解PCI总线、RS-232-C 总线和USB总线的性能特点、连接方法及应用场合， 学会根据总线的规范设计简单的扩展接口。
初始化，在主控制器与USB设备之间建立通信信道。
•设备驱动程序(USBDeviceDriver) ——驱动USB设备的程序，通常由操作系统或USB设备制造商
提供。
•USB芯片驱动程序(USBDriver)

第7章输入输出习题参考解答

第7章输入输出习题参考解答

第7章思考题与习题参考答案1．计算机的I/O系统的功能是什么？它由哪几个部分组成？答：计算机的I/O系统，主要用于解决主机与外部设备间的信息通讯，提供信息通路，使外围设备与主机能够协调一致地工作。

计算机的I/O系统由I/O硬件和I/O软件两大部分组成。

其中I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。

I/O软件包括：用户的I/O程序、设备驱动程序、设备控制程序。

2．I/O硬件包括哪几个部分？各部分的作用是什么？答：I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。

系统总线的作用是为CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输提供通路。

I/O接口通常是指主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路及其相应的控制软件。

它用于在系统总线和外设之间传输信号，并起缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。

I/O设备的作用是为主机与外部世界打交道提供一个工具。

设备控制器用来控制I/O设备的具体动作，不同的I/O设备需要完成的控制功能不同。

3．什么是用户I/O程序？什么是设备驱动程序？什么是设备控制程序？答：用户I/O程序是指用户利用操作系统提供的调用界面编写的具体I/O设备的输入输出程序。

例如用户编写的用打印机输出文本的程序。

设备驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。

可以说相当于操作系统与硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。

设备控制程序就是驱动程序中具体对设备进行控制的程序。

设备控制程序通过接口控制逻辑电路，发出控制命令字。

命令字代码各位表达了要求I/O设备执行操作的控制代码，由硬件逻辑解释执行，发出控制外设的有关控制信号。

4．说明设计I/O系统的三个要素的具体内容。

答：设计I/O系统应该考虑如下三个要素：①数据定位： I/O系统必须能够根据主机提出的要求进行设备的选择，并按照数据在设备中的地址找到相应的数据。

计算机组成原理(第4版)课件第7章 总线(第4版)

计算机组成原理(第4版)课件第7章 总线(第4版)
33
7.4 总线标准
总线的标准制定通常有两种途径，一 种是由具有权威性的国际标准化组织制定 并推荐使用的，称为正式标准；另一种是 由某个或某几个在业界具有影响力的设备 制造商提出，而又被业内其他厂家认可并 广泛使用的标准，即所谓事实标准，这些 标准可能需要经过一段时间的使用，被厂 商提供给有关组织讨论之后才能成为正式 标准。
8
2.总线事务
通常把在总线上一对设备之间的一次信
息交换过程称为一个“总线事务”，把发出
总线事务请求的部件称为主设备，与主设备
进行信息交换的对象称为从设备。例如CPU
要求读取存储器中某单元的数据，则CPU是
主设备，而存储器是从设备。总线事务类型
通常根据它的操作性质来定义，典型的总线
事务类型有“存储器读”、“存储器写”、
34
7.4.1 系统总线标准
通常，微机的系统总线都做成多个插 槽的形式，各插槽引脚通过总线连在一起。 总线接口引脚的定义、传输速率的设定、 驱动能力的限制、信号电平的规定、时序 的安排以及信息格式的约定等，都有统一 的标准。
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7.4.1 系统总线标准（续）
1.PC/XT总线
PC/XT总线是早期PC/XT微机所配备 的系统总线，是9位总线标准。
5
7.1 总线概述
总线是一组能为多个部件分时共享的 公共信息传送线路。共享是指总线上可以 挂接多个部件，各个部件之间相互交换的 信息都可以通过这组公共线路传送；分时 是指同一时刻总线上只能传送一个部件发 送的信息。
6
7.1 .1 总线的基本概念
总线采用分时共享技术，当总线空闲 （所有部件都以高阻状态连接在总线上） 时，如果有一个部件要与目的部件通信， 则发起通信的部件驱动总线，发出地址和 数据。其他以高阻状态连接在总线上的部 件如果收到与自己相符的地址信息后，即 接收总线上的数据。发送部件完成通信后， 将总线让出（输出变为高阻态）。

总线连接方式

总线连接方式
接口
I/0 接口
第七章 7.3 总线连接方式
3 多级总线结构
在双级总线结构的基础上增加I/O总线构成； 并行性进一步提高，并可以通过增加通道或IO处理机来分担部分CPU
的I/O功能，但是总线结构得越来越复杂。 系统总线
cpu
内存
内存总线
I/0 通道
I0总线
…… I/0接口
I/0接口
第七章 7.3 总线连接方式
计算机组成原理
第七章 系统总线 7.3 总线连接方式
第七章 7.3 总线连接方式
1 单级总线结构
访问存储器和访问外设指令相同，由地址来区分； 总线简单，使用灵活，易于扩展； 任意两设备之间理论上都可以直接交换信息； 所有设备分时工作，仅适用于慢速的计算机系统中。
系统总线
cpu
内存
设备 接口
第七章 7.3 总线连接方式
6 单级总线典型结构示例
第七章 7.3 总线连接方式
7 总线结构对计算机系统性能的影响
对最大存储容量的影响：单总线结构有影响，双总线和多总线结构没有；
对指令系统的影响：双总线和多总线结构需要增加IO指令； 吞吐量：单总线结构的吞吐量小，多总线结构的吞吐量大，双总线结 构的吞吐量居中。
IDE 第三级总线
主控制器
数据缓冲器
高速缓冲器Cache
PCI=PCI 桥接器
PCI总线
PCI=PCI 桥接器
ISA总线
I/0支持
PCI总线
PCI=EISA 桥接器
高速I/0
REISA总线
I/0支持
本地总线
PCI可选槽口
光盘 键盘 串口
并口 游戏 声频
低速I/0
第七章 7.3 总线连接方式

苏州科技学院-微机原理--第7章 微型计算机总线及IO接口标准要点


设备
Root Hub
设备
复合设备
集线器 设备 设备 设备 集线器
设备
设备
图7-5 USB的物理拓扑
2018年10月5日
第29页
7.4通用外设接口标准

7.4.1 USB接口标准
– 3．USB的逻辑拓扑
USB主机 逻辑设备 逻辑设备 逻辑设备 逻辑设备 逻辑设备
图7-6 USB的逻辑拓扑
2018年10月5日
2018年10月5日
第8页
7.1概述

7.1.2 接口和接口标准
– 1．接口
外部设备与CPU交换数据的中间环节或称为“界面”，这个 中间环节就称为接口电路或接口。
– 2. 接口标准
接口标准是外设接口的规范，包括接口信号线定义、信号 传输速率、传输方向、拓扑结构，以及电气特性和机械特性等。
2018年10月5日
第30页
7.4通用外设接口标准
第9页
7.1概述

7.1.2 接口和接口标准
– 3．接口标准分类
传统的串行/并行接口标准。 通用外设接口标准。
外存储设备接口标准。
图形显示器接口标准。 测试仪器接口标准。

2018年10月5日
第10页
7.1概述

7.1.3 总线标准与接口标准的特点
– 1．总线标准的特点
公用性，同时挂接多种不同类型的功能模块。 在机箱内以总线扩展插槽形式提供使用。
– 6．总线的优点及发展趋势
使用标准总线具有以下优点 : 简化了软、硬件的设计 简化了系统结构 便于系统的扩充 便于系统的更新
2018年10月5日
第7页
7.1概述

计算机控制系统第7章总线技术课件


2024/8/6
19
二、SPI总线的时序
在实际应用中，各I/O芯片只能在收到CPU发出的使能命令后，才能 向CPU传送数据或从CPU接收数据，并遵循“高位(MSB)在前，低位(LSB) 在后”的数据传输格式。
2024/8/6
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三、SPI模式
CPHA=0时，SPI时序
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21
CPH=1时，SPI时序
现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性
产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发 展。
HART通信模型由3层组成 ：物理层、数据链路层和应用层。物理层采
用FSK(Frequency Shift Keying）技术在4～20mA模拟信号上迭加一个
2024/8/6
25
二、OSI参考模型与现场总线通信模型
典型的现场总线协议模型
如图所示。它采用OSI模型中的
三个典型层：物理层、数据链
路层和应用层，并增加一个现
场总线访问子层，以取代OSI模
型中第3～6层的部分功能，以
满足工业现场应用的要求。它
是OSI模型的简化形式，其流量
与差错控制在数据链路层中进
2024/8/6
2
（2）根据总线的用途和应用环境，总线可以有如下3种类型
①局部总线
②系统总线
③外总线
2024/8/6
3
（3）根据总线传送信号的形式，总线又可分为2种
①并行总线 如果用若干根信号线同时传递信号，就构成了并行总线。并行总线 的特点是能以简单的硬件来运行高速的数据传输和处理。 ②串行总线 串行总线是按照信息逐位的顺序传送信号。其特点是可以用几根信 号线在远距离范围内传递数据或信息，主要用于数据通信。 显然，上面提到的总线和局部总线均属于并行总线范畴。而现场总 线(Fieldbus)则是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、 双向、多站点的串行通信网络。

第7章Avalon接口规范(一)

写传输时，来自Avalon交换架构的数据线。若使用了该信号，data信号不能使用。
byteenable
2, 4, 6, 8, 16, 32, 64, In 128
字节使能信号。在对宽度大于8位的存储器进行写传输时，该信号用于选择特定的字节
No 段。
若使用了该信号，writedata信号页必须使用，writebyteenable信号不能使用。
Avalon端口分为主端口和从端口：主端口可以在 Avalon总线上发起数据传输，目标从端口在Avalon 总线上响应主端口发起的数据传输
2020/4/28
23
Avalon总线相关基本概念
主端口和从端口
Avalon主端口和从端口之间没有直接的连接，主、 从端口都连接到Avalon交换架构上，由交换架构来 完成信号的传递。 信号传输过程中，主端口和交换架构之间传递的信 号与交换架构和从端口之间传递的信号可能有很大 的不同。 在讨论Avalon传输时，必须区分主从端口。
主从端口对 周期
2020/4/28
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Avalon总线相关基本概念 主从端口对
主从端口对：在数据传输过程中，通过Avalon交换 架构连接起来的主端口和从端口。
2020/4/28
29
Avalon总线相关基本概念 Avalon外设 Avalon信号
主端口和从端口 传输
主从端口对 周期
2020/4/28
2020/4/28
16
Avalon总线相关基本概念 Avalon外设
Avalon外设通过Avalon交换架构进行数据传输
2020/4/28
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Avalon总线相关基本概念 Avalon外设 Avalon信号
主端口和从端口 传输

微机原理与接口技术

发送控制信号线
RTS：请求发送，输出、高电平有效。当终端要发送 数据时，使该信号有效（高电平），向MODEM或外 设请求发送。
CTS：允许发送，输入、高电平有效。是对请求发送 信号RTS的响应信号。当MODEM或外设已准备好接 收终端传来的数据，使CTS信号有效，通知终端开始 沿发送数据线TXD发送数据。
GND RESET DRV
+5V IRQ2
-5V DRQ2
-12V CARD SLCTD
+12V GND MEMW MEMR IOW
IOR DACK3
DRQ3 DACK1
DRQ1 DACK0 CLOCK
IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 +IRQ3 -DACK2
T/C ALE
-5V OSC GND
7.2.2 RS-232总线
目前最常用的一种串行通信接口标准
电气特性
逻辑电平定义为负逻辑 1:低于-3V 0:高于3V
机械特性
RS-232C常用25线或9线D型插件作为数据终端设 备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间通信电缆 的连接器。
名称
次信道发送数据 发送时钟
次信道接收数据 接收时钟 未用
8位ISA
GND RESET DRV
+5V IRQ2
-5V DRQ2
-12V CARD SLCTD
+12V GND MEMW MEMR IOW IOR DACK3 DRQ3 DACK1 DRQ1 DACK0 CLOCK IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 +IRQ3 -DACK2
T/C ALE -5V OSC GND
外总线的种类也很多，常用的有三种
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《计算机原理》教案
教学内容教师活动学生活动
导入：提问：试画出微程序控制器的逻辑组成框图？
计算机由多CPU、主存储器、外围设备组成，并通过总路线将它们连接起来（相当于网络将计算机连接起来一样），总线包括数据总线（DB），控制总线（CB），地址总线（AB）。

7.1 概述
7．1．1总线的概念
1．总线概念
总线（BUS）是能为系统中多个部件分时共享的一组信息传输线及相关逻辑。

2．共享是指总线所连接的各部件都通过它传递信息。

分时是指在某一时刻总线只允许有一个部件将信息送上总线。

分时共享是总线的主要特征，在计算机系统中，将不同来源和去向的信息在总线上分时传送，不仅可减少传输线的数量，简化控制和提高可靠性，而且便于扩充更新新的部件
7．1．2总线的分类
总线的类型有很多，可从不同角度进行研究分析。

1．按总线连接的部件，可将总线分为：
①内部总线
内部总线指同一部件内部各器件之间连接的总线。

②系统总线
系统总线指在一个计算机系统内连接CPU、主存、I／0接口等部件的总线。

系统总线包括地址、数据和控制信号三类传提问：
讲授新
课：（多媒
体幻灯片
演示和板
书）
提问：分
时共享概
念，可以
让大家考
思
考、回答
并相互
补充。

找现
实中从
分时共
享实例
②异步总线
异步总线在数据传送时，没有统一的时序信号，采用应答方式工作。

当各部件工作速度差异较大时多采用异步总线，传输时间可以根据需要能短则短，需长则长，因而时间利用率很高，但相应的控制较复杂。

③准同步总线
这种总线实际上采用同步异步相结合的方法，在计算机系统中，总线周期包含若干时钟周期，但时钟周期数可根据需要变化。

它既有同步总线控制简单的优点，又具有异步总线时间利用率高的优点。

7．1．3系统总线的组成
系统总线由数据总线、地址总线、控制总线和电源线组成。

1．数据总线DB
数据总线用于设备之间的数据传送，一般为双向传送。

数据总线的一个重要指标是宽度，根据数据总线的宽度可将系统总线分为8位总线、16位总线、32位总线、64位总线等。

2．地址总线AB
地址总线用于传送地址信号，以确定所访问的存储单元或某个I／O端口，地址总线一般有16位、20位、24位、32位等几种宽度标准。

单向传送
3．控制总线CB
控制总线用于传送各类控制／状态信号。

各种不同的总线标准其数据总线和地址总线的差别都不大，而它们的控制总线。