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中北大学计算机组成原理课件第03章系统总线(可编辑)

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计算机组成原理课件-总线

计算机组成原理课件-总线
• 保證主記憶體-處理器之間的高帶寬
– 直接和處理器連接 – 優化處理使之適應Cache塊傳送
• 輸入/輸出匯流排（行業標準）
– 通常距離較長，速度較慢 – 需要適應多種輸入/輸出設備 – 和處理器-主存匯流排通過橋連接（或通過主板匯流排）
• 主板匯流排（行業標準或專門設計）
– 主板：連接各部件器件的底盤 – 應允許處理器、主記憶體和輸入/輸出設備互連 – 應有價格優勢：所有組件連接在一條匯流排上
3. 主存發現ReadReq信號為低，將 Ack信號置低
4. 主存讀出數據後，將數據送匯流排，並將DataRdy置高
5. 外部設備發現DataRdy為高，讀數據，併發出Ack信號
6. 主存發現Ack為高，將DataRdy拉低，並釋放數據線
7. 外部設備發現DataRdy為低，拉低 Ack信號，指示傳送結束
• 匯流排事務包括兩個部分：
– 發起命令 （和地址） – 傳輸數據
• 主設備是匯流排事務的發起者：
– 發出命令（和地址）
• 從設備是匯流排事務的回應者：
– 若主設備發出的是讀命令，則將數據發送到主設備 – 否則，接收主設備發來的寫入數據
匯流排類型
• 處理器-主存匯流排 （專用）
– 傳輸距離短、速度高 – 主記憶體專用
I/O controller
Disk
Disk
Graphics output
Network
• 輸入/輸出系統設計受到多方面因素的影響（可擴展性，可恢復性等） • 性能:
— 訪問延遲 — 吞吐量 — 設備和系統的連接關係 — 層次存儲系統 — 操作系統 • 用戶和應用也各不相同
輸入/輸出系統
• 設備用於人機交互 • 匯流排定義了交互的

第3章系统总线-精选

第3章系统总线-精选

如ISA、PCI等。
通信总线（I/O总线）
I/O device
I/O device
是指计算机系统之间或计算机 系统与其他系统（如控制仪表 等）之间的通信传输线。
通信总线
IDE、SCSI、USB、RS－232
通信总线
用于 计算机系统之间 或 计算机系统 与其他系统（如控制仪表、移动通信等） 之间的通信
总线主设备发出地址信号后，总线上的所有部件均 感受到该地址信号，但只有经过译码电路选中的部 件才接收主设备的控制信号，并与之通信。
地址总线是单向的，即地址信号只能由总线主设备 至从设备。地址总线也是三态的，非主设备部件不 能驱动地址总线。
3.3 总线特性及性能指标
3.3.1 总线物理实现
CPU 插件板
片内总线
寄存器之间、寄存器和算逻单
元ALU之间都有总线连接。 主机
系统总线
processor
系统总线 memory
是指CPU、主存、I/O（通过 I/O接口）各大部件之间的信 息传输线。
又叫板级总线和板间总线
I/O Interface （adapter）
I/O Interface （adapter）
AGP、SCSI、USB
AGP：Accelerated Graphics Port——加速图形接口， 专为提高视频带宽而设计的总线规范。它采用点对点连接， 连接控制芯片组和AGP显示卡，因此严格说AGP不能称 为总线，而是一种接口标准。
SCSI：Small Computer System Interface—小型计算 机系统接口。SCSI总线主要用于光驱、音频设备、扫描仪、 打印机以及像硬盘驱动器这样的大容量存储设备等的连接， 是一种直接连接外设的并行I/O总线。

计算机组成原理第3章(系统总线)

计算机组成原理第3章(系统总线)

PCI 总线
SCSIⅡ 控制器
8 MHz的16位数据通路 多媒体 高速局域网
ISA EISA
高性能图形
图文传真 调制解调器
4. 多层 PCI 总线结构
CPU
存储器总线
3.4
存储器
第一级桥 第二级桥 第三级桥
桥0
桥4
PCI设备 桥5 PCI总线0
PCI总线4 PCI总线5
总线桥 桥1 标准总线
桥3 设备 桥2
• 从模块准备数据
不占用总线 总线空闲
• 从模块向主模块发数据 占用总线
(5) 分离式通信
3.5
充分挖掘系统总线每瞬间的潜力
一个总线传输周期
子周期1
主模块 申请 占用总线，使用完后 即 放弃总线 的使用权
子周期2 从模块 申请 占用总线，将各种信 主模块 息送至总线上
分离式通信特点
3.5
1. 各模块有权申请占用总线 2. 采用同步方式通信，不等对方回答 3. 各模块准备数据时，不占用总线 4. 总线被占用时，无空闲 充分发挥了总线的有效占用
精品课件！
4. 总线复用
地址线 与 数据线 复用
5. 信号线数
地址线、数据线和控制线的 总和
6. 总线控制方式 并发、自动、仲裁、逻辑、计数
7. 其他指标
负载能力
四、总线标准
3.3
模块 标 模块 准 界
系统 面 系统ISA Nhomakorabea总 线EISA
标 VL-BUS 准
PCI
3.4 总线结构
一、单总线结构
单总线（系统总线）
3.5
数据线 地址线
I/O接口1 … I/O接口n …
3. 计数器定时查询方式

计算机组成原理第三章课件(白中英版)

计算机组成原理第三章课件(白中英版)

03
比较
CISC注重提高指令的功能和灵活性，而RISC注重提高指令的执行速度
和效率。
MIPS指令系统介绍
MIPS（无互锁流水线微处理器 ）
一种基于RISC架构的处理器，采用简单的 指令集和流水线技术。
指令格式
MIPS指令采用固定长度的32位格式，包括 操作码、寄存器地址等部分。
寻址方式
流水线技术
MIPS支持多种寻址方式，如立即数寻址、 寄存器寻址、基址寻址等。
高级语言是一种面向问 题或面向过程的语言， 更加接近人类的自然语 言，需要经过编译器或 解释器转换成机器代码 才能执行。
02
CATALOGUE
运算方法和运算器
数据的表示方法和转换
数据的表示方法
包括原码、反码、补码等表示方 法，以及移码表示法。
数据之间的转换
介绍不同数据表示方法之间的转 换方法，如原码到补码的转换、 补码到移码的转换等。
THANKS
感谢观看
计算机组成原理第 三章课件白中英版
contents
目录
• 计算机系统概述 • 运算方法和运算器 • 存储系统 • 指令系统 • 中央处理器 • 总线系统
01
CATALOGUE
计算机系统概述
计算机系统的基本组成
01
02
03
硬件
包括中央处理器、存储器 、输入输出设备等，提供 基本的计算、存储和通信 功能。
VS
总线标准
常见的总线标准有ISA总线、EISA总线、 VESA总线和PCI总线等。
PCI总线和USB总线介绍
PCI总线
PCI（Peripheral Component Interconnect）总线是一种高性能的32位 或64位局部总线，用于连接高速的外部设 备。

计算机组成原理第三章总线

计算机组成原理第三章总线

优化方法探讨
采用多路复用技术
通过时分复用或频分复用等技术，在 同一总线上实现多个设备的同时传输。
采用高速缓存技术
在总线上引入高速缓存，减少对主存 储器的访问次数，提高数据传输效率。
采用分布式仲裁机制
通过分布式仲裁机制，避免单一仲裁 器造成的性能瓶颈，提高总线的并发 处理能力。
引入流量控制机制
通过流量控制机制，避免数据拥塞和 冲突，保证数据的可靠传输和总线的 稳定性。
多主设备方式
允许多个主设备同时存在于总线上，通过竞争或协商方式获得总线 使用权。
分布式仲裁芯片方式
采用专门的分布式仲裁芯片，根据设备的优先级和请求情况，动态 分配总线使用权。
通信协议及数据格式
01
同步通信协议
通信双方采用统一的时钟信号进行同步，数据在时钟信号的驱动下按位
传输。
02
异步通信协议
通信双方没有统一的时钟信号，采用特定的起始位和停止位来表示字符
异步传输
异步传输是指数据传送以字符为单位，字符与字符间的传送是完全异步的，位与位之间的传送基本上是同步的。 异步传输不要求接收端时钟和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一 个字节。
03
总线仲裁与通信协议
集中式仲裁方式
链式查询方式
通过链式连接各个设备，按照优 先级顺序进行仲裁，优先级高的 设备优先获得总线使用权。
无线总线技术
随着无线通信技术的不 断发展，未来可能出现 更多基于无线传输的总 线技术，如无线USB、 无线HDMI等，这将为 计算机系统的设计和应
用带来更多可能性。
智能总线技术
随着人工智能和机器学 习技术的不断发展，未 来总线技术可能更加智 能化，能够自适应地调 整传输参数和策略，提 高系统的整体性能和稳

第3章微型计算机总线系统-PPT课件

第3章微型计算机总线系统-PPT课件

总线仲裁
多个主控模块同时申请总线使用权时，系统根据某种 算法做出裁定，把总线的控制权赋予某个主控模块。
寻址(目的寻址)
主控模块取得总线控制权后，由该模块进行寻址， 通知被访问的模块进行信息传输。
信息传输
主控模块与访问模块之间进行数据传输。
错误检测
§2 常用系统总线
一、微型计算机总线的发展： •1981年 PC/XT使用的XT总线或PC总线（8位）
(3)除满足特殊需要的12V电源外，其他信号均与TTL电平兼容。
§2 常用系统总线
3.PC/XT总线的信号线
GND RESET +5V IRQ2 -5V DRQ2 +12V CARD SLCTD -12V GND MEMW MEMR IOW IOR DACK3 DRQ3 DACK1 DRQ1 DACK0 CLK IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 IRQ3 DACK2 T/C ALE +5V OSC GND
地址线：20根
数据线：8根 控制线：21根 状态线：2根
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
B
A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
数据总线 总线的 组成
传输计算机内部所有的数据信息
地址总线
传输计算机内部所有的地址信息
控制总线
传输计算机内部所有的控制或状态信号
§1 概述
三、总线的分类
按照总线在微机结构中所处的位置,可分为：

第三章 系统总线1


运算器
输出设备
控制器
计算机组成原理
一、为什么要用总线
分散连接的困境： 分散连接
• 5部件间连线复杂
• CPU效率低下 • 控制器 增减设备困难
数据 输入设备 程序 运算器 存储器 输出设备
计算 结果
计算机组成原理
3.1 总线的基本概念 二、什么是总线
（BUS）连接各个部件的信息公用传输线，是各 个部件分时共享的传输介质 某时刻只允许一个部件向总线发送信息；但多个 部件可以同时从总线上接收相同的信息。
IEEE-488总线连接图
IEEE 488 总线
8位数据总线 DAV、NRFD、NDAC ATN、TFC、REN、EOI、SRQ
微型计算机
测量仪器 被测系统
打印机等外设
第二篇 硬件结构
通信总线标准
IEEE488
IDE SCSI
RS232 USB
IEEE1394
Integrated Device Electronics，集成电 子部件，是IBM PC/AT使用的高级技术配 件（Advanced Technology Attachment,ATA)接 口发展而来，它将控制器集成到驱动器内 部，传输数据可靠性高。 目前的IDE接口采用了Quantum与Intel 共同制定的Ultra DMA100技术，传输速率 达到133Mb/s，容量突破137GB，循环冗 余校验码CRC 。
8 根 16 根 32 根 64 根
→ 一次传送 8位， 8位CPU → 一次传送 16位，16位CPU → 一次传送 32位，32位CPU → 一次传送 64位，64位CPU
3、 CB——控制总线： 在CPU和其他设备之间传送控制信号。有的是 CPU发出，有的是发向CPU。 时钟：用来同步各种操作 复位：各模块恢复初始状态 总线请求：某部件需要获得总线使用权 总线允许：CPU同意申请部件使用总线 中断请求：某部件提出中断申请 中断确认：CPU允许中断 存储器写：将DB上数据写到存储器指定单元 存储器读：从指定存储器单元将数据读到DB I/O读：从指定I/O端口将数据读到DB上 I/O写：将数据从DB输出到指定I/O端口内 数据确认：数据已被接收或已被读入总线上
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第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.3 总线特性及性能指标3.4 总线结构3.5 总线控制优秀课件,精彩无限! 13.1 总线的基本概念一、为什么要用总线二、什么是总线总线是连接各个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质三、总线上信息的传送串行并行优秀课件,精彩无限! 2四、总线结构的计算机举例3.13.11. 面向CPU 的双总线结构框图I/O总线中央处理器CPUM…I/O接口I/O接口I/O接口总线I/O I/O I/O…主存设备1 设备2 设备n优秀课件,精彩无限! 33.1 2. 单总线结构框图3.1单总线(系统总线)…I/O接口I/O接口I/O接口CPU 主存I/O I/O I/O…设备1设备2设备n优秀课件,精彩无限! 43.13.13. 以存储器为中心的双总线结构框图系统总线…I/O接口I/O接口存储总线CPU 主存I/O I/O…设备1设备n优秀课件,精彩无限! 53.2 总线的分类芯片内部的总线1.片内总线计算机各部件之间的信息传输线2.系统总线双向与机器字长、存储字长有关数据总线地址总线单向与存储地址、I/O地址有关控制总线有出有入存储器读、存储器写中断请求、总线请求总线允许、中断确认优秀课件,精彩无限! 63.23.23.通信总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统(如控制仪表、移动通信等)之间的通信串行通信总线传输方式并行通信总线优秀课件,精彩无限! 73.3 总线特性及性能指标一、总线物理实现I/O主存CPU插板插板插板BUS主板优秀课件,精彩无限! 83.33.3二、总线特性尺寸、形状、管脚数及排列顺序1. 机械特性传输方向和有效的电平范围2. 电气特性地址数据每根传输线的功能3. 功能特性控制4. 时间特性信号的时序关系优秀课件,精彩无限! 93.33.3三、总线的性能指标数据线的根数1. 总线宽度每秒传输的最大字节数(MBps)2. 总线带宽3. 时钟同步/异步同步、不同步地址线与数据线复用4. 总线复用地址线、数据线和控制线的总和5. 信号线数并发、自动、仲裁、逻辑、计数6. 总线控制方式7. 其他指标负载能力优秀课件,精彩无限! 1 03.33.3四、总线标准ISA标模块模块EISA准总VESALV-BUS界线PCI面标AGP系统准系统RS-232USB优秀课件,精彩无限! 1 1 四、总线标准3.33.3总线标准数据线总线时钟带宽ISA 16 8 MHz(独立) 16 MBpsEISA 32 8 MHz(独立) 33 MBpsVESA32 33 MHz(CPU) 133 MBpsVL-BUS32 33 MHz(独立) 132 MBpsPCI64 66 MHz(独立) 528 MBps66.7 MHz(独立) 266 MBpsAGP 32133 MHz(独立) 533 MBps串行通信数据终端设备(计算机)和数据通信设备RS-232(调制解调器)之间的标准接口总线标准普通无屏蔽双绞线1.5 Mbps USB1.0串行接口USB 12 Mbps USB1.0带屏蔽双绞线总线标准480 Mbps USB2.0最高优秀课件,精彩无限! 1 23.4 总线结构一、单总线结构单总线(系统总线)…I/O接口I/O接口I/O接口CPU主存I/O I/O I/O…设备1设备2设备n优秀课件,精彩无限! 1 33.43.4二、多总线结构1. 双总线结构主存总线CPU主存通道I/O总线具有特殊功能的处理器,…I/O接口I/O接口由通道对I/O统一管理…设备n 设备0优秀课件,精彩无限! 1 43.4 3.42. 三总线结构I/O总线CPU主存总线…主存I/O接口I/O接口I/O接口DMA总线…设备1 设备n高速外设优秀课件,精彩无限! 1 53.43.43. 三总线结构的又一形式局部总线CPU Cache主存局部I/O控制器系统总线SCSI Modem局域网扩展总线接口串行接口扩展总线优秀课件,精彩无限! 1 63.43.44. 四总线结构主存Cache/桥CPU局部总线系统总线SCSI 图形多媒体局域网高速总线FAX Modem扩展总线接口串行接口扩展总线优秀课件,精彩无限! 1 73.43.4三、总线结构举例1传统微型机总线结构系统总线33 MHz的32位数据通路主存控制器CPU存储器标准总线控制器…8 MHz的16位数据通路ISA、EISASCSI Ⅱ控制器…Modem多媒体高速局域网高性能图形优秀课件,精彩无限! 1 82. VL-BUS局部总线结构3.43.4系统总线主存控制器CPU存储器局部总线控制器33 MHz的32位数据通路VLBUSS CSIⅡ标准总线控制器控制器…ISA、EISA多媒体高速局域网高性能图形8 MHz的16位数据通路…图文传真Modem优秀课件,精彩无限! 1 93.43.43. PCI 总线结构存储器CPUPCI 桥PCI 总线33 MHz的32位数据通路标准总线SCSIⅡ控制器控制器8 MHz的16位数据通路多媒体高速局域网高性能图形ISA、EISA图文传真Modem优秀课件,精彩无限! 2 03.43.44. 多层PCI 总线结构存储器总线CPU存储器桥0 桥4第一级桥PCI总线4PCI设备桥5PCI总线5PCI总线0总线桥桥1 桥3 设备PCI总线3PCI总线1第三级桥桥2标准总线优秀课件,精彩无限! 2 1PCI总线23.5 总线控制一、总线判优控制1基本概念主设备模块对总线有控制权从设备模块响应从主设备发来的总线命令链式查询集中式计数器定时查询总线判优控制独立请求方式分布式优秀课件,精彩无限! 2 23.53.52. 链式查询方式BS -总线忙BR-总线请求BG-总线同意数据线地址线总BS线BR控制部…I/O接口0 I I/ /O O接口接口1 1 I/O接口n 件BG…优秀课件,精彩无限! 2 33.53.53. 计数器定时查询方式BS -总线忙数据线BR-总线请求地址线总设备地址设备地址线BS控BR1制部计数器件…I/O接口0 I I/ /O O接口接口1 1 I/O接口n 优秀课件,精彩无限! 2 43.53.54. 独立请求方式BG-总线同意BR-总线请求数据线地址线BGn总BRn线BG1控BR1 BG制BR部件…I/O接口0 I/O接口1 I/O接口n 排队器排队器优秀课件,精彩无限! 2 53.53.5二、总线通信控制解决通信双方协调配合问题1. 目的2. 总线传输周期申请分配阶段主模块申请,总线仲裁决定寻址阶段主模块向从模块给出地址和命令传数阶段主模块和从模块交换数据结束阶段主模块撤消有关信息优秀课件,精彩无限! 2 63.53.53. 总线通信的四种方式由统一时标控制数据传送同步通信异步通信采用应答方式,没有公共时钟标准同步、异步结合半同步通信充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力分离式通信优秀课件,精彩无限! 2 73.53.51 同步式数据输入总线传输周期时钟T T T T1 2 3 4地址读命令数据优秀课件,精彩无限! 2 83.53.52 同步式数据输出总线传输周期时钟T T T T1 2 3 4地址数据写命令优秀课件,精彩无限! 2 9异步通信主设备请求回答从设备不互锁半互锁全互锁单机多机网络通信优秀课件,精彩无限! 3 03.53.54 半同步通信(同步、异步结合)同步发送方用系统时钟前沿发信号接收方用系统时钟后沿判断、识别异步允许不同速度的模块和谐工作增加一条“等待”响应信号WAIT优秀课件,精彩无限! 3 1…3.53.5以输入数据为例的半同步通信时序T 主模块发地址1T 主模块发命令2T 当为低电平时,等待一个T WAITwT 当WAIT为低电平时,等待一个TwT 从模块提供数据3T 从模块撤销数据,主模块撤销命令优秀课件,精彩无限! 3 2 4 35354 半同步通信(同步、异步结合)总线传输周期时钟T T T T T T1 2 W W 3 4地址读命令WAIT数据优秀课件,精彩无限! 3 33.53.5上述三种通信的共同点一个总线传输周期(以输入数据为例)主模块发地址、命令占用总线从模块准备数据不占用总线总线空闲从模块向主模块发数据占用总线优秀课件,精彩无限! 3 43.5精选文档3.55 分离式通信充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力一个总线传输周期子周期1 主模块申请占用总线,使用完后即放弃总线的使用权子周期2从模块申请占用总线,将各种信息送至总线上主模块优秀课件,精彩无限! 3 53.53.5分离式通信特点1. 各模块有权申请占用总线2. 采用同步方式通信,不等对方回答3. 各模块准备数据时,不占用总线4. 总线被占用时,无空闲充分提高了总线的有效占用优秀课件,精彩无限! 3 6可修改。