2019最新第7章总线及总线互连结构物理
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第7章-互联网络
和时间特性。
（3）基于开关的网络 结点到结点通过交换开关进行连接(无直接相连通道)，即 结点只与交换开关连接，又称间接网络。 组成：由链路、交换开关(交换机)、 NIC0 NIC1
ISC(O) … ISC(n-l) … … … NIC0 NIC1 … NICN-1
各级间拓扑结构(ISC)、 NIC组成。 思考：为什么要用多级拓扑结构？
二、互连网络种类
1、静态互连网络 结点到结点的连接在运行期间不改变，又称直接网络。 组成：由链路、拓扑结构及网络接口电路NIC组成。
PE010 PE011
M P
C
MB
M
P
C 结点
MB
PE100
PE111 PE000 PE001
NIC
结点
Bridge
I/OB
NIC
PE100
PE100
拓扑结构：有线性阵列、网格、立方体等多种结构。 互连功能实现： 互连空间特性通过NIC的数据寻径功能实现； 互连时间特性由拓扑结构及网络控制方式决定。
4、流控机制 在资源使用冲突时控制各通道流量(带宽)的机制。 流控机制层次： 有链路级流控、端到端流控两个层次。
四、互连网络基本性能
时延和带宽是评价互连网络性能的两个基本指标。 1、时延
发送方 互连网络 接收方 发送方 开销 传输时间
飞行时间
传输时延
传输时间
接收方 开销
通信时延=额外开销+飞行时间+消息长度/通道带宽 额外开销—指收/发双方软/硬件开销，与结点内核及 NIC结构有关； 飞行时间—与结点间距离(拓扑结构)及通道带宽有关；
PE0 PE1
… ISC(n-l) … … … ISC(O)
《总线的基本概念》课件
232、RS-485等。
并行通信协议
同时传输多个数据位，常见于计算 机内部总线或某些高速数据传输场 合。
网络通信协议
按照一定的规则将数据分割成多个 数据包，通过网络进行传输，常见 的网络通信协议有TCP/IP、HTTP等 。
通信协议的实现方式
硬件实现
通过硬件电路实现通信协 议的相关功能，如电平转 换、信号驱动等。
总线负载的大小直接影响到总线的性能和稳定性，过大的负载可能会导致总线拥堵 和数据传输延迟。
在设计总线时需要考虑到总线的负载能力，并根据实际需求合理配置连接的设备和 设备数量。
04
总线的应用场景
计算机总线
计算机总线应用
计算机总线主要用于连接计算机 内部各个部件，如CPU、内存、 硬盘、显卡等，实现数据传输和
总线的功能
总线作为计算机内部ຫໍສະໝຸດ 部件之间的信 息交流通道，具有数据传输、地址识 别、控制操作等功能。
总线的分类
01
按照传输速率分类
可以分为高速总线和低速总线，高速总线如PCIe、USB 3.0等，低速总
线如USB 2.0、SATA等。
02
按照连接部件分类
可以分为内总线、外总线和系统总线。内总线连接CPU和内存等核心部
性能要求
控制总线需要具备高可靠性、快速响应、抗干扰能力强等特点，以 满足工业控制系统的稳定性和安全性需求。
常见类型
常见的控制总线类型包括CAN、Profibus、Modbus等。
05
总线的未来发展
总线技术的发展趋势
1 2
智能化
随着人工智能和物联网技术的快速发展，总线技 术将更加智能化，能够实现自适应调节、故障诊 断和预测性维护等功能。
和串行传输。
并行通信协议
同时传输多个数据位，常见于计算 机内部总线或某些高速数据传输场 合。
网络通信协议
按照一定的规则将数据分割成多个 数据包，通过网络进行传输，常见 的网络通信协议有TCP/IP、HTTP等 。
通信协议的实现方式
硬件实现
通过硬件电路实现通信协 议的相关功能，如电平转 换、信号驱动等。
总线负载的大小直接影响到总线的性能和稳定性，过大的负载可能会导致总线拥堵 和数据传输延迟。
在设计总线时需要考虑到总线的负载能力，并根据实际需求合理配置连接的设备和 设备数量。
04
总线的应用场景
计算机总线
计算机总线应用
计算机总线主要用于连接计算机 内部各个部件，如CPU、内存、 硬盘、显卡等，实现数据传输和
总线的功能
总线作为计算机内部ຫໍສະໝຸດ 部件之间的信 息交流通道，具有数据传输、地址识 别、控制操作等功能。
总线的分类
01
按照传输速率分类
可以分为高速总线和低速总线，高速总线如PCIe、USB 3.0等，低速总
线如USB 2.0、SATA等。
02
按照连接部件分类
可以分为内总线、外总线和系统总线。内总线连接CPU和内存等核心部
性能要求
控制总线需要具备高可靠性、快速响应、抗干扰能力强等特点，以 满足工业控制系统的稳定性和安全性需求。
常见类型
常见的控制总线类型包括CAN、Profibus、Modbus等。
05
总线的未来发展
总线技术的发展趋势
1 2
智能化
随着人工智能和物联网技术的快速发展，总线技 术将更加智能化，能够实现自适应调节、故障诊 断和预测性维护等功能。
和串行传输。
第7章总线及总线互连结构
2.并行传输. 并行总线的数据在数据总线上同时有多位数 据一起传送,每一位要有一根数据线,一次 传输多少位数据就需要有多少根数据线. 并行数据传输要比串行传输快得多,但需要 更多的传输线,成本高,一般用作近距离传 输线,如系统总线. 图7-3并行总线.
7.3总线的设计要素 尽管总线的设计有许多不同的实现方式,但 总线设计的基本要素和考察其性能指标都是 一样的.总线设计时主要考虑的基本要素包 括: 信号线类型:采用专用信号线还是复用信号 线; 仲裁方法:多个部件同时申请使用总线,决 定谁优先使用总线称总线仲裁.仲裁方法由 集中裁决和分散式裁决; 定时方式:采用同步通信还是异步通信方式;
3.控制总线 控制总线传输的信号是用来控制对数据总 线,地址总线或外设的访问和使用的,典 型的控制信号包括: 存储器写(Memory Write):将数据总线 上的数据写入被寻址的存储单元. 存储器读(Memory Read):将被寻址的 存储单元中的数据读到数据总线上.
I/O写(I/O Write)将数据总线上的数据写入 被寻址的I/O单元. I/O读(I/O Read):将被寻址的I/O单元中的 数据读到数据总线上. 总线请求(Bus Request):表示某个模块需 要获得总线控制权. 总线允许(Bus Grant): 表示发出请求的模 块已经被允许控制总线. 数据确认(Data ACK):表示数据已经被接 收,或已放到数据总线上.
中断请求(Interrupt Request):表示某个中 断源正在发出中断请求. 中断确认(Interrupt ACK):表示请求的中断 已经被识别. 时钟(Clock):用于同步操作. 复位(Reset): 初始化所有模块. 4.电源线与地线 用来提供计算机工作所需的各种电源.通常 有±5V;±12V和地线等. 通常说的三总线就是数据总线,地址总线和 控制总线的简称.
计算机总线课件
计算机总线课件计算机总线是指连接各种硬件设备之间的通信通路。
计算机系统中，总线通常包括地址总线、数据总线和控制总线三种类型的线路，它们共同组成了总线体系。
总线的主要作用是使得各种硬件设备能够互相通信，从而实现计算机系统的正常运行。
一、总线的组成1. 地址总线地址总线的作用是传递存储器地址信息和I/O地址信息。
地址总线的数量决定了计算机的寻址能力，例如一个有16根地址总线的计算机，可以寻址的存储器和设备地址数量为2的16次方，即64K。
2. 数据总线数据总线的作用是传输数据信息。
在计算机系统中，数据总线的宽度一般是8位、16位、32位或64位。
数据总线的宽度决定了计算机的数据传输速度和数据处理能力。
3. 控制总线控制总线的作用是控制计算机系统的各种操作。
控制总线可以分为地址控制总线、数据控制总线和处理器控制总线等。
它们可以控制存储器的读写、I/O设备的控制以及处理器的执行和中断等操作。
二、总线的分类总线可以根据它们所连接的设备进行分类，包括系统总线、扩展总线、I/O总线和存储器总线等。
1. 系统总线系统总线是连接计算机中主要硬件设备的总线，例如处理器、内存、主板等。
系统总线一般使用高速数据传输和读写存储器的能力进行通信。
2. 扩展总线扩展总线是连接计算机和外部设备的总线，例如键盘、鼠标、打印机等。
扩展总线的速率一般比系统总线慢，但是它们具有更加强大的控制能力。
3. I/O总线I/O总线是连接计算机和输入输出设备的总线，例如硬盘、光驱、显卡等。
这些设备的数据传输速度一般比系统总线和扩展总线快，而且它们一般使用特定的协议进行通信。
4. 存储器总线存储器总线是连接计算机系统内部各个存储设备的总线，例如内存、缓存等。
存储器总线的速度一般比系统总线和扩展总线快，但是它们具有较小的带宽。
三、总线协议总线协议是指计算机系统中各种总线的通信协议。
总线协议需要具有简易、快速、可靠等特性。
一般来说，总线协议具有地址阶段、数据阶段和终止阶段。
计算机组成原理课件—总线
输率可达528MB/s
总线接口
• 接口的典型功能：控制、缓冲、状态、转 换、整理、程序中断。
总线仲裁
• 总线仲裁：解决多个功能模块争用总线的 问题
• 总线仲裁：集中仲裁、分布式仲裁 • 集中仲裁：
– 菊花链电路仲裁 – 计数器方式仲裁 – 独立请求仲裁
典型总线标准
• PCI总线特征
– 与CPU无关 – 多层次 – 突发数据传送方式 – 集中仲裁 – 自适应工作模式 – 64位PCI总线，工作时钟提高到66MHz，数据传
第六章 总线
主要内容
• 总线基本概念 • 总线接口 • 总线仲裁 • 典型总线标准
总线基本概念
• 总线是构成计算机系统的互联机构，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。
• 总线分类：
– 内部总线 – 外部总线：系统总线、外部设备总线
• 其他：同步化 • 常见标准化总线
– PCI – IAS – EISA
• 总线特征：
– 机械特征 – 功能特征 – 时序特征 – 电气特征
• 总线技术指标
– ISA总线 (16位，带宽8MB/S) – EISA总线 (32位，带宽33.3MB/S) – VESA总线 (32位，带宽132MB/S) – PCI总线 (64位，带宽132MB/S)
总线接口
• 接口的典型功能：控制、缓冲、状态、转 换、整理、程序中断。
总线仲裁
• 总线仲裁：解决多个功能模块争用总线的 问题
• 总线仲裁：集中仲裁、分布式仲裁 • 集中仲裁：
– 菊花链电路仲裁 – 计数器方式仲裁 – 独立请求仲裁
典型总线标准
• PCI总线特征
– 与CPU无关 – 多层次 – 突发数据传送方式 – 集中仲裁 – 自适应工作模式 – 64位PCI总线，工作时钟提高到66MHz，数据传
第六章 总线
主要内容
• 总线基本概念 • 总线接口 • 总线仲裁 • 典型总线标准
总线基本概念
• 总线是构成计算机系统的互联机构，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。
• 总线分类：
– 内部总线 – 外部总线：系统总线、外部设备总线
• 其他：同步化 • 常见标准化总线
– PCI – IAS – EISA
• 总线特征：
– 机械特征 – 功能特征 – 时序特征 – 电气特征
• 总线技术指标
– ISA总线 (16位，带宽8MB/S) – EISA总线 (32位，带宽33.3MB/S) – VESA总线 (32位，带宽132MB/S) – PCI总线 (64位，带宽132MB/S)
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
20
三、SPI模式
CPHA=0时，SPI时序
2024/8/6
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。
计算机总线的知识点总结
计算机总线的知识点总结一、概念计算机总线是一种用于传输数据的物理通道，连接计算机各部件和外设的通信线路。
计算机总线的作用是将CPU、内存、输入输出设备等部件连接起来，实现数据的传输和交换。
在计算机系统中，总线是实现不同部件之间数据交换和传输的重要结构。
二、分类1. 按照传输能力分为：（1）数据总线：用于传输数据和地址信息，是计算机内各部件之间进行数据传输的通道。
（2）控制总线：用于传输控制信号，控制数据的传输和操作。
2. 按照功能分为：（1）地址总线：用于传输内存或I/O设备地址信息，决定数据存储或传输的位置。
（2）数据总线：用于传输二进制数据。
（3）控制总线：用于传输控制信号，控制数据的传输和操作。
3. 按照传输速度分为：（1） ISA总线：传输速度为8MHz。
（2） PCI总线：传输速度为33MHz。
（3） AGP总线：传输速度为266MHz。
三、作用1. 连接各种部件和外设：总线连接了CPU、内存、显卡、硬盘、光驱、网卡等计算机部件和外设。
2. 数据传输和交换：总线承载了计算机内各部件之间的数据传输和交换，例如CPU读写内存、显卡输出图像信号等。
3. 控制信号传输：总线传输了各种控制信号，控制数据的读写、传输和操作。
四、结构1. 内部总线：连接CPU、内存、显示控制器等内部部件。
2. 外部总线：连接输入输出设备、扩展卡、外部存储设备等外部设备。
五、总线标准1. ISA总线：Industry Standard Architecture，是IBM PC/AT计算机使用的一种总线标准，传输速度为8MHz。
2. PCI总线：Peripheral Component Interconnect，是一种计算机内部总线标准，传输速度为33MHz。
3. AGP总线：Accelerated Graphics Port，用于连接显卡的总线标准，传输速度为266MHz。
4. USB总线：Universal Serial Bus，是一种用于连接外部设备的总线标准，传输速度可达5Gbps。
第 7 章 总线技术
第 7 章
总线技术
2013-12-5
1
©2012 第8版
本章学习内容
• • • • 总线的组成与结构 总线的设计与实现 总线与计算机系统 常见的总线
2013-12-5
2
7.1
总线概述
• 总线作为计算机传送信息的通道，是连接 各个功能部件的纽带。 • 总线由多条通信线路（或线缆）组成。 • 计算机系统中通常包含许多不同种类的总 线，它们在不同层次上为计算机组件之间 提供通信通路。
• 总线定时方式是指为了协调总线上发生 的事件所采用的方法。 • 总线上发生的事件是指那些为了使用总 线传输信息，总线所作的各种必要的动 作。 • 总线定时的方法分为同步定时和异步定 时，由此总线又可分为同步总线和异步 总线。
2013-12-5 40
⑴ 同步总线
• 在同步总线中，总线上所有事件的发生， 都要由一个时钟脉冲序列来定时。 • 在同步定时方式下，总线中包含一条时 钟信号线 ，所有的总线事件都应在一个 时钟周期的开始时（即高电平有效时） 启动动作。
2013-12-5
25
7.3
总线的设计与实现
总线的设计要素
总线宽度： 地址线宽度 数据线宽度
数据传输类型： 读 写 读—修改—写 写后读 块传输（连续数据传输）
26
• 7.3.1
信号线类型： 专用信号线 复用信号线
总线仲裁的方法： 集中仲裁 分布仲裁 总线定时方法： 同步 异步
2013-12-5
1. 信号线类型
2013-12-5 38
• 固定优先级策略的优点
• 硬件实现简单。
• 固定优先级策略的缺点
• 当设备较多时，优先级低的设备就很难有机会 使用总线。
总线技术
2013-12-5
1
©2012 第8版
本章学习内容
• • • • 总线的组成与结构 总线的设计与实现 总线与计算机系统 常见的总线
2013-12-5
2
7.1
总线概述
• 总线作为计算机传送信息的通道，是连接 各个功能部件的纽带。 • 总线由多条通信线路（或线缆）组成。 • 计算机系统中通常包含许多不同种类的总 线，它们在不同层次上为计算机组件之间 提供通信通路。
• 总线定时方式是指为了协调总线上发生 的事件所采用的方法。 • 总线上发生的事件是指那些为了使用总 线传输信息，总线所作的各种必要的动 作。 • 总线定时的方法分为同步定时和异步定 时，由此总线又可分为同步总线和异步 总线。
2013-12-5 40
⑴ 同步总线
• 在同步总线中，总线上所有事件的发生， 都要由一个时钟脉冲序列来定时。 • 在同步定时方式下，总线中包含一条时 钟信号线 ，所有的总线事件都应在一个 时钟周期的开始时（即高电平有效时） 启动动作。
2013-12-5
25
7.3
总线的设计与实现
总线的设计要素
总线宽度： 地址线宽度 数据线宽度
数据传输类型： 读 写 读—修改—写 写后读 块传输（连续数据传输）
26
• 7.3.1
信号线类型： 专用信号线 复用信号线
总线仲裁的方法： 集中仲裁 分布仲裁 总线定时方法： 同步 异步
2013-12-5
1. 信号线类型
2013-12-5 38
• 固定优先级策略的优点
• 硬件实现简单。
• 固定优先级策略的缺点
• 当设备较多时，优先级低的设备就很难有机会 使用总线。
2019年第7章总线及总线互连结构.ppt
（2）、地址总线 ：
地址总线主要用来指出数据总线上源数据 或目的数据在主存储单元或I/O端口的地址。 地址总线为单向传输，其宽度一般为16位、24 位或32位。
二、总线的分类
（3）、控制总线 ： 控制总线是用来传输各种控制信号的传输
线。 对于任何一条控制信号线而言，信号传输
是单方向的，但对于控制总线总体而言，又可 以认为是双向的，即控制信号有出有入。
MB/s表示。例如总线工作频率为33MHz，总线 宽度为32位，则其最大传输速率为132MB/s。 3、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，
四、总线的性能指标
4、总线复用： 一个（或一组）物理线路，分时传输不同
的信号，称为总线的多路复用。 5、信号线数：
异步通信方式可分为不互锁、半互锁和全互 锁三种类型。 ⑴不互锁方式：
主模块发出请求信号后，不等待接到从模块 的回答信号，而是经过一段时间，确认从模块已 收到请求信号后，便撤消其请求信号；从设备接 到请求信号后，在条件允许时发出回答信号，并 且经过一段时间，确认主设备已收到回答信号后， 自动撤消回答信号。
二、总线的分类
存储器读（Memory Read）：从指定的主存单元 中读数据到数据总线上。 存储器写（Memory Write）：将数据总线上的数 据写到指定的主存单元中。 I/O读（I/O Read）：从指定的I/O端口中读数据 到数据总线上。 I/O写（I/O Write）：将数据总线上的数据写到 指定的I/O端口中。
从设备：指对总线不具备控制能力的设备， 它只能响应主设备发来的命令，不能主动向总 线发出命令或数据。
一、总线仲裁
总线仲裁:指总线控制器根据一定的优先 顺序，确定能够使用总线的主设备。
地址总线主要用来指出数据总线上源数据 或目的数据在主存储单元或I/O端口的地址。 地址总线为单向传输，其宽度一般为16位、24 位或32位。
二、总线的分类
（3）、控制总线 ： 控制总线是用来传输各种控制信号的传输
线。 对于任何一条控制信号线而言，信号传输
是单方向的，但对于控制总线总体而言，又可 以认为是双向的，即控制信号有出有入。
MB/s表示。例如总线工作频率为33MHz，总线 宽度为32位，则其最大传输速率为132MB/s。 3、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，
四、总线的性能指标
4、总线复用： 一个（或一组）物理线路，分时传输不同
的信号，称为总线的多路复用。 5、信号线数：
异步通信方式可分为不互锁、半互锁和全互 锁三种类型。 ⑴不互锁方式：
主模块发出请求信号后，不等待接到从模块 的回答信号，而是经过一段时间，确认从模块已 收到请求信号后，便撤消其请求信号；从设备接 到请求信号后，在条件允许时发出回答信号，并 且经过一段时间，确认主设备已收到回答信号后， 自动撤消回答信号。
二、总线的分类
存储器读（Memory Read）：从指定的主存单元 中读数据到数据总线上。 存储器写（Memory Write）：将数据总线上的数 据写到指定的主存单元中。 I/O读（I/O Read）：从指定的I/O端口中读数据 到数据总线上。 I/O写（I/O Write）：将数据总线上的数据写到 指定的I/O端口中。
从设备：指对总线不具备控制能力的设备， 它只能响应主设备发来的命令，不能主动向总 线发出命令或数据。
一、总线仲裁
总线仲裁:指总线控制器根据一定的优先 顺序，确定能够使用总线的主设备。
总线结构
行并－－串变换，这称为拆卸；而在接收部件又需要
进行串－－并变换，这称为装配。
串行传送的主要优点是只需要一条传输线，这一
点对长距离传输显得特别重要，不管传送的数据量有
多少，只需要一条传输线，成本比较低廉。
2.并行传送
总线系统
用并行方式传送二进制信息时，对每个数据位都 需要单独一条传输线。信息有多少二进制位组成，就 需要多少条传输线，从而使得二进制数“0”或“1”在 不同的线上同时进行传送。
6.2 总线接口
6.2.1 信息的传送方式 6.2.2 接口的基本概念
总线系统
6.2.1 信息的传送方式
总线系统
数字计算机使用二进制数，它们或用电位 的高、低来表示，或用脉冲的有、无来表示。
计算机系统中，传输信息采用三种方式： 串行传送、并行传送和分时传送。但是出于速 度和效率上的考虑，系统总线上传送的信息必
换 一定的是并行方式；
二是和外设的接口，适配器和外设的数据交换可 能是并行方式，也可能是串行方式。根据外围设备供 求串行数据或并行数据的方式不同，适配器分为串行 数据接口和并行数据接口两大类。
总线系统
6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式
6.3.1 总线的仲裁 6.3.2 总线的定时 6.3.3 总线的数据传送模式
总线系统
CPU总线、PCI总线、ISA总线通过两个“桥”芯 片连成整体。桥芯片在此起到了 信号速度缓冲、电平 转换和控制协议的转换作用。通过桥将两类不同的总 线“粘合”在一起的技术特别适合于系统的升级换代。 Pentium个人机总线系统中，有一个核心逻辑芯片组， 简称PCI芯片组，芯片。这个芯片组叫Intel430 系列、440系列，它们在系统中起着至关重要的作用。
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大部件的信息传输线。 这些部件通常安放在插件板上，故又称为
板级总线。 按系统传输信息的不同又可分为三类：数
据总线、地址总线和控制总线。
二、总线的分类
（1）、数据总线 ：
数据总线用来在各功能部件之间传输数据 信息，它是双向的传输总线。其位数与机器字 长、存储字长有关，一般为8位、16位或32位。 数据总线的条数称为数据总线的宽度。
（2）、地址总线 ：
地址总线主要用来指出数据总线上源数据 或目的数据在主存储单元或I/O端口的地址。 地址总线为单向传输，其宽度一般为16位、24 位或32位。
二、总线的分类
（3）、控制总线 ： 控制总线是用来传输各种控制信号的传输
线。 对于任何一条控制信号线而言，信号传输
是单方向的，但对于控制总线总体而言，又可 以认为是双向的，即控制信号有出有入。
即地址总线、数据总线和控制总线的信号 线之和。 6、总线控制方式：
如仲裁方式等。 7、其他指标：
如负载能力等
五、总线的数据传输方式
在计算机总线中，数据传输有两种基本方 式： 1、串行传输 2、并行传输。
五、总线的数据传输方式
1、串行传输： 数据在数据线上按位进行传输。 只需要一根数据线，线路的成本低，适合
特点：①控制方法简单，易于扩充；②对电 路故障敏感；③主设备的优先级别由BG的连接顺 序决定，不能改变。
一、总线仲裁
总 线
BS
控 BR
制
部
件
I/O接口
0
I/O接口 1
I/O接口 2
BG
数据线 地址线
链式查询方式 BS（BUS Busy）：总线忙 BR（BUS Reguest）：总线请求 BG（BUS Grant）：总线允许
请
请
求
求
回 答
⑴不互锁
回 答
⑶全互锁
请 求
回 答
⑵半互锁
ReadReq Address Data Ready Ack
二、总线通信的定时方式
1
2 2
3
4
6
7
45
6
异步通信（读操作）
二、总线通信的定时方式
3、半同步通信: 所有事件都由时钟定时，但信息的交换由就
绪和应答等信号控制的通信方式。 以读命令为例，若主设备在T1发出地址信号，
于远距离的数据传输。 键盘、鼠标，调制解调器等。 RS232、P1394、USB总线等。
五、总线的数据传输方式
并串转换：被传送的数据在发送部件中必 须进行并行数据到串行数据的转换。
串并转换：在接收部件中则需要将串行数 据转换成并行数据。
码元：携带数据信息的信号单元。 波特率（码元传输速率）：每秒钟通过信 道传输的码元数。 比特率（位传输速率）：每秒钟通过信道 传输的二进制位数，单位为位/秒（bps）。 比特率大于或等于波特率。
差分电平方式采用一对信号线来传输信号。 RS-232通讯接口采用单端方式传输，低电 平要低于-3V，表示逻辑“1”；高电平要高于 +3V，表示逻辑“0”。 RS-485、RS-422通讯接口采用差分电平方 式传输。
三、总线的特性
3、功能特性 ： 总线功能特性是指总线中每根传输线的功
能。 如地址线用来传输地址信息，数据线用来
一、总线仲裁
集中式仲裁有三种仲裁方式： 链式查询、计数器定时查询、独立请求方
式
一、总线仲裁
1、链式查询
当某个主设备需要使用总线时，通过总线请 求(BR)发出请求，总线控制器通过总线允许（BG） 响应，总线允许采用串联方式传递，即总线允许 传到某个设备时，若该设备无总线请求，则总线 允许信号往下传，若该设备请求总线使用权，则 封锁总线允许信号，不再往下传，从而获得总线 使用权,同时使总线忙（BS）有效。
入CPU的信号为输入信号。 地址线一般为输出信号，数据线为双向信
号，控制线的每一根都是单向的，有的为输出 信号，有的为输入信号。
三、总线的特性
总线的电平表示方式有两种：单端方式和 差分方式。
在单端电平方式中，用一条信号线和一条 公共接地线来传递信号。信号线中一般用高电 平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”。
BG0
一、总线仲裁
I/O接口0 I/O接口1 I/O接口2
独立请求方式 BR（BUS Reguest）：总线请求 BG（BUS Grant）：总线允许
数据线 地址线
二、总线通信的定时方式
总线通信的定时方式有四种：同步通信、 异步通信、半同步通信和分离式通信。
二、总线通信的定时方式
1、同步通信: 通信双方由统一时标控制数据传送。
五、总线的数据传输方式
2、并行传输： 并行总线的数据在数据线上同时有多位一
起传送，每一位要有一根数据线，因此有多根 数据线。
并行传输比串行传输速度要快得多，但需 要更多的传输线。
§7.2 总线控制
一、总线仲裁 二、总线通信的定时方式
一、总线仲裁
主设备：指对总线拥有控制权的设备，显 然主设备具备总线控制能力。
特点： ①规定明确、统一，模块间的配合简单一致。 ②主从模块配合属强制性“同步”，必须在限定 时间内完成规定的要求。 ③对所有模块都用同一限时，这就势必造成对各 不相同速度的部件而言，必须按最慢速度部件来 设计公共时钟，严重影响总线的工作效率，也给 设计带来了局限性，缺乏灵活性。 ④一般用于总线长度较短，各部件存取时间比较 一致的场合。
时钟 地址 读命令 数据
二、总线总线通传信输的周期定时方式
T1
T2
T3
T4
同步通信（读操作）
时钟 地址 数据 写命令
二、总线通信的定时方式
总线传输周期
T1
T2
T3
T4
同步通信（写操作）
二、总线通信的定时方式
2、异步通信: 采用应答方式，即当主模块发出请求信号时，
一直等待从模块反馈回来“响应”信号后，才开 始通信。
单总线结构框图
中央处理器 CPU
一、分散连I接/O与总线总线连接
M 总
I/O接口
I/O接口 … I/O接口
线
主存储器 M.M
外部设备1
外部设备2 … 外部设备n
面向CPU的双总线结构框图
一、分系散统连总接线 与总线连接
中央
主存
处理 存储总线 储器
器
M.M
CPU
I/O接口
外部 设备1
I/O接口 … I/O接口
第7章 总线及总线互连结构
§7.1 总线的基本概念 §7.2 总线控制 §7.3 总线接口单元 §7.4 总线标准 §7.5 总线结构
§7.1 总线的基本概念
一、分散连接与总线连接 二、总线的分类 三、总线的特性 四、总线的性能指标 五、总线的数据传输方式
一、分散连接与总线连接
计算机五大部件之间的互连方式有两种： 分散式连接：各部件之间通过单独的连线
二、总线的分类
存储器读（Memory Read）：从指定的主存单元 中读数据到数据总线上。 存储器写（Memory Write）：将数据总线上的数 据写到指定的主存单元中。 I/O读（I/O Read）：从指定的I/O端口中读数据 到数据总线上。 I/O写（I/O Write）：将数据总线上的数据写到 指定的I/O端口中。
制 部
BR
件
I/O接口0 I/O接口1 I/O接口2
数据线 地址线 设备地址
计数器定时查询方式 BS（BUS Busy）：总线忙 BR（BUS Reguest）：总线请求
一、总线仲裁
特点： ①计数器是循环的，故主设备的优先级相等; ②计数器可以预置为某个值，故可以改变主
设备的优先顺序； ③对电路故障不如链式查询敏感,但需要增
加主控制线（设备地址）数。
一、总线仲裁
3、独立请求方式： 每个主设备均有一对独立的BRi和BGi控制线，
在总线控制器内部有一个排队电路，根据优先次 序确定响应哪一个设备。
特点：①响应速度快，优先次序控制灵活； ②控制线数量多，总线控制复杂。
总 线 BR2 控 BG2 制 BR1 部 BG1 件 BR0
控制总线还可以起到监视各部件状态的作 用，例如查询某个设备是否处于“忙”或“闲” 的状态。
二、总线的分类
常见的控制信号有： 时钟（Clock）：用于总线同步。 复位（Reset）：初始化所有设备。 总线请求（Bus Request）：表明发出该请求信 号的设备要使用总线。 总线允许（Bus Grant）：表明接收到该允许信 号的设备可以使用总线。 中断请求（Interrupt Request）：表明某个中 断正在请求。 中断确认 （Interrupt Request）：表明某个 中断请求已被接受。
1、物理特性 2、电气特性 3、功能特性 4、时间特性
三、总线的特性
1、物理特性： 总线的物理特性是指总线在机械物理连接
上的特性。 包括：连线类型、数量、接插件的几何尺
寸和形状以及引脚线的排列等。
三、总线的特性
2、电气特性： 总线的电气特性是指总线的每一条信号线
的信号传递方向、信号的有效电平范围。 通常规定由CPU发出的信号为输出信号，送
二、总线的分类
3、通信总线 ：
通信总线主要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） 之间的通信。
通信总线由于涉及到通信距离、传输速度、 工作方式、外部工作环境等许多方面的因素， 因此差别极大，总类也特别多，但按传输方式 基本上可以分为并行传输和串行传输两种。
三、总线的特性
T2发出读命令后，若从设备无法在T3时刻提供数 据，则必须在进入T3时刻前通知主设备，使主设 备进入等待状态，如从设备可使WAIT信号有效， 主设备在进入T3前检测到WAIT有效后插入等待周 期，直到WAIT无效为止。
板级总线。 按系统传输信息的不同又可分为三类：数
据总线、地址总线和控制总线。
二、总线的分类
（1）、数据总线 ：
数据总线用来在各功能部件之间传输数据 信息，它是双向的传输总线。其位数与机器字 长、存储字长有关，一般为8位、16位或32位。 数据总线的条数称为数据总线的宽度。
（2）、地址总线 ：
地址总线主要用来指出数据总线上源数据 或目的数据在主存储单元或I/O端口的地址。 地址总线为单向传输，其宽度一般为16位、24 位或32位。
二、总线的分类
（3）、控制总线 ： 控制总线是用来传输各种控制信号的传输
线。 对于任何一条控制信号线而言，信号传输
是单方向的，但对于控制总线总体而言，又可 以认为是双向的，即控制信号有出有入。
即地址总线、数据总线和控制总线的信号 线之和。 6、总线控制方式：
如仲裁方式等。 7、其他指标：
如负载能力等
五、总线的数据传输方式
在计算机总线中，数据传输有两种基本方 式： 1、串行传输 2、并行传输。
五、总线的数据传输方式
1、串行传输： 数据在数据线上按位进行传输。 只需要一根数据线，线路的成本低，适合
特点：①控制方法简单，易于扩充；②对电 路故障敏感；③主设备的优先级别由BG的连接顺 序决定，不能改变。
一、总线仲裁
总 线
BS
控 BR
制
部
件
I/O接口
0
I/O接口 1
I/O接口 2
BG
数据线 地址线
链式查询方式 BS（BUS Busy）：总线忙 BR（BUS Reguest）：总线请求 BG（BUS Grant）：总线允许
请
请
求
求
回 答
⑴不互锁
回 答
⑶全互锁
请 求
回 答
⑵半互锁
ReadReq Address Data Ready Ack
二、总线通信的定时方式
1
2 2
3
4
6
7
45
6
异步通信（读操作）
二、总线通信的定时方式
3、半同步通信: 所有事件都由时钟定时，但信息的交换由就
绪和应答等信号控制的通信方式。 以读命令为例，若主设备在T1发出地址信号，
于远距离的数据传输。 键盘、鼠标，调制解调器等。 RS232、P1394、USB总线等。
五、总线的数据传输方式
并串转换：被传送的数据在发送部件中必 须进行并行数据到串行数据的转换。
串并转换：在接收部件中则需要将串行数 据转换成并行数据。
码元：携带数据信息的信号单元。 波特率（码元传输速率）：每秒钟通过信 道传输的码元数。 比特率（位传输速率）：每秒钟通过信道 传输的二进制位数，单位为位/秒（bps）。 比特率大于或等于波特率。
差分电平方式采用一对信号线来传输信号。 RS-232通讯接口采用单端方式传输，低电 平要低于-3V，表示逻辑“1”；高电平要高于 +3V，表示逻辑“0”。 RS-485、RS-422通讯接口采用差分电平方 式传输。
三、总线的特性
3、功能特性 ： 总线功能特性是指总线中每根传输线的功
能。 如地址线用来传输地址信息，数据线用来
一、总线仲裁
集中式仲裁有三种仲裁方式： 链式查询、计数器定时查询、独立请求方
式
一、总线仲裁
1、链式查询
当某个主设备需要使用总线时，通过总线请 求(BR)发出请求，总线控制器通过总线允许（BG） 响应，总线允许采用串联方式传递，即总线允许 传到某个设备时，若该设备无总线请求，则总线 允许信号往下传，若该设备请求总线使用权，则 封锁总线允许信号，不再往下传，从而获得总线 使用权,同时使总线忙（BS）有效。
入CPU的信号为输入信号。 地址线一般为输出信号，数据线为双向信
号，控制线的每一根都是单向的，有的为输出 信号，有的为输入信号。
三、总线的特性
总线的电平表示方式有两种：单端方式和 差分方式。
在单端电平方式中，用一条信号线和一条 公共接地线来传递信号。信号线中一般用高电 平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”。
BG0
一、总线仲裁
I/O接口0 I/O接口1 I/O接口2
独立请求方式 BR（BUS Reguest）：总线请求 BG（BUS Grant）：总线允许
数据线 地址线
二、总线通信的定时方式
总线通信的定时方式有四种：同步通信、 异步通信、半同步通信和分离式通信。
二、总线通信的定时方式
1、同步通信: 通信双方由统一时标控制数据传送。
五、总线的数据传输方式
2、并行传输： 并行总线的数据在数据线上同时有多位一
起传送，每一位要有一根数据线，因此有多根 数据线。
并行传输比串行传输速度要快得多，但需 要更多的传输线。
§7.2 总线控制
一、总线仲裁 二、总线通信的定时方式
一、总线仲裁
主设备：指对总线拥有控制权的设备，显 然主设备具备总线控制能力。
特点： ①规定明确、统一，模块间的配合简单一致。 ②主从模块配合属强制性“同步”，必须在限定 时间内完成规定的要求。 ③对所有模块都用同一限时，这就势必造成对各 不相同速度的部件而言，必须按最慢速度部件来 设计公共时钟，严重影响总线的工作效率，也给 设计带来了局限性，缺乏灵活性。 ④一般用于总线长度较短，各部件存取时间比较 一致的场合。
时钟 地址 读命令 数据
二、总线总线通传信输的周期定时方式
T1
T2
T3
T4
同步通信（读操作）
时钟 地址 数据 写命令
二、总线通信的定时方式
总线传输周期
T1
T2
T3
T4
同步通信（写操作）
二、总线通信的定时方式
2、异步通信: 采用应答方式，即当主模块发出请求信号时，
一直等待从模块反馈回来“响应”信号后，才开 始通信。
单总线结构框图
中央处理器 CPU
一、分散连I接/O与总线总线连接
M 总
I/O接口
I/O接口 … I/O接口
线
主存储器 M.M
外部设备1
外部设备2 … 外部设备n
面向CPU的双总线结构框图
一、分系散统连总接线 与总线连接
中央
主存
处理 存储总线 储器
器
M.M
CPU
I/O接口
外部 设备1
I/O接口 … I/O接口
第7章 总线及总线互连结构
§7.1 总线的基本概念 §7.2 总线控制 §7.3 总线接口单元 §7.4 总线标准 §7.5 总线结构
§7.1 总线的基本概念
一、分散连接与总线连接 二、总线的分类 三、总线的特性 四、总线的性能指标 五、总线的数据传输方式
一、分散连接与总线连接
计算机五大部件之间的互连方式有两种： 分散式连接：各部件之间通过单独的连线
二、总线的分类
存储器读（Memory Read）：从指定的主存单元 中读数据到数据总线上。 存储器写（Memory Write）：将数据总线上的数 据写到指定的主存单元中。 I/O读（I/O Read）：从指定的I/O端口中读数据 到数据总线上。 I/O写（I/O Write）：将数据总线上的数据写到 指定的I/O端口中。
制 部
BR
件
I/O接口0 I/O接口1 I/O接口2
数据线 地址线 设备地址
计数器定时查询方式 BS（BUS Busy）：总线忙 BR（BUS Reguest）：总线请求
一、总线仲裁
特点： ①计数器是循环的，故主设备的优先级相等; ②计数器可以预置为某个值，故可以改变主
设备的优先顺序； ③对电路故障不如链式查询敏感,但需要增
加主控制线（设备地址）数。
一、总线仲裁
3、独立请求方式： 每个主设备均有一对独立的BRi和BGi控制线，
在总线控制器内部有一个排队电路，根据优先次 序确定响应哪一个设备。
特点：①响应速度快，优先次序控制灵活； ②控制线数量多，总线控制复杂。
总 线 BR2 控 BG2 制 BR1 部 BG1 件 BR0
控制总线还可以起到监视各部件状态的作 用，例如查询某个设备是否处于“忙”或“闲” 的状态。
二、总线的分类
常见的控制信号有： 时钟（Clock）：用于总线同步。 复位（Reset）：初始化所有设备。 总线请求（Bus Request）：表明发出该请求信 号的设备要使用总线。 总线允许（Bus Grant）：表明接收到该允许信 号的设备可以使用总线。 中断请求（Interrupt Request）：表明某个中 断正在请求。 中断确认 （Interrupt Request）：表明某个 中断请求已被接受。
1、物理特性 2、电气特性 3、功能特性 4、时间特性
三、总线的特性
1、物理特性： 总线的物理特性是指总线在机械物理连接
上的特性。 包括：连线类型、数量、接插件的几何尺
寸和形状以及引脚线的排列等。
三、总线的特性
2、电气特性： 总线的电气特性是指总线的每一条信号线
的信号传递方向、信号的有效电平范围。 通常规定由CPU发出的信号为输出信号，送
二、总线的分类
3、通信总线 ：
通信总线主要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） 之间的通信。
通信总线由于涉及到通信距离、传输速度、 工作方式、外部工作环境等许多方面的因素， 因此差别极大，总类也特别多，但按传输方式 基本上可以分为并行传输和串行传输两种。
三、总线的特性
T2发出读命令后，若从设备无法在T3时刻提供数 据，则必须在进入T3时刻前通知主设备，使主设 备进入等待状态，如从设备可使WAIT信号有效， 主设备在进入T3前检测到WAIT有效后插入等待周 期，直到WAIT无效为止。