第3章系统总线2014

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系统总线


外部总线


其他

总线的结构

系统各部件与总线的连接方式
单总线结构 双总线结构 多总线结构
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单总线结构
M M
CPU
I/O

I/O
I/O
缺点：高速的存储器与低速的I/O接口竞争总线，影 响了存储器的读写速度
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双总线结构

面向CPU的双总线结构
M
CPU
I/O

I/O
I/O
8
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五、USB总线

USB概况 主机与外设的通用接口，可用于不同的设备 串行、打包传送

2根数据线＋电源＋地线
1.1（12Mb/s），2.0（480Mb/s）

两个版本：



设备连线最长5米 即插即用
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USB总线的优点

易于使用 即插即用，可热插拔；

WindowsNT/2000/XP/2003下不需安装驱动程序； 5V，500mA 主板上提供2－6个USB接口，通过集线器最多可支持127 个外设 4芯电缆（＋D、-D、+5V、GND）
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§2.3.3常用系统总线及外部总线

常用系统总线标准 ISA（工业标准体系总线）


PCI（外围部件互连总线）

Industry Standard Architecture Peripheral Component Interconnect

常用系统接口标准 AGP（加速图形接口）


多个设备都要使用总线时，决定由哪个设备使 用总线的方法。

内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的
总线 系统总线：CPU同计算机系统的其他具有高速传输功 能的部件 I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线

多处理器系统中，还要有通信总线。
总线特性


机械特性：机械特性是指总线在机械连接方式上 的一些性能，保证机械上的可靠连接 电气特性：电气特性是指总线的每一根传输线上 信号的传递方向和有效的电平范围，确保电气上 正确连接。 功能特性：功能特性是指总线中每根传输线的功 能。 时间特性：时间特性是指总线中的任一条线在什 么时间内有效。
总线内部结构
数据总线：系统模块间传输数据的路径 地址总线：指定数据总线上数据的来源和 去向 控制总线：控制对数据地址线的访问和使 用

总线性能指标
总线宽度 标准传输率 时钟同步/异步 总线复用 总线控制方式 其他指标

总线标准
所谓总线标准，可视为系统与各模块、模 块与模块之间的一个互连的标准界面。 对标准总线的要求：
指令 C PU
地址
数据
控制信号
中断信号
数据
现代计算机系统的互连结构
早期使用分散连接，即部件之间使用单独 的连线，连线复杂，影响了CPU的效率 目前，最普遍的互连结构是总线和各种多 总线结构（包括层次式总线） 在现代计算机系统中，互连结构已成为决 定计算机性能的重要因素之一

总线的基本概念

PCI总线标准3.0


PCI Express总线标准2.1

总线（Bus）：是连接两个或多个设备的公 共通信通路。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。 总线的关键特征是共享传输媒质。 连接到总线上的功能模块有主动和被动两 种形态，其中主方可以启动一个总线周期， 而从方只能响应主方请求。

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。

（2）只读存储器(Read only Memory，简称ROM) CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不
会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。 （3）互补金属氧化物半导体（简称CMOS）
用来存储计算机系统每次开机时所需重要信息。
内存
存储系统的结构
三级存储系统结构图:
C
Cache
输
出
数据流
设
备
控制流
计算机硬件组成
输出设备
主机 外设
外存设备
计算机硬件包括主机和外设
输入设备 网络设备
计算机硬件组成
CPU
主
机
主板
微
机
内存
硬
件
外存储器
外
部
输入设备
设
备
输出设备
网络设备
控制器 运算器
存储器
3.2 系统单元
系统主板
又称母板或底板,它是整个计算机系统的通 信网络。系统单元的每个元器件都是通过系统主 板与系统单元进行通信。主板是整个计算机内部 结构的基础，CPU、内存、各种接口卡和外部设 备都靠主板来协调工作。如果主板性能不好，与 其相连接部件的性能就不能充分发挥出来。
主板是机箱中最大也是最重要的一块电路板，电 脑中的芯片（CPU）、内存、显示卡、声卡等配 件都是通过插槽安装在主板上的。
主板的性能指标
（1）支持CPU的类型与频率范围 （2）对内存的支持 （3）对显示卡的支持 （4）对硬盘与光驱的支持 （5）扩展性能与外围接口 （6）BIOS技术
微处理器
在微机中CPU（中央处理器）被称为 微处理器（MPU）
基本组成：控制单元、算术逻辑单元 (控制器和运算器)