1、計算機系統(tǒng)總線的組成及其特點總線系統(tǒng)·計算機系統(tǒng)總線的類型;·信息的傳送方式;·接口的基本功能及分類;·總線的控制和通信基本概念:1.總線總線是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互連機構(gòu),是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接,計算機在各系統(tǒng)功能部件之間實現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換,并在爭用資源的基礎(chǔ)上進行工作。2.總線特性總線特性包括:物理特性:描述總線的物理連接方式(電纜式、主板式、背板式;功能特性:描述總線中每一根線的功能;電氣特性:定義每一根線上信號的傳遞方向、傳遞方式(單端方式或差分方式等,以及有效電平范圍;時間特性:定義了總線上各信號的

2、時序關(guān)系。3.總線標準化為了使不同廠家生產(chǎn)的相同功能部件可以互換使用,就需要進行系統(tǒng)總線的標準化工作,總線的標準化有利于系統(tǒng)的可擴展性。標準化工作一般由國際標準化組織負責(zé)進行定義或推薦,從總線特性上進行規(guī)范,標準化總線種類繁多,例:ISA總線、PCI總線、Futurebus+總線等。4. 總線帶寬總線帶寬是衡量總線性能的重要指標,定義了總線本身所能達到的最高傳輸速率(但實際帶寬會受到限制,單位:兆字節(jié)每秒(MB/s。5.接口接口是連接兩個部件的邏輯電路,適配器就是一種典型的接口。計算機接口的主要功能是:實現(xiàn)高速CPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步,并完成計算機與和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和

3、控制。接口的作用可歸納為:(1實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖,使主機與外設(shè)在工作速度上達到匹配;(2實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換;(3提供外設(shè)和接口的狀態(tài);(4實現(xiàn)主機與外設(shè)之間的通訊聯(lián)絡(luò)控制。6.設(shè)置接口的必要性由于I/O設(shè)備在結(jié)構(gòu)和工作原理上與主機有很大的差異,主要為:(1傳送速度的匹配問題;(2時序的配合問題;(3信息表示格式上的一致性問題;(4信息類型及信號電平匹配問題。為了協(xié)調(diào)這些差異,需加入接口電路,接口在這里起一個轉(zhuǎn)換器的作用。7.接口的典型功能接口通常具有:控制、緩沖、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、整理、程序中斷功能。8.設(shè)備編址方法統(tǒng)一編址:將I/O設(shè)備與內(nèi)存統(tǒng)一編址,占有同一個地址空間。以地址區(qū)分訪問外設(shè)或存儲器,不需

4、專門的I/O指令。但占有了一部分內(nèi)存空間。單獨編址:將I/O設(shè)備與內(nèi)存單獨變址,分別占有兩個不同的地址空間。由執(zhí)行不同的指令區(qū)分訪問內(nèi)存或外設(shè),所以需I/O指令。9.并行傳送并行傳送每傳送一位數(shù)據(jù)需要一條傳輸線,一般采用電位傳送方式進行數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)采用并行傳送方式時,主機與接口、接口與外設(shè)之間,都是以一個字或一個字節(jié)的各位同時進行處理的方式完成信息傳遞工作的,即每次傳送一個字或一個字節(jié)的全部代碼。10.串行傳送串行傳送即使用一條傳輸線,采用脈沖傳送方式進行數(shù)據(jù)傳送。串行接口中必須設(shè)置具有移位功能的數(shù)據(jù)緩沖寄存器,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的串-并轉(zhuǎn)換。當(dāng)采用串行傳送方式時,接口與I/O設(shè)備之間通過一根數(shù)據(jù)

5、傳輸線按位依次傳送數(shù)據(jù),而接口主機之間仍按照并行的方式實行數(shù)據(jù)傳遞。串行傳送的主要優(yōu)點是只需要一條傳輸線,這對長距離傳輸降低成本尤為重要。缺點就是傳送速度慢。11.分時傳送分時傳送即指總線復(fù)用或是共享總線的部件分時使用總線。12. 波特率波特是信號傳輸速度的單位,波特率等于每秒內(nèi)線路狀態(tài)的改變次數(shù)。標準波特率有: 1200、2400、4800、9600、19200等,1200波特率即指信號能在1秒鐘內(nèi)改變1200次值。二進制系統(tǒng)中,信息的最小單位是比特,僅當(dāng)每個信號元素代表一比特信息時,波特率才等于比特率。13.總線仲裁當(dāng)多個主設(shè)備同時爭用總線控制權(quán)時,由總線仲裁部件以優(yōu)先權(quán)或公平策略進行仲裁

6、,授權(quán)于其中的一個主設(shè)備總線的控制權(quán)。仲裁方式:(1集中式仲裁方式:鏈式查詢方式;計數(shù)器定時查詢方式;獨立請求方式;(2分布式仲裁方式。14.總線定時總線的一次信息傳送過程分為五個階段:請求總線、總線仲裁、尋址目的地址、信息傳送、狀態(tài)返回。為同步主方、從方的操作,必須制定定時協(xié)議。定時方式:(1同步定時:事件出現(xiàn)在總線上的時刻由總線時鐘信號來確定;(2異步定時:采用應(yīng)答方式進行總線傳輸控制。15.總線數(shù)據(jù)傳送模式大多支持四類數(shù)傳模式:(1讀、寫操作:讀操作,即從方到主方的數(shù)據(jù)傳送;寫操作,即主方到從方的數(shù)據(jù)傳送;(2塊傳送操作:即猝發(fā)式傳送,只需給出塊的起始地址,然后對固定長度的數(shù)據(jù)一個接一個

7、地讀出或?qū)懭?(3寫后讀、讀修改寫操作:只給出一次地址,連續(xù)進行操作。前者用于校驗;后者用于多道程序系統(tǒng)中對共享存儲資源的保護;(4廣播、廣集操作:廣播,即一個主方對多個從方進行寫操作;廣集,即與廣播相反的操作?？偩€的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)總線的基本概念1.概念·總線·總線特性·總線標準化·總線帶寬2.總線類型總線是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互聯(lián)機構(gòu),是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路?？偩€可分以下類型:內(nèi)部總線:CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算器部件之間的總線;系統(tǒng)總線:即外部總線,CPU和計算機系統(tǒng)中其他高速功能部件相互連接的總線;I/O總線:連接中低速I/O設(shè)

8、備的總線;通信總線:多個計算機之間相互連接的通信線路?？偩€的連接方式總線的連接方式對計算機系統(tǒng)性能起著十分重要的作用。單機系統(tǒng)中總線結(jié)構(gòu)的基本類型:·單總線:使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備,各部件分時使用總線交換信息,要求各部件高速運行。優(yōu)點:簡單,易于擴充;缺點:總線共用,易阻塞。·雙總線:在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲總線。優(yōu)點:既保持了單總線的優(yōu)點,又使CPU能夠通過專用總線與存儲器高速交換信息;缺點:增加了一定的硬件代價。·三總線:在雙總線的基礎(chǔ)上增加了I/O總線優(yōu)點:合理發(fā)揮各總線作用;缺點:增加了硬件代價。·

9、多總線:如下圖所示,將速度相近的部件與設(shè)備連于同一類性能的總線,充分發(fā)揮總線效能?？傮w上提高了系統(tǒng)性能。·CPU Bus:連接CPU和存儲器的高速總線,減輕系統(tǒng)總線的負擔(dān);·PCI Bus:用于連接高速的I/O設(shè)備;·Expansion Bus:ISA/EISA/MCA總線,連接中、低速I/O設(shè)備;·Bridge: 各總線通過"橋"芯片連成總體。·Bridge/Memory Controlle-北橋·Expansion Bus Bridge-南橋I/O設(shè)備必須通過接口連于總線(總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)接口接口也稱適配器

10、,以實現(xiàn)高速CPU與低速外設(shè)之間,工作速度上的匹配和同步,并完成計算機與和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。接口的作用可歸納為:(1實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖,使主機與外設(shè)在工作速度上達到匹配;(2實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換;(3提供外設(shè)和接口的狀態(tài);(4實現(xiàn)主機與外設(shè)之間的通訊聯(lián)絡(luò)控制。設(shè)置接口的必要性由于I/O設(shè)備在結(jié)構(gòu)和工作原理上與主機有很大的差異,主要為:(1傳送速度的匹配問題;(2時序的配合問題;(3信息表示格式上的一致性問題;(4信息類型及信號電平匹配問題?？偩€結(jié)構(gòu)對計算機系統(tǒng)性能的影響·對最大存儲容量和指令系統(tǒng)的主要影響體現(xiàn)在主存與外設(shè)的編址方式上。·對吞吐量的影響主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的傳輸方式上?？偩€的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Pentium機總線結(jié)構(gòu)1.Pentium機采用多總線結(jié)構(gòu),總線分為三層:CPU總線、PCI總線和ISA總線。(1CPU總線:·連接CPU和存儲器·總線時鐘頻率為為 66.6MHz； （2）PCI 總線： ·連接高速 I/O 設(shè)備 ·總線時鐘頻率為 33.3MHz，帶寬 132MB/s（32 位） 、264MB/s（64 位） ·總線采用集中式仲裁方式，有專用的 PCI 總線仲裁器； （3）ISA 總線： ·連接低速的 I/O 設(shè)備 ·支持 7 級 DMA