第三章系統(tǒng)總線3.1總線的基本概念3.2總線的分類3.3總線特性及性能指標3.4總線結構3.5總線控制教學目標：了解總線的基本概念及其分類，了解計算機的結構從分散連接發(fā)展成總線連接的原因、方式及各種總線標準。重點：總線的基本概念；如何克服總線的瓶頸；如何對總線進行管理（判優(yōu)控制和通信控制）。難點：總線的通信控制。3.1總線的基本概念一、為什么要用總線二、什么是總線三、總線上信息的傳送總線是連接各個部件的信息傳輸線是各個部件共享的傳輸介質串行并行四、總線結構計算機舉例1.面向CPU的雙總線結構框圖中央處理器CPUI/O總線M總線3.1主存儲器

M.MI/O接口

外部設備1

外部設備2……I/O接口I/O接口

外部設備n單總線（系統(tǒng)總線）2.單總線結構框圖CPUM.MI/O接口

外部設備1

外部設備2I/O接口…

外部設備nI/O接口…3.13.以存儲器為中心的雙總線結構框圖系統(tǒng)總線M.MCPUI/O接口

外部設備1…

外部設備nI/O接口…存儲總線3.13.2總線的分類1.片內(nèi)總線2.系統(tǒng)總線芯片內(nèi)部的總線數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線雙向與機器字長、存儲字長有關單向與存儲地址、I/O地址有關有出有入計算機各部件之間的信息傳輸線存儲器讀、存儲器寫總線允許、中斷確認中斷請求、總線請求3.通信總線串行通信總線并行通信總線傳輸方式3.2用于計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信3.3總線特性及性能指標CPU插件板M.M插件板I/O插件板一、總線物理實現(xiàn)BUS1.機械特性2.電氣特性3.功能特性4.時間特性二、總線特性尺寸形狀傳輸方向和有效的電平范圍每根傳輸線的功能信號的時序關系3.3地址數(shù)據(jù)控制三、總線的性能指標1.總線寬度2.標準傳輸率3.時鐘同步/異步4.總線復用5.信號線數(shù)6.總線控制方式7.其他指標數(shù)據(jù)線的根數(shù)每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MB／s）同步、不同步地址線與數(shù)據(jù)線復用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的總和負載能力并發(fā)、自動、仲裁、邏輯、計數(shù)3.3ISAEISAVL-BUSPCI模塊系統(tǒng)總線標準四、總線標準系統(tǒng)模塊3.3標準界面ISA

工業(yè)標準結構EISA增強型工業(yè)標準結構的總線VESA視頻電子工業(yè)協(xié)會提出的局部總線，簡稱VL總線PCI

外圍部件互連總線PCIExpress

AGP

加速圖形接口RS-232C推薦串行通信總線標準USB通用串行總線，串行接口總線標準SCSI小型計算機接口IEEE1394一種串行接口標準3.4總線結構一、單總線結構單總線（系統(tǒng)總線）CPUM.MI/O接口

外部設備1

外部設備2I/O接口…

外部設備nI/O接口…1.雙總線結構具有特殊功能的處理器由通道對I/O統(tǒng)一管理通道I/O接口設備n

……I/O接口設備0

CPU主存主存總線I/O總線二、多總線結構3.42.三總線結構主存總線DMA總線I/O總線CPU

主存設備1設備n高速外設I/O接口I/O接口I/O接口……3.43.三總線結構的又一形式3.4局域網(wǎng)系統(tǒng)總線CPUCache局部總線擴展總線接口擴展總線Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存4.四總線結構主存擴展總線接口局域網(wǎng)SCSI多媒體CPU調制解調器串行接口FAX系統(tǒng)總線局部總線高速總線擴展總線圖形Cache/橋3.41.傳統(tǒng)微型機總線結構三、總線結構舉例存儲器SCSIII控制器主存控制器ISAEISA8MHz16位數(shù)據(jù)通路標準總線控制器33MHz32位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線調制解調器多媒體高速局域網(wǎng)高性能圖形CPU…3.42.VL-BUS局部總線結構33MHz的32位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線ISAEISA多媒體高速局域網(wǎng)高性能圖形調制解調器圖文傳真8MHz的16位數(shù)據(jù)通路標準總線控制器CPU主存控制器存儲器局部總線控制器

SCSIⅡ控制器VLBUS……3.43.PCI總線結構CPU多媒體PCI橋高速局域網(wǎng)高性能圖形調制解調器圖文傳真PCI總線系統(tǒng)總線33MHz的32位數(shù)據(jù)通路8MHz的16位數(shù)據(jù)通路ISAEISA標準總線控制器SCSIⅡ

控制器存儲器3.44.多層PCI總線結構PCI總線2存儲器橋0橋4PCI設備橋5總線橋橋3橋1設備橋2第一級橋第二級橋第三級橋PCI總線4PCI總線5PCI總線3PCI總線1PCI總線0存儲器總線

標準總線CPU3.43.5總線控制一、總線判優(yōu)控制總線判優(yōu)控制分布式集中式主設備(模塊)對總線有控制權從設備(模塊)響應從主設備發(fā)來的總線命令1.基本概念鏈式查詢計數(shù)器定時查詢獨立請求方式2.鏈式查詢方式總線控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG數(shù)據(jù)線地址線BS

-總線忙BR-總線請求BG-總線同意3.5I/O接口10BS

-總線忙BR-總線請求總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n設備地址3.計數(shù)器定時查詢方式I/O接口13.5計數(shù)器設備地址1排隊器排隊器4.獨立請求方式總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-總線同意BR-總線請求3.5二、總線通信控制1.目的2.總線傳輸周期主模塊申請，總線仲裁決定主模塊向從模塊給出地址和命令主模塊和從模塊交換數(shù)據(jù)主模塊撤銷有關信息申請分配階段尋址階段傳數(shù)階段結束階段解決通信雙方協(xié)調配合問題3.5由統(tǒng)一時標控制數(shù)據(jù)傳送充分挖掘系統(tǒng)總線每瞬間的潛力同步通信異步通信

半同步通信

分離式通信

3.總線通信的四種方式采用應答方式，沒有公共時鐘標準同步、異步結合3.5(1)同步式數(shù)據(jù)輸入T1總線傳輸周期T2T3T4

時鐘

地址

讀命令數(shù)據(jù)3.5(2)同步式數(shù)據(jù)輸出T1總線傳輸周期T2T3T4

時鐘

地址

寫命令數(shù)據(jù)3.5不互鎖半互鎖全互鎖(3)異步通信3.5主設備從設備請求回答(4)半同步通信同步發(fā)送方用系統(tǒng)時鐘前沿發(fā)信號

接收方用系統(tǒng)時鐘后沿判斷、識別3.5（同步、異步結合）異步允許不同速度的模塊和諧工作

增加一條“等待”響應信號

WAIT以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時序T1主模塊發(fā)地址T2主模塊發(fā)命令…T3從模塊提供數(shù)據(jù)T4從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令Tw

當為低電平時，等待一個TWAITTw

當為低電平時，等待一個TWAIT3.5上述三種通信的共同點一個總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例）主模塊發(fā)地址、命令從模塊準備數(shù)據(jù)從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)總線空閑3.5占用總線不占用總線占用總線(5)分離式通信充分挖掘系統(tǒng)總線每瞬間的潛力主模塊申請占用總線，使用完后即放棄總線的使用權從模塊申請占用總線，將各種信息送至總線上一個總線傳輸周期子周期1子周期23.5主模塊1.各模塊有權申請占用總線分離式通信特點充分發(fā)揮了總線的有效占用2.采用同步方式通信，不等對方回答3.各模塊準備數(shù)據(jù)時，不占用總線4.總線被占用時，無空閑3.5典型例題：3.11畫一個具有雙向傳送功能的總線邏輯圖。3.12設數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列邏輯設計：（1）設計一個電路，在同一時間實現(xiàn)D→A、D→B和D→C寄存器間的傳送；（2）設計一個電路，實現(xiàn)下列操作：T0時刻完成D→總線；T1時刻完成總線→A；T2時刻完成A→總線；T3時刻完成總線→B。典型例題：3.14設總線的時鐘頻率為8MHz，一個總線周期等于一個時鐘周期。如果一個總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問總線的帶寬是多少？3.16在異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個校驗位、2個終止位。若要求每秒傳送120個字符，試求傳送的波特率和比特率。達標練習：1.信息只用一條傳輸線，且采用脈沖傳輸?shù)姆绞椒Q為______。A.串行傳輸B.并行傳輸C.并串行傳輸D.分時傳輸答案：A2.系統(tǒng)總線中地址線的功能是______。A.用于選擇主存單元地址B.用于選擇進行信息傳輸?shù)脑O備C.用于選擇外存地址D.用于指定主存和I/O設備接口電路的地址答案：D達標練習：3.PCI總線采用A.______仲裁方式，每一個PCI設備都有獨立的總線請求和總線授權兩條信號線與B.______相連。答案：A.集中式B.中央仲裁器4.三種集中式總線控制中，______方式對電路故障最敏感。A.鏈式查詢B.計數(shù)器定時查詢C.獨立請求答案：A達標練習：5.下面敘述中，______是正確的。A.總線一定要和接口相連B.接口一定要和總線相連C.通道可以替代接口D.總線始終由CPU控制和管理答案：B6.計算機使用總線結構的主要優(yōu)點是便于實現(xiàn)積木化，同時______。A.減少了信息傳輸量B.提高了信息傳輸?shù)乃俣菴.減少了信息傳輸線的條數(shù)答案：C

達標練習：7.描述PCI總線中基本概念不正確的是______。A.PCI總線是一個與處理器無關的高速外圍總線B.PCI總線的基本傳輸機制是猝發(fā)式傳輸C.PCI設備不一定是主設備D.系統(tǒng)中只允許有一條PCI總線答案：D8.按照總線仲裁電路的位置不同，可分為A.______仲裁和B.______仲裁。答案：A.集中式B.分布式

達標練習：9.計算機系統(tǒng)中，根據(jù)應用條件和硬件資源不同，數(shù)據(jù)傳輸方式可采用：A.______傳送、B.______傳送和C.______傳送。答案：

A.并行B.串行C.復用10.同步控制是______。A．只適用于CPU控制的方式B．只適用于外圍設備控制的方式C．由統(tǒng)一時序信號控制的方式D．所有指令控制時間都相同的方式

答案：C達標練習：11.從信息流的傳送效率來看，______工作效率最低。A．三總線系統(tǒng)B．單總線系統(tǒng)C．雙總線系統(tǒng)D．多總線系統(tǒng)答案：A12.以下描述中基本概念不正確的是______。A．PCI總線是層次總線B．PCI總線采用異步時序協(xié)議和分布式仲裁策略C．Futurebus+總線能支持64位地址D．Futurebus+總線適合于高成本的較大規(guī)模計算機系統(tǒng)答案：B達標練習：13.為了