第三章 系统总线
简述对计算机系统总线的理解
计算机系统总线是连接计算机内部各个部件的公共通道，也称为系统总线或主板总线。
它负责传输数据、地址和控制信号，是计算机系统中非常关键的部分之一。
计算机系统总线通常包含三种类型的线路：数据总线、地址总线和控制总线。
其中，数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存地址和I/O设备地址，控制总线用于传输控制信号，例如读写命令、中断请求等。
计算机系统总线的速度和带宽决定了计算机系统的性能。
随着计算机硬件的不断升级和更新，计算机系统总线的速度和带宽也在不断提升。
目前，计算机系统总线的标准包括PCI、AGP、USB、SATA、Ethernet等，它们分别用于不同类型的接口和设备。
除了速度和带宽之外，计算机系统总线还需要具备可靠性、兼容性和扩展性等特点。
因此，计算机系统总线的设计和开发需要综合考虑各种因素，以满足不同用户和应用场景的需求。
第3章 LIN总线系统故障检修
3.2 LIN 总线的数据传输
• （2）主控制单元命令信息。 • 如图3-15 所示，是奥迪A6 空调系统LIN 总线的信息传递流程图，空
调控制电脑（LIN 总线控制单元）在LIN 总线上发送信息标题为“调 整鼓风机的转速到200 r/min”，鼓风机从LIN 总线上读取标题后将当 前的鼓风机转速，相应地从150 r/min 调整到目标转速200 r/min。 • 信息内容由1~8 个数据区构成，每个数据区是10 个二进制位，其中 一个是显性起始位， 一个是包含信息的字节和一个隐性停止位。起 始位和停止位是用于再同步从而避免传递错误的。波形如图3-12 所 示。
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3.3 LIN 总线的自诊断
• 3.3.1 利用故障诊断仪VAS5051 进行故障诊断
• 当LIN 总线系统出现故障时，可利用故障诊断仪VAS5051 对LIN 总 线系统进行故障诊断和检测，如图3-18 所示。
• 对LIN 总线系统进行自诊断时，需使用LIN 主控制单元的地址码。自 诊断数据经LIN 总线由LIN 从控制单元传至LIN 主控制单元。在LIN 从控制单元上可以完成所有的自诊断功能，见表3-1。
第3章 LIN总线系统故障检修
• 3.1 LIN总线系统概述 • 3.2 LIN总线的数据传输 • 3.3 LIN总线的自诊断
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3.1 LIN总线系统概述
• 3.1.1 LIN总线系统简介
• LIN（Local Interconnect Network，局域互联网）是由Audi（奥迪 ）、BMW（宝马）、Daimler-Chrysler（戴姆勒·克莱斯勒）、 Motorola（摩托罗拉）、Volcano Communications Technologies （VCT通信技术公司）、Volkwagen（大众）和Volvo（沃尔沃）等 公司和部门（LIN联合体）提出的一个汽车底层网络协议，是一种新 发展的汽车子总线系统，其目的是给出一个价格低廉、性能可靠的低 速网，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，并逐渐取代 目前各种各样的低端总线系统。这个标准与其相应的开发、测试以及 维护平台的应用，将会降低车上电子系统开发、生产、使用和维护的 费用。
计算机组成原理第三章
• 通信总线
–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。 –IDE、SCSI、USB、RS－232
通信总线
系统总线按传输信息不同分类
据总线是双向的
3.2
• 数据总线 （ DB ）： 用来传输各功能部件之间的数据，数
数据总线的条数称为数据总线宽度。比如，16位总线，指其 数据总线为16根。
数据传输率 (总线带宽)：即单位时间内总线上传输数据的 位数，用MB/s（每秒多少兆字节）表示。 例：总线工作频率33MHz，总线宽度32位，则标准传输 率＝ 33×32/8＝132MB/s。 总线复用：通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种 总线。为提高总线的利用率，将地址总线和数据总线共用一组 物理线，在某一时刻该总线传输地址信号，另一时刻传输数据 信号或命令信号。
3. 总线通信的四种方式
（1）同步通信
3.5
通信双方由统一时标控制数据传送称为同
步通信。
时标通常由CPU的总线控制部件发出，送
到总线上的所有部件；也可以由每个部件各自
的时序发生器发出，但是必须有总线控制部件
发出的时钟信号对它们进行同步。
同步式数据输入传输
T2时刻发出读命令；从 总线上两个部件完 模块按照所指定的地址 T4 时刻开始输入设备不再 CPU 在 T3 时 刻 开 始 ， 成一次完整而可靠 和命令进行一系列内部 一直维持到 向数据总线上传送数据， 的传输时间 主模块在 T1时刻 动作，必须在 T3时刻前 T4时刻， 撤消它对数据总线的驱动， 可以从数据线上获取 发出地址信息 找到CPU所需的数据， 从 T4 起，数据总线呈浮空 信息并送到其内部寄 并送到数据总线上 状态 存器中
第3章--计算机体系结构
1.则中断级屏蔽位如何设置？ 2.假设在用户程序执行过程中同时出现1，2，3， 4四个中断请求，请画出程序运行过程示意图？
第3章作业2
假设系统有4个中断级，则中断响应次序是 1 2 3 4，如果中断处理次序是4 2 3 1
1.则中断级屏蔽位如何设置？ 2.假设在用户程序执行过程中同时出现1，2，3， 4四个中断请求，请画出程序运行过程示意图？
0
习题3-5
(1)当中断响应次序为1 2 3 4时，其中断处 理次序是？
(2)如果所有的中断处理都各需3个单位时间，中断 响应和中断返回时间相对中断处理时间少得多。 当机器正在运行用户程序时，同时发生第2、3级 中断请求，过两个单位时间后，又同时发生第1、 4级中断请求，请画出程序运行过程示意图?
中断级屏蔽位的设置
中断 处理 程序 级别 第1级 第2级 第3级 第4级 第5级 中断级屏蔽位
1级 1
0 0 0 0
2级 1
1 0 1 1
3级 1
1 1 1 1
4级 1
0 0 1 0
5级 1
0 0 1 1
具体执行 过程如图:
第3章作业1
假设系统有4个中断级，则中断响应次序是 1 2 3 4，如果中断处理次序是1 4 2 3
中断的响应次序和处理次序
中断的响应次序
中断的响应次序是同时发生多个不同中断类的中断 请求时，中断响应硬件中排队器所决定的响应次序 中断响应的次序是用硬件---排队器---来实现的。
排队器重的次序是由高到低固定死的。
中断处理次序：
中断的处理要由中断处理程序来完成，而中断处理 程序在执行前或执行中是可以被中断的，这样，中 断处理完的次序（简称中断处理次序）就可以不同 于中断响应次序。
上海大学《计算机组成原理》笔记概要总结
计算机组成原理第一章—计算机系统概论1.1计算机系统的简介1. 计算机系统由硬件与软件两大部分组成2. 将高级程序语言翻译成机器语言的程序称为翻译程序，翻译程序有两种，一种是编译程序，一种是解释程序，编译与解释的区别在于，编译程序是将高级语言程序一次性翻译为机器语言程序，而解释程序是翻译一句，执行一句。
3. 高级语言经过编译程序翻译为汇编语言，汇编语言经汇编程序，翻译为机器语言程序1.2计算机的基本组成1.1945年冯诺依曼提出了"存储程序"的概念，冯诺依曼机特点：1. 计算机由存储器，运算器，控制器，输入设备与输出设备组成2. 指令与数据以同等地位存放在存储器内，按地址寻访3. 指令与数据均按二进制数表示4. 指令由操作码与地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置5. 指令在存储器内按顺序存放6. 计算机以运算器为中心，输入设备与输出设备的数据传送通过运算器来完成2.冯诺依曼机是由运算器为中心的，现代计算机是以存储器为中心的3.计算机的工作过程（必考）涉及的元器件：MAR(地址寄存器)，MDR(指令寄存器)，ALU(算数逻辑单元)，ACC(累加器)，MQ(乘商寄存器)，PC(程序计数器)，IR(指令寄存器)（掌握执行指令的全过程）4.机器字长：机器字长是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关5.存储容量：存储容量存储单元个数存储字长6.运算速度(可能出计算)：Vm = 1 / Tm 单位MIPS(百万指令每秒)CPI （执行每条指令所需要的时钟周期）= 1 / IPC(CPU每一周期执行指令的条数，一旦CPU设计完成，IPC的值不会变)第三章—系统总线3.1总线的基本概念总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的介质（总线的每条传输线可以传输1位二进制代码）3.2总线的分类总线按照数据传送方式可分为两类：1. 并行传输总线2. 串行传输总线按连接部件的不同可以分为三类（掌握加粗部分）：1. 片内总线(指芯片内部的总线)2. 系统总线3. 通信总线3.2.1片内总线概念：片内总线是指芯片内部的总线3.2.2系统总线系统总线是指CPU,I/O设备，主存各大部件的信息传输线按照系统总线的传输信息不同，可分为三类：1. 数据总线2. 地址总线3. 控制总线1.数据总线：双向传输总线，与机器字长与存储字长有关2.地址总线：单向传输总线，由CPU发出，主存的地址线位数与存储单元的个数有关3.控制总线：从单个来说传输是单向的，从总体来说传输的双向的3.2.3通信总线（了解即可）这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他操作系统之间的通信3.3总线特征与性能指标3.3.2总线性能指标1.总线宽度：总线宽度可以数据总线的宽度，用位来表示，例如8位，16位，32位2.总线带宽（要求会计算，且掌握提高总线速率的方式）：总线带宽可以理解为总线的传输速率，即单位时间上的传输数据的位数，通常用每秒传输的字节数来衡量，单位Mbps(兆字节每秒)例子：总线的频率为33Hz，总线宽度为32位，求总线带宽？33*（32/8）=132MBps3.总线复用：一条信号线上传输两种线号，例如，一条总线上即可传输地址信号，又可传输数据信号，此称之为总线复用3.3.3总线标准（掌握PCI,USB）1.PCI总线：为了提升总线性能，由Intel首先提出，PCI中文名称为外围部件互连，其最出名的特性为即插即用，即任何扩展卡插入系统便可直接工作，现在已推出了PCI-ExpressB总线：通用串行总线，真正的即插即用，这里的串行指的是串行通信，即使用一条数据线，将数据1位1位的进行传输，不可同时传输2位数据3.5总线控制1.为何使用总线控制？由于总线上连接着多个部件，什么时候由哪个部件发送信息，如何给信息传送定时，如何防止信息丢失，如何避免多个部件同时发送，如何规定接受信息的部件等一系列问题，都需要由总线控制器统一管理。
计算机组成原理课后答案第三章系统总线
第3章系统总线1. 什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？P41答：总线是连接多个部件共享的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
总线传输的特点是：某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。
为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。
2.总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用,是单向的，还是双向的，他们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？答：总线的分类：（1）按数据传送方式分：并行传输总线和串行传输总线；（2）按总线的使用范围分：计算机总线、测控总线、网络通信总线等；（3）按连接部件分：片内总线、系统总线和通信总线。
系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。
按系统总线传输信息不同，可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。
（1）数据总线：数据总线是用来传输个功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位、16位或32位。
（2）地址总线：地址总线主要是用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址，地址总线上的代码是用来指明CPU欲访问的存储单元或I/O端口的地址，由CPU输出，是单向的，地址线的位数与存储单元的个数有关，如地址线有20根，则对应的存储单元个数为220。
（3）控制总线：控制总线是用来发出各种控制信号的传输线，其传输是单向的。
3.常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。
答：总线结构通常有单总线结构和多总线结构。
（1）单总线结构是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O 设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。
这种4.为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？答：总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求；特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。
计算机组成原理——第三章系统总线
计算机组成原理——第三章系统总线3.1 总线的基本概念1. 为什么要⽤总线计算机系统五⼤部件之间的互连⽅式有两种：分散连接——各部件之间使⽤单独的连线总线连接——各部件连到⼀组公共信息传输线上早期的计算机⼤多采⽤分散连接⽅式，内部连线⼗分复杂，尤其当I/O与存储器交换信息时都需要经过运算器，使运算器停⽌运算，严重影响CPU的⼯作效率。
2. 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3. 总线上的信息传送串⾏并⾏3.2 总线的分类1. ⽚内总线芯⽚内部的总线CPU芯⽚内部寄存器之间寄存器与算逻单元ALU之间2. 系统总线计算机各部件（CPU、主存、I/O设备）之间的信息传输线按系统总线传输信息不同分为：数据总线——传输各功能部件之间的数据信息双向与机器字长、存储字长有关数据总线宽度——数据总线的位数地址总线——⽤来指出数据总线上的源数据或⽬的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址单向（由CPU输出）与存储地址、I/O地址有关地址线位数(2n)与存储单元的个数(n)有关控制总线——⽤来发出各种控制信号的传输线出——中断请求、总线请求⼊——存储器读/写、总线允许、中断确认常见控制信号：时钟：⽤来同步各种操作复位：初始化所有部件总线请求：表⽰某部件需获得总线使⽤权总线允许：表⽰需要获得总线使⽤权的部件已获得了控制权中断请求：表⽰某部件提出中断申请中断响应：表⽰中断请求已被接收存储器写：将数据总线上的数据写⾄存储器的指定地址单元内存储器读：将指定存储单元中的数据读到数据总线上I/O读：从指定的I/O端⼝将数据读到数据总线上I/O写：将数据总线上的数据输出到指定的I/O端⼝内传输响应：表⽰数据已被接收，或已将数据送⾄数据总线上3. 通信总线⽤于计算机系统之间或计算机系统与其它系统（控制仪器、移动通信等）之间的通信通信⽅式：串⾏通信数据在单条1位宽的传输线上，⼀位⼀位地按顺序分时传送。
计算机组成原理第三章部分课后题答案（唐朔飞版）
计算机组成原理第三章部分课后题答案（唐朔飞版）3.2 总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用，是单向的，还是双向的，它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？总线分类方式：·按数据传送方式：并行传输总线、串行传输总线·按总线使用范围：计算机（包括外设）总线、测控总线、网络通信总线·按连接部件：片内总线、系统总线、通信总线系统总线：是指CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线。
系统总线分类：·数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，双向传输，位数与机器字长、存储字长有关·地址总线：主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在贮存单元的地址或I/O设备的地址，单向传输，位数与存储单元的个数有关，地址线为n根，则存储单元个数有2的n次方·控制总线：用来发出各种控制信号，对任一条控制线而言，为单向传输，对控制总线总体而言，可认为双向传输3.4 为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种，各有何特点，哪种方式响应时间最快，哪种方式对电路故障最敏感？总线上的信息传送是由主设备启动的，若多个主设备同时要使用总线，则由总线控制器的判优、仲裁逻辑按一定的优先等级顺序确定哪个主设备使用总线。
集中式总线判优控制的三种方式·链式查询1、只需很少的几根线就能按一定优先次序实现总线控制2、很容易扩充设备3、对电路故障很敏感，且优先级别低的设备可能很难获得请求·计数器定时查询1、计数可以从0开始，此时一旦设备的优先次序被固定，设备的优先级就按0，1，2，…，n的顺序降序排列，且固定不变2、计数也可以从上一次计数的终止点开始，即是一中循环方法，此时设备使用总线的优先级相等3、计数器的初始值还可以有程序设置，故优先次序可任意改变·独立请求方式1、响应速度快2、优先次序灵活（通过程序改变）3、控制线数量多，总线控制更复杂3.5 解释概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期、总线的通信控制。
计算机组成期末复习题
计算机组成与结构期末复习题大连理工大学软件学院赖晓晨1、假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一个总线周期占用2 个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是。
A.10MB/sB.20MB/sC.40MB/sD.80MB/s1、假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一个总线周期占用2 个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是B 。
A.10MB/sB.20MB/sC.40MB/sD.80MB/s2、下列选项中的英文缩写均为总线标准的是。
A.PCI、CRT、USB、EISAB.ISA、CPI、VESA、EISAC.ISA、SCSI、RAM、MIPSD.ISA、EISA、PCI、PCI-Express2、下列选项中的英文缩写均为总线标准的是 D 。
A.PCI、CRT、USB、EISAB.ISA、CPI、VESA、EISAC.ISA、SCSI、RAM、MIPSD.ISA、EISA、PCI、PCI-Express第四章存储器1、某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。
每个主存块大小32字节，按字节编址。
主存129号单元所在主存块应装入到的Cache组号是。
A.0B.2C.4D.61、某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。
每个主存块大小32字节，按字节编址。
主存129号单元所在主存C块应装入到的Cache组号是。
A.0B.2C.4D.61、某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。
每个主存块大小32字节，按字节编址。
主存129号单元所在主存块应装入到的Cache组号是。
A.0B.2C.4D.6C 由于Cache 共有16块，采用2路组相联，因此共有8组，0，1，2，...，7。
并且主存的某一字块按模8映像到Cache 某组的任一字块中，即主存的第0，8，16...字块可以映像到Cache 第0组2个字块的任一字块中，而129号单元是位于第4块主存块中，因此将映射到Cache 第4组2个字块的任一字块中。
计算机组成原理 第三章 系统总线
CPU、主存、I/O 设备之间（板级 总线或板间总线）
计算机各部件之间 的信息传输线
双向 与机器字长、存储字长有关
单向
有出
与存储地址、 I/O地址有关
有入
存储器读、存储器写 总线允许、中断确认
中断请求、总线请求
3.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。
二、总线通信控制
1. 目的
解决通信双方如何获知传输开始和结束， 如何协调配合 问题
2. 总线传输周期（总线周期：完成一次总线操作的时间）
申请分配阶段
寻址阶段 传数阶段 结束阶段
主模块申请，总线仲裁决定
主模块向从模块 给出地址 和 命令
主模块和从模块 交换数据
主模块 撤消有关信息
3. 总线通信的四种方式
1. 机械特性
尺寸、形状、管脚数及排列顺序
确保电气上正确连接
2. 电气特性
传输方向 和有效的 电平 范围 地址 数据 控制
3. 功能特性
每根传输线的 功能
保证正确连接不同部件
4. 时间特性
信号的 时序 关系
三、总线的性能指标（P46）
1.总线宽度
2.标准传输率 3. 时钟同步/异步 4. 总线复用 5.信号线数 6. 总线控制方式 7.其他指标
第３章 系统总线
教学内容
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
总线的基本概念 总线的分类 总线特性及性能指标 总线结构 总线控制
重点：
有关总线的基本概念 如何克服总线的瓶颈 如何对总线进行管理，包括判优控制和通信控制
难点：
总线的通信控制，既要解决通信双方如何获知 传输的开始和结束，又要使通信双方按规定的协 议互相协调来完成通信任务。
计算机组成原理 唐朔飞 习题解答
习题解答（唐朔飞版）第一章思考题与习题1．什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？2．如何理解计算机系统的层次结构？3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。
4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
7．解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
9．根据迭代公式)(21nn yxyx+=，设初态y0=1，要求精度为ε，试编制求x的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解题过程。
10．指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持合执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持合执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
计算机组成原理 唐朔飞 按知识点教材目录整理(含页码)
P7计算机的多级层次P8冯诺依曼计算机的特点、五大部件P10计算机的工作步骤P13主存储器、运算器、控制器、I/OP17计算机的硬件技术指标（机器字长、存储容量、运算速度）第二章计算机的发展及应用——见课本目录第三章系统总线P43总线的分类（片内总线、系统总线（三总线结构——数据地址控制）、通信总线）P45总线特性（机械特性、电气特性、功能特性、时间特性）P46总线性能指标（总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等其他指标）P47总线标准（ISA、EISA、VESA(VL-BUS)、PCI、AGP、RS-232C、USB）P52总线结构（单总线结构、多总线结构---示意图，如单总线、双总线、三总线结构）P57总线判优控制（集中式（链式查询、计数器定时查询、独立请求方式）+ 分布式）P59总线通信控制（总线周期四个阶段；四种方式：同步、异步、半同步、分离式通信）第四章存储器P68存储器分类（按存储介质、存取方式、在计算机中的作用分类，以及RAM、ROM）P70存储器的层次结构（缓存-主存层次、主存-辅存层次，以及P71虚拟存储系统）P72主存储器P73主存中存储单元地址的分配P73主存的技术指标（存储容量、存储速度、存储器带宽）P74半导体存储芯片（基本结构、译码驱动方式（线选法和重合法））P76随机存取存储器P76静态RAM（基本单元电路、芯片举例、读写时序）P80动态RAM（基本单元电路、芯片举例、读写时序）P86动态RAM的刷新（集中刷新、分散刷新、异步刷新）P87动态RAM和静态RAM的比较P88 只读存储器（MOS、TTL——掩模ROM、PROM、EPROM）P91 存储器与CPU的连接P91存储容量的扩展（位、字扩展）P93存储器与CPU的连接（P95例4.2、P97例4.3）P100汉明码（偶校验、奇校验）P103提高访存速度的措施（单体多字系统、多体并行系统）P107高性能存储芯片（SDRAM、RDRAM、带Cache的DRAM(CDRAM)）P109高速缓冲存储器（问题的提出、Cache工作原理）P111 Cache命中率、效率、平均访问时间计算（例4.7）P112 Cache的基本结构（Cache存储体、地址映射变换机构、Cache替换机构）P114 Cache的改进（单一缓存和二级缓存、统一缓存和分立缓存）P117 Cache——主存地址映射（直接映射、全相联映射、组相联映射+ 例题）P123替换策略（先进先出（FIFO）算法、近期最少使用（LRU）算法、随机法）P123辅助存储器（硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘存储器——见课本目录）P124硬盘容量计算（格式化、非格式化）P144循环冗余校验码（CRC码）P156概述（发展概况、组成、I/O设备与主机联系方式、与主机信息传送的控制方式）组成（I/O软件（I/O指令、通道指令）、I/O硬件）I/O设备与主机联系方式（I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式）与主机信息传送的控制方式（程序查询方式、程序中断方式、DMA方式）P166 I/O设备（输入设备、输出设备）输入设备（P168-171键盘、鼠标、触摸屏、光笔、画笔与图形板、图像输入设备）输出设备（P171显示设备、P177打印设备）P182其他I/O设备（终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备）P184多媒体技术P190程序查询方式、P194程序中断方式、P202 DMA方式——见课本目录第六章计算机的运算方法P220原码表示法、P221补码表示法、P224反码表示法、P225移码表示法P228数的定点表示（格式、范围）、P229浮点表示（形式、范围、规格化）、比较P234定点运算（移位、加、减、乘、除）P234移位运算、P237加减法、P243乘法（Booth）、P258除法（加减交替法）P269浮点四则运算（P269浮点加减运算、P274浮点乘除法运算、P280硬件配置）P280算术逻辑单元（ALU电路、快速进位链）第七章指令系统P300机器指令（指令格式、指令字长）、P304操作数类型及操作类型（数据存放方式）P310寻址方式P320指令格式举例、P326 RISC技术（P330主要特点、P333与CISC比较）第八章CPU的结构和功能P337 CPU的功能（取指令、分析指令、执行指令等）、CPU结构框图、CPU的寄存器P342指令周期（取指周期、间址周期、执行周期、中断周期；P344数据流）P345指令流水(概念、原理、P348影响流水线性能的因素)P353流水线性能(计算吞吐率、加速比、效率)P355多发技术(超标量、超流水线、超长指令字)、流水线结构P358中断系统(概述、P360中断请求标(INTR)记和中断判优逻辑(硬件排队、软件排队)P361中断服务程序入口地址的寻找(硬件向量法、软件查询法)P362中断响应(响应中断的条件、时间,中断隐指令)P364保护现场和恢复现场、P365中断屏蔽技术)第九章控制单元的功能P375微操作命令的分析(取指周期、间址周期、执行周期(非访存、访存、转移类指令)、中断周期)P379控制单元的功能P379控制单元的外特性(输入信号、输出信号)P380控制信号举例(不采用、采用CPU内部总线的方式)P386多级时序系统(机器周期、时钟周期(节拍、状态) 、多级时序系统)P387控制方式(同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式、人工控制方式)第十章控制单元的设计P396微操作的节拍安排、P407微指令的编码方式、P409微指令序列地址的形成、P411微指令格式(水平型、垂直型)、P413静态微程序设计和动态微程序设计、毫微程序设计。
8 第五课 第三章CAN总线系统结构
图3.4 简单的总线拓扑结构
（a）环型拓扑结构
现场总线技术
（b）树型拓扑结构
图3.5 复杂拓扑结构的连接
现场总线技术
3.5 CAN总线的通信方式
CAN总线根据节点的不同，可以采取不同的通信方式以适应不同 的工作环境和效率。
（1）CAN总线可以多主式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地 向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。
现场总线技术
3.2CAN总线系统的节点
3.2.1节点的概念
节点一般是指挂在CAN总线上的传感部件、执行部件或控制单元。
节点间通过对等的传播数据来实现网络通信。
节点的微控制器和上位机之间的通信可以是单向的，也可以 双向。
在双向传输信息模式中，上位机可以通过节点传来的数据和 状态值，进行报警或调整等反馈措施。
现场总线技术
3.4基于CAN总线构建复杂拓扑结构的工业控制系统
很多工业控制系统应用了基于CAN总线的网络控制系统，而 这些网络控制系统一般具有复杂的拓扑结构。
以一个16位微处理器的CAN网关的设计为例:
一个微处理器控制4个通信接口：两个CAN、一个485和一个上位机RS232。 信息和数据在两条CAN之间转发。 CAN和485之间数据转换。 和上位机之间的通信服务。 具备路由选择和流量控制功能，能提供本地时钟服务（Local Real Time Clock Service）。Fra bibliotekPC 机
控制器
CAN卡
RH6
DVT
目标
现场总线技术
CAN总线的应用举例
工控机
码跺机器人
托盘2
控制器
检测点3 传送线
DVT 检测点2
计算机组成原理 系统总线标准 试题
第三章系统总线3．3 例题精选例3．1 为了减轻总线负载且避免多个部件同时占用总线，总线上的部件应具备什么特点? [解] 以CPU片内总线为例，在每个需要将信息送至总线的寄存器输出端接三态门，由三态门的控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出。
当控制端无效时，寄存器和总线之间呈高阻状态。
例3．2 画一个具有双向传送功能的总线逻辑框图。
[解] 在总线的两端分别配置三态门，就可使总线具有双向传送功能，如图3．6所示。
3．4．1 选择题1．计算机使用总线结构便于增减外设，同时-------------- （）A．减少了信息传输量B．提高了信息的传输速度C*减少了信息传输线的条数2．计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，缺点是A．地址信息、数据信息和控制信息不能同时出现B．地址信息与数据信息不能同时出现C．两种信息源的代码在总线中不能同时传送3．微型计算机中控制总线提供的完整信息是A．存储器和I／0设备的地址码B．所有存储器和I／0设备的时序信号和控制信号C．来自I／0设备和存储器的响应信号D．上述各项E．上述B、C两项F．上述A、B两项4．总线中地址线的作用是A*只用于选择存储器单元B．由设备向主机提供地址C．用于选择指定存储器单元和I／0设备接口电路的地址5．在三种集中式总线控制中，——方式响应时间最快。
A链式查询B．计数器定时查询C．独立请求6．在三种集中式总线控制中，独立请求方式响应时间最快，是以——为代价的。
A．增加处理机的开销B．增加控制线数C．增加处理机的开销和增加控制线数7．所谓三总线结构的计算机是指——A．地址线、数据线和控制线三组传输线B．I／0总线、主存总线和DMA总线三组传输线C．I／0总线、主存总线和系统总线三组传输线8．三种集中式总线控制中，——方式对电路故障最敏感。
A．链式查询B．计数器定时查询C．独立请求9．以下描述PCI总线的基本概念中，正确的是。
A.PCI总线是一个与处理器时钟频率无关的高速外围总线B．PCI总线需要人工方式与系统配置C．系统中只允许有一条PCI总线10．连接计算机与计算机之间的总线属于A．内B．系统C．通信11．在计数器定时查询方式下，若每次计数从上一次计数的终止点开始，则A．设备号小的优先级高B．每个设备使用总线的机会相等C．设备号大的优先级高12．在计数器定时查询方式下，若计数从0开始A．设备号小的优先级高B．每个设备使用总线的机会相等C．设备号大的优先级高总线13．在独立请求方式下，若有N个设备，则A．有一个总线请求信号和一个总线响应信号B．有N个总线请求信号和八个总线响应信号C．有一个总线请求信号和N个总线响应信号14．在链式查询方式下，若有N个设备，则A．有N条总线请求线B.无法确定有几条总线请求线C．只有一条总线请求线15．系统总线中的数据线、地址线和控制线是根据A．总线所处的位置B．总线的传输方向C．总线传输的内容16．总线通信中的同步控制是A．只适合于CPU控制的方式B．由统一时序控制的方式C．只适合于外围设备控制的方式17．在各种异步通信方式中，A．全互锁B．半互锁C．不互锁比．19．在同步通信中，一个总线周期的传输过程是A先传送数据，再传输地址B．先传送地址，再传输数据C．只传输数据20．总线中数据传导和地址信号分别用A．串行传输B．并行传输C．复用传输来划分的。
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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
3.1
总线的基本概念
总线是计算机系统中的一组能为多个部件分时 共享的公共信息传输通路 在微机中各个部件通过标准总线连接在一起， 给微型计算机系统的开发及应用带来方便和好处： （1）简化了软件和硬件的设计 （2）简化了系统的结构 （3）便于系统的扩充和更新
…
I/O接口n
3. 独立请求方式
BG－总线同意 BR－总线请求
总 线 控 制 部 件
BGn BRn BG1
数据线 地址线
BR1
BG0
BR0
I/O接口0
排队器
I/O接口1 … I/O接口n
三、总线通信
信息在总线上的传送方式可分为同步和异 步两种方式 1.同步通信。在同步方式下，通信双方由 统一的时钟控制数据的传送，时钟通常是由CPU 发出的，并送到总线上的所有部件。经过一段 固定时间，本次总线传送周期结束，开始下一 个新的总线传送周期。
DMA总线
高速外设 设备1
…
设备n
3. 三总线结构的又一形式
局部总线
CPU 主存 局部I/O控制器 Cache
系统总线
局域网 SCSI 扩展总线接口 Modem 串行接口
扩展总线
4. 四总线结构
主存 CPU SCSI Cache/桥
局部总线
图形 图形 多媒体
系统总线
局域网
高速总线
FAX
扩展总线接口 Modem Modem 串行接口
3.2
总线的分类
（1）按作用、规模、应用场合分：
局部总线（片总线/板内总线）:部件内各芯片之间。
系统总线（内总线/板级总线）：各功能部件之间。
通信总线（外总线/设备总线）：计算机系统之间。 同步总线 （2）按时序控制方式分： 异步总线 并行总线 （3）按数据传送格式分： 串行总线
3.3 总线特性及性能指标
二、 总线判优控制
总线同一时刻只允许在一对模块之间进 行通信。当多个主模块同时要求使用总线时， 总线控制机构中的判优和仲裁逻辑按一定的 判优原则，来决定由哪个模块优先使用总线。 只有获得了总线使用权的模块，才能开始传 送数据。总线是多个模块的共享部件，为了 正确实现多个模块之间的通信，必须对总线 资源进行合理的分配和管理。
一、总线特性
1、机械结构特性
规定插件板尺寸、总线插头、 边沿连结器等的规格及位置
2、功能特性
确定引脚名称与功能，以及其 相互作用的协议说明
3、电气特性
规定信号逻辑电平、动态转换 时间、负载能力及最大额定值
二、 总线的性能指标
总线宽度：数据总线的根数。 16位总线，指其数据总线为16根。 寻址能力：取决于地址总线的根数。 PCI总线的地址总线为32位，寻址能力达4GB。 传输率：也称为总线带宽，通常指总线所能达到的 最高数据传输率，单位是Bps（每秒传送字节数） 计算公式：Dr=D×f /N D——数据宽度； f——总线时钟频率； N——完成一次数据传送所需的时钟周期数。
一般来说，总线上完成一次数据传输要经历4个阶段：
1.申请占用总线阶段
需要使用总线的主设备(如CPU或DMA)，向总线仲裁机 构提出占有总线控制权的申请。总线仲裁机构判别确定后， 把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。
2. 寻址阶段
获得总线控制权的主设备，通过地址总线发出本次打 算访问的从设备（如存储器或I/O接口）的地址。通过译 码使被访问的从设备被选中，而开始启动工作。
主存
I/O 设备1 I/O … 设备2 I/O 设备n
二、多总线结构
1. 双总线结构
主存总线
CPU
CPU
内存
主存
通道 I/O总线
I/O接口 … I/O接口
具有特殊功能的处理器， 由通道对I/O统一管理
…
设备0 设备n
2. 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
数据终端设备（计算机）和数据通信设备 （调制解调器）之间的标准接口 普通无屏蔽双绞线 带屏蔽双绞线 最高 1.5 Mbps (USB1.0) 12 Mbps (USB1.0) 480 Mbps (USB2.0)
USB
3.4
一、单总线结构
总线结构
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口 …
I/O接口
CPU
2.异步通信
利用数据发送部件和接收部件之间的相互 ‘握手’信号来实现总线数据传送的方式称作 异步通信方式。 在异步通信方式下，发送部件将数据放到 总线上后经过一定的时间延迟后，在控制线上 发出‚数据准备好’信号、而接收部件则应发 ‘数据接收’信号来响应，送此信号到发送部 件，并接收数据。发送部件收到这个响应信号 后，去除原数据至此结束本次传送。 异步通信方式便于实现不同速度部件之间 的数据传送。
(1) 同步式数据输入 总线传输周期
时钟
T1 T2 T3 T4
地址 读 命令 数据
(2) 同步式数据输出
总线传输周期
时钟
T1 T2 T3 T4
地址
数据
写 命令
例3.1 假设总线的时钟频率为100MHZ，总 线的传输周期为4个时钟周期，总线的宽 度为32位，试求总线的数据传输率。若 想提高一倍的数据传输率，可采取什么 措施？ 1个时钟周期＝1/100MHZ=0.01µ s 总线传输周期为0.01µ sX4＝0.04µ s 32位＝4Byte 总线的数据传输率为 4Byte/(0.04µ s)=100Mbps 提高的办法：1.64位 2.200MHZ
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
以输入数据为例的半同步通信时序
T1 T2 Tw Tw T3 T4
主模块发地址 主模块发命令 当 WAIT 当 WAIT 为低电平时，等待一个 T 为低电平时，等待一个 T
…
从模块提供数据 从模块撤销数据，主模块撤销命令
请 求 回 答
不互锁
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。可见通信 双方并无互锁关系。
单机
主设备 请
求
回 答
从设备 半互锁 多机
半互锁方式 主模块发出请求信号，待接 到从模块的回答信号后再撤 消其请求信号，存在着简单 的互锁关系：而从模块发出 回答信号后，不等待主模块 回答，在一段时间后便撤消 其回答信号，无互锁关系。 故称半互锁方式。
请 求
回 答
全互锁 网络通信
全互锁方式 主模块发出请求信号，等待 从模块回答后再撤其请求信 号；从模块发出回答信号， 待主模块获知后，再撤消其 回答信号。故称全互锁方式。
是否支持突发传送 总线上数据传送方式： 正常传送——每个传送周期先传送数据的地 址，再传送数据。 突发传送——支持成块连续数据的传送，只需 给出数据块的首地址，后续数据地址自动生 成。 负载能力 总线上能够连接的设备数。
三、 总线标准
总线标准 ISA EISA VESA (VL-BUS) PCI AGP RS-232 数据线 16 32 32 32 64 32 串行通信 总线标准 串行接口 总线标准 总线时钟 8 MHz（独立） 8 MHz（独立） 33 MHz（CPU） 33 MHz（独立） 66 MHz（独立） 66.7 MHz（独立） 133 MHz（独立） 带宽 16 MBps 33 MBps 133 MBps 132 MBps 528 MBps 266 MBps 533 MBps
33 MHz的32位数据通路
SCSIⅡ 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
odem Modem
…
3. PCI 总线结构
CPU
系统总线
存储器
PCI 桥
标准总线 33 MHz的32位数据通路 控制器
8 MHz的16位数据通路
PCI 总线
多媒体
高速局域网
即 放弃总线 的使用权 子周期2 主模块 从模块 申请 占用总线，将各种信
息送至总线上
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
扩展总线
三、总线结构举例
1.
CPU
标准总线控制器
传统微型机总线结构
33 MHz的32位数据通路
系统总线
存储器
SCSI Ⅱ 控制器
8 MHz的16位数据通路
ISA、EISA …
高性能图形 Modem Modem
Байду номын сангаас
多媒体
高速局域网
…
2. VL-BUS局部总线结构
系统总线
CPU
主存控制器 局部总线 控制器 标准总线 控制器 VL BUS
3. 传数阶段 主设备与从设备进行数据交换。数据由源设备发 出经数据总线流入目的设备。对于读传送，源设备是 存储器或I/O接口等从设备，而目的设备是主设备如 CPU等；对于写传送，则源设备是主设备（如CPU）， 而目的设备是存储器或I/O接口等从设备。 4. 结束阶段 主、从设备的有关信息均从总线上撤除，让出总 线，以便其它设备能继续使用总线。
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