第6章 总线系统
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第6章 现场总线控制系统
Type5 FF HES (H2)
其 它
HART适用于过程自动化领域的过渡性产品 LonWorks广泛应用于楼宇自动化、能源计量管理、交通运输等行业
CAN广泛应用于离散控制领域，如汽车内部测量与执行部件间的数据通信
7. 几个重要问题的分析
7.1 FCS与DCS的比较
FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流， 这已是业内人士和学术界的基本共识。 FCS在开放性、控制分散等诸多方面都优于传统DCS，代表着自动控制 系统的发展方向与潮流。 DCS则代表传统与成熟，DCS以其成熟的发展、完备的功能及广泛的应 用而占居着一个尚不可完全替代的地位。 ① 技术原因 影响FCS发展、制约FCS应用的原因主要有3方面：
H2（HSE）
PLC等其 它控制站
网桥
H1低速现场总线
Type1 FCS结构示意图
FF是Type1的一个子集。
主要应用于啤酒、食 品、农业和饲养业等 Type4 P－Net Type6 SwiftNet Type2 ControlNet Type3 ProfiBus Type7 WorldFIP Type8 InterBus Type1 IEC总线(H1)
2.现场总线的发展
（4）现场总线控制系统（FCS）正是顺应了上述的用户要求，采用了 现场总线这一开放的、可互连的网络技术将现场的各种控制器和仪表 设备相互连接，把控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护 费用。因此，FCS 系统实质上是一种开放的、可以互连的、低成本的、 彻底分散的分布式控制系统。 1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与实施工作组中的 ISA/SP50开始制定现场总线标准；1985年，国际电工委员会IEC决定 由Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究制定 工作；1986年，德国开始制定过程现场总线（Process Fieldbus）标 准，简称为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发 的序幕。与此同时，其他一些组织或机构（如WorldFip等）也开始从 事现场总线标准的制定和研究。
第六章 总线系统
数据线 地址线
BG0 BR0
设备接口0 排队器
设备接口1
25
§ 6.4 总线的时序
◆ 总线的定时
同步定时： 总线操作的各个过程由共用的总线时钟信号控制 适合速度相当的器件互连总线，否则需要准备好信号让快 速器件等待慢速器件 微处理器控制的总线时序采用同步时序 异步定时： 总线操作需要握手联络（应答）信号控制 数据传输的开始伴随有启动（选通或读写）信号 数据传输的结束有一个确认信号，进行应答 不需要统一的公共时钟信号，总线周期的长度可变。允许 快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上。
BS -总线忙 这种方式增加了设备地址线， BR-总线请求 数据线 但可以通过改变计数器的初值 来灵活地改变优先次序。 地址线
1 0
计数器
总 线 控 制 部 件
设备地址
BS BR
设备接口0
计算机组成原理
设备接口1
叶晓霞
…
设备接口n
24
③独立请求方式
总 线 控 制 部 件
BG-总线同意 BR-总线请求 优点：响应时间快， 对优先次序的控制灵活 BGn 缺点：线数多。 BRn BG1 当代总线标准普遍 BR1 采用独立请求方式
总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能 部件之间进行数据传送的公共通路。 其中系统总线构成包括：数据总线、地址
总线和控制总线。数据总线用来传送数据， 是双向的；地址总线用来传送主存与外设 一、总线的分类 的地址信息，是单向的；控制总线用来指 明数据传送的方向（存储器读／写、外设 单处理器系统中可分为内部总线、系统总线和 I/0总线。 读／写）、中断控制和定时控制等，控制 总线中的每一根是单向的。
计算机组成原理
叶晓霞
计算机组成原理习题 第六章总线系统知识分享
计算机组成原理习题第六章总线系统第六章总线系统一、填空题：1.PCI总线采用A.______仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与B.______相连。
2.SCSI是处于A.______和B.______之间的并行I/O接口，可允许连接C.______台不同类型的高速外围设备。
3.总线有A 特性、B 特性、C 特性、D 特性，因此必须E 。
4.微型计算机的标准总线从16位的A 总线发展到32位的B 总线和C 总线，又进一步发展到64位的D 总线。
二、选择题：1.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现技术化，同时______。
A. 减少信息传输量B. 提高信息传输速度C. 减少了信息传输线的条数D. 减少了存储器占用时间2.描述PCI总线基本概念中正确的句子是______。
A.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线C.PCI设备一定是主设备D.系统中允许只有一条PCI总线3.描述PCI总线中基本概念表述不正确的是______。
A.PCI设备不一定是主设备B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线C.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送D.系统中允许有多条PCI总线4.并行I/O标准接口SCSI中，一块适配器可以连接______台具有SCSI接口的设备。
A. 6B. 7C. 8D. 95.下面对计算机总线的描述中，确切完备的概念是______。
A.地址信息、数据信息不能同时出现B.地址信息与控制信息不能同时出现C.数据信息与控制信息不能同时出现D.两种信息源的代码不能在总线中同时传送6.SCSI接口以菊花链形式最多可连接______台设备。
A．7台 B．8台 C．6台 D．10台7.微型机系统中外设通过适配器与主板的系统总线相连接，其功能是___。
A. 数据缓冲和数据格式转换B.监测外设的状态C.控制外设的操作D. 前三种功能的综合作用8.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化,同时___。
6总线
计算机组成原理
Pentium机总线介绍
大多数计算机采用了分层次的多总线结构。在这种 结构中，速度差异大的设备使用不同速度的总线。 Pentium 计算机主板是一个三层次的多总线结构， 即有CPU总线、PCI总线和ISA总线。
• CPU总线：也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和 36位地址线的同步总线。总线时钟频率为66MHZ、100MHZ 等，CPU内部时钟是此时钟频率的倍频。可以把CPU总线看 成是CPU引脚信号的延伸。
计算机组成原理
半互锁
全互锁
6.3 总线标准
总线标准：就是系统与各模块、模块与模块之间的一个互连 的标准界面。 • 为了有利于保证总线性能充分发挥、兼容性等，通常需要总 线标准化。 • 符合某种标准的总线称为标准总线。通常具有物理、电气、 功能和时间等特性。
（1）物理特性：指总线的物理连接方式。 总线条数、连线插头、插座形状、引脚排列方式和次序等。 （2）功能特性：总线中每一条线的功能。 （3）电气特性：每条线上的信号传送方向、有效电平范围。 （4）时间特性：每条线上的信号在什么时间上有效。 无论多复杂的总线和接口都需从以上4个方面分析才能正确使用。
第6章 要求：
总线(3学时)
（一） 总线概述 1. 总线的基本概念 2. 总线的分类 3. 总线的组成及性能指标 （二） 总线仲裁 1. 集中仲裁方式 2. 分布仲裁方式 （三） 总线操作和定时 1. 同步定时方式 2. 异步定时方式 （四） 总线标准
计算机组成原理
6.1 总线概述
6.1.1 总线的基本概念
计算机组成原理
总线操作和定时
2. 定时 是指事件出现在总线上的时间关系。总线常用的定时协议有 同步定时方式和异步定时方式 （1） 同步定时方式 • 要求所有的模块由统一的时钟脉冲进行操作的控制，各模块 的所有动作均在时钟周期的开始产生，并且多数动作在一个 时钟周期内完成。 （2） 异步定时方式 • 是一种应答方式或者互锁机制的定时方式。对于异步操作， 操作的发生由主设备或从设备的的特定信号来确定。总线上 一个事件的发生取决于前一个事件的发生，双方互相提供联 络信号。
第6章系统总线
6.1.1 总线的基本概念
式或底板式总线，主板式总线是一种板级总线， 主要连接主机系统印刷电路板中的CPU和主存等 部件，因此也被称为处理器－主存总线，有的系 统把它称为局部总线或处理器总线。底板式总线 通常用于连接系统中的各个功能模块，实现系统 中的各个电路板的连接。典型的有PCI总线、 VME总线等。 I/O总线：这类总线用于主机和I/O设备之间或计 算机系统之间的通信。由于这类连接涉及到许多 方面，包括：距离远近、速度快慢、工作方式等， 差异很大，所以I/O总线的种类很多。
6.1.1 总线的基本概念
6.1.1 总线的基本概念
3.系统总线的组成 一个系统总线通常由一组控制线、一组数据线和一 组地址线构成。也有些总线没有单独的地址线，地 址信息通过数据线来传送，这种情况称为数据线和 地址线复用。 数据线用来承载在源部件和目的部件之问传输的 信息，这个信息可能是数据、命令、或地址（如 果数据线和地址线复用的话）。 地址线用来给出源数据或目的数据所在的主存单 元或I/O端口的地址。 控制线用来控制对数据线和地址线的访问和使用。
教学过程
6.1
系统总线的结构 6.2 总线的控制、数据传输和接口 6.3 常用总线
6.1系统总线的结构
计算机系统中存储器、CPU等功能部件之间必须互 联，才能组成计算机系统。 部件之间的互联方式: 分散连接：各部件之间通过单独的连线互联 总线连接：将各个部件连接到一组公共信息传输 线上。总线结构的两个主要优点是 灵活：体现在新加部件可以很容易地加到总线 上并且部件可以在使用相同总线的计算机系统 之间互换 低成本。 现代计算机普遍使用的是总线互联结构。
总线的信号线类型有专用和复用两种。
专用信号线就是指这种信号线专门用来传送某一
计算机组成原理章节题库-总线系统(圣才出品)
第6章总线系统一、单项选择题1．数据总线、地址总线、控制总线是根据总线（）来划分的。
A．传送内容的不同B．所处位置的不同C．连接部件的不同D．所使用标准的不同【答案】A【解析】根据总线上传输内容的不同，可将总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
2．在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为总线，就其所传送的信息的性质而言，下列（）不是在公共通路上传送的信息。
A．数据信息B．地址信息C．系统信息D．控制信息【答案】C【解析】总线包括数据线、地址线和控制线，传送的信息分别为数据信息、地址信息和控制信息。
3．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／s【答案】B【解析】总线时钟频率为10MHz，一个总线周期占用2个时钟周期，故1s内共有5M 个总线周期；每个周期并行传输4字节信息，故总线带宽为5M／s×4B＝20MB／s。
4．关于挂接在总线上的多个部件，下列说法正确的是（）。
A．只能分时向总线发送数据，并只能分时从总线接收数据B．只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据C．可同时向总线发送数据，并同时从总线接收数据D．可同时向总线发送数据，但只能分时从总线接收数据【答案】B【解析】为了使总线上的数据不发生“碰撞”，挂接在总线上的多个设备任意时刻只能有一个设备可以向总线传送数据，而从总线上接收数据的设备可有多个，因为接收数据的设备不会对总线产生“干扰”。
5．系统级的总线是用来连接（）。
A．CPU内部的运算器和寄存器B．主机系统板上的所有部件C．主机系统板上的各个芯片D．系统中的各个功能模块或设备【答案】D【解析】按总线的连线类型不同，总线可分为：内部总线、局部总线、系统总线。
内部总线用来连接CPU内部运算器、控制器、寄存器等的数据通路。
计算机组成原理第6版(白中英)第6章总线系统
6
2. 系统总线的标准化
PC中，系统总线布设在主板上。
为什么主板能支持很多厂家的显卡……？ 原因是，系统总线是按标准制作的。
总线标准规定总线的物理特性、功能特性、电气特性 和时间特性。
微机中的标准总线：ISA总线 (16位，8MB/s)、 EISA (32 位 ， 33.3MB/s) 总 线 、 VESA 总 线 (32 位 ， 132MB/s) 、 PCI总线(64位，100MB/s) PCI-Express 1.0总线(250MB/s) 。
15
6.1.5 总线结构实例
南北桥芯片将CPU总线、PCI总 线、ISA总线连成整体。桥芯片 起到了信号速度缓冲、电平转换、
控制协议的转换作用。
16
CPU总线
• 也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32
位地址线的同步总线。
PCI总线
• 用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示卡适配
7
总线的主要参数
1.总线的带宽 （MB/s）
• 一定时间内总线上可传送的数据量
2.总线的位宽
• 总线能同时传送的数据位数。
即我们常说的32位、64位等总线宽度的概念。
3.总线的工作时钟频率 （MHz）
• 总线的时钟频率
f
1 T
1 时钟周期
8
总线带宽
总线传输数据的速度。单位：MB/s
[例6.1]：(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假 设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，则 总线带宽是多少? (2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线 时钟频率升为66MHz，则总线带宽是多少?
4
1. 总线的特性(续) 电气特性
2. 系统总线的标准化
PC中，系统总线布设在主板上。
为什么主板能支持很多厂家的显卡……？ 原因是，系统总线是按标准制作的。
总线标准规定总线的物理特性、功能特性、电气特性 和时间特性。
微机中的标准总线：ISA总线 (16位，8MB/s)、 EISA (32 位 ， 33.3MB/s) 总 线 、 VESA 总 线 (32 位 ， 132MB/s) 、 PCI总线(64位，100MB/s) PCI-Express 1.0总线(250MB/s) 。
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6.1.5 总线结构实例
南北桥芯片将CPU总线、PCI总 线、ISA总线连成整体。桥芯片 起到了信号速度缓冲、电平转换、
控制协议的转换作用。
16
CPU总线
• 也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32
位地址线的同步总线。
PCI总线
• 用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示卡适配
7
总线的主要参数
1.总线的带宽 （MB/s）
• 一定时间内总线上可传送的数据量
2.总线的位宽
• 总线能同时传送的数据位数。
即我们常说的32位、64位等总线宽度的概念。
3.总线的工作时钟频率 （MHz）
• 总线的时钟频率
f
1 T
1 时钟周期
8
总线带宽
总线传输数据的速度。单位：MB/s
[例6.1]：(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假 设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，则 总线带宽是多少? (2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线 时钟频率升为66MHz，则总线带宽是多少?
4
1. 总线的特性(续) 电气特性
总线系统
6.1.2 总线分类 1.按功能划分 按功能划分
（1）CPU内总线 CPU内总线 总线） CPU芯片内寄存器与算逻部件之间互连的总线。 ALU总线 CPU芯片内寄存器与算逻部件之间互连的总线。 ALU总线） 芯片内寄存器与算逻部件之间互连的总线 （ 单组数据线(单向、双向)或多组数据线，或多种总线。 单组数据线(单向、双向)或多组数据线，或多种总线。
5、总线标准
（1）什么是总线标准 对总线信号组成、信号引脚含义、信号电平等作统一规定。 对总线信号组成、信号引脚含义、信号电平等作统一规定。 （2）为何制定总线标准 便于灵活组成系统。 便于灵活组成系统。 （3）系统总线信号组成 电源、地址、数据、 电源、地址、数据、控制
时序：时钟、定时、应答 时序：时钟、定时、 数传控制：M读/写、IO读/写 数传控制： IO读 中断请求、响应 中断请求、 总线请求、响应 总线请求、 复位…… 复位
物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总 物理特性 线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等。 功能特性：描述总线中每一根线的功能。 功能特性 电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范 电气特性 围。送入CPU的信号叫输入信号(IN)，从CPU发出的信号 叫输出信号(OUT)。 时间特性：定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上 时间特性 各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。
第6 章
总线系统 总线系统
6.1 总线的概念和结构形态 6.1.1 总线的定义、特点和实体 总线的定义、 总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统 功能部件之间进行数据传送的公共通路。 分时共享的信息传送线路 1、定义： 一组能为多个部件分时共享的信息传送线路。 定义： 一组能为多个部件分时共享的信息传送线路。 2、特点： 分时、共享。 特点： 分时、共享。 3、实体： 一组传送线与相应控制逻辑 实体：
第六章 IO接口和总线
1、缓冲器 74LS244
单路基本组成：
真值表 A
B
G#
0
A
1
B
1
0 G
1
0
高阻
0
状态
1A1 1A2
/1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
244
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
需要输入设备送入信息，输出设备送出结果，这些输 入输出设备被称为外设。
通信：计算机（CPU）与外设间的数据、状态和控制
命令的交换过程统称为通信。
2、CPU与外设直接通信存在的问题 速度不匹配（CPU快，外设慢） 信号电平不匹配 （CPU使用TTL电平，外设多为机电设备） 信号格式不匹配 （CPU总线上为并行数字量，而外设有串行模拟量等） 时序不匹配 解决方案： 用I/O接口：把外设连接到CPU总线上的一组逻辑电 路的总称。用于协调外设与主机之间的信息交换。
2、译码的常用方法
线选法
利用一根地址线，产生指定的端口地址的选择信号。
A7
PORT1
当A7=1,选中PORT1，地址可为80H 当A6=1,选中PORT2，地址可为40H 当A5=1,选中PORT3，地址可为20H
A6
PORT2
对于PORT1，地址为81H，82H，83H
等仍可选中。
A5
PORT3
无条件输出电路例子 例：假设该端口号为
0# D0
80H，要想让0、2、4、
6号灯亮，如何编写
D1
1D 2D
总线技术介绍
主
ACK
从
6.1.4 总线传输和传输控制
3．半同步方式 wait/ready信号是单 信号是单 向的，不是互锁的。 向的，不是互锁的。 4． 4．分离方式 clk 总线读周期 读周期分成两个子周期 总线读周期分成两个子周期 address • 寻址子周期 data • 数据传送子周期 在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。 在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。 clk
靠靠靠 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9..........A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9..........E25 E26 E27 E28 E29 E30 E31 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9.......... F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9.......... B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31 靠靠靠 C1 C2 C3 C4 C5 C6......C17 C18 G1 G2 G3 G4 G5 G6......G17 G18 G19 H1 H2 H3 H4 H5 H6. ...H17 H18 H19 D1 D2 D3 D4 D5 D6. ...D17 D18
总线带宽又称总线的数据传输率， 总线带宽又称总线的数据传输率，是指在一定时间内总线上可 传送的数据总量，用每秒钟最大传送数据量来衡量。 传送的数据总量，用每秒钟最大传送数据量来衡量。
总线带宽或数据传输率=(总线宽度/8位 总线带宽或数据传输率=(总线宽度/8位)×总线频率 =(总线宽度/8
单位为MB/S（总线频率以MHz为单位） 单位为MB/S（总线频率以MHz为单位） MB/S MHz为单位
第六章 总线系统
总线结构——基本概念
CPU-CACHE 模块 存储器 模块 I/O 适配器 总线 控制器
数据传送总线（数据线、地址线、控制线）
仲裁总线
中断和同步总线 公用线
2016年11月14日1时24分 22
系统总线——总线接口
• 信息的传送方式 – 串行传送 在串行传送时，按顺序来传送表
示一个数码的所有二进制位(bit)的脉冲信号， 每次一位，被传送的数据需要在发送部件进行 并－－串变换，这称为拆卸，反之称为装配。 – 并行传送 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。
2016年11月14日1时24分
41
思考作业
• P235 • 1-20
2016年11月14日1时24分
42
I/O (Input-Output)总线与扩展槽
总线是计算机中的传输数据信号的通道，按并行方式传输信息。
微处理器 存储器 接口电路 外部设备
扩展槽的作用
I/O总线
输入/输出：
数据总线 控制总线 地址总线
主存 外设 256 64K
主存->存储总线-> AB=16->64K 外设->系统总线->AB=8 ->256字节
2016年11月14日1时24分 15
• 指令系统： • CPU访问主存、外设的指令由于总线的结 构不同而不同。 • 例：单总线：主存-外设统一编址 • 所以只有一条指令，如： • MOV A，0000H； A<-主存 • MOV A，FFE0H；A<-外设
2016年11月14日1时24分 31
系统总线——总线的仲裁、定时和数据传送模式
第六章总线(含练习题)
6.2 总线结构
系统总线
IOP (通道)
CPU 存储 总线
主存
I/O总线
I/O接口
…
I/O接口
I/O设备 1
…
I/O设备 n
三总线结构框图
多用于大、中型计算机系统； 可发展为多总线结构。 系统吞吐能力强； 以硬件为代价。
第六章 总线
6.3 总线控制 • 解决总线结构必须面对的两个问题— 一是总线争用时的仲裁； 二是通信的双方如何在时间上协调。 • 具体完成这些任务的是总线控制器。 6.3.1 总线判优控制 一、主设备和从设备的概念 • 按总线上所连接的设备对总线有无控 制功能分— • 主设备(主方、主模块)：
6.3 总线控制
• 优先次序体现在距离集中仲裁器的远 近； • 具体的查询电路略(见第八章)。 ( 3 )链式查询的特点 • 需要很少的信号线可以完成按既定优 先次序的总线仲裁； • 易于扩充设备； • 故障敏感； • 优先级安排可能造成低级别设备总是 用不上总线。
思考：计数器定时查询6.3 2.计数器定时查询方式中控制线的条数--
6.1 总线概述
教材P.213/185【例1】( 1 )某总线在一个总 线周期中并行传送4个字节的数据，假 设一个总线周期等于一个时钟周期，总 线时钟频率是33MHz，总线带宽是多 少？ 解答：用Dr表示总线带宽；总线时钟周期 为T=1/f；一个总线周期传送的数据量表 示为D；依据定义有： Dr=D/T=D×f=4B×33×106/s =132MB/s (若一个总线周期由4个T构成，总线带宽 是多少？)
6.3 总线控制
6.3 总线控制
例2：在异步串行传输系统中，若字符格 式为：1个起始位、8个数据位、1个奇 校验位、1个终止位，假设波特率为 1200bps，求这时的比特率。 解答： • 比特率为— 1200×（8/11）=872.73比特
第6章 总线系统
ITM TPIU FPB ROM表
4
数据观察点及跟踪单元，调试用。这是一个处理数据观察点功能的模块
仪器化跟踪宏单元 跟踪单元的接口单元。所有跟踪单元发出的调试信息都要先送给它，它再 转发给外部跟踪捕获硬件的。 Flash地址重载及断点单元 一个小的查找表，其中存储了配置信息
6.2 系统框图
• •
•
D-Code总线 ： D-Code 总线也是一条基于 AHB-Lite 总线协议的 32 位总线，
负责在 0x0000_0000 – 0x1FFF_FFFF 之间的数据访问操作。处
理器的总线接口会把非对齐的数据传送都转换成对齐的数据传 送。连接到 D-Code 总线上的任何设备都只需支持 AHB-Lite 的 对齐访问，不需要支持非对齐访问。
5
6.2 系统框图
• •
•
存储器保护单元：MPU是一个选配的单元，如果有，则它可 以把存储器分成一些 regions，并分别予以保护。例如，它可 以让某些 regions 在用户级下变成只读，从而阻止了一些用户 程序破坏关键数据。 BusMatrix：BusMatrix是CM3内部总线系统的核心。它是一 个AHB互连的网络，通过它可以让数据在不同的总线之间并 行传送（只要两个总线主机不试图访问同一块内存区域）。 BusMatrix还提供了附加的数据传送管理设施，包括一个写缓 冲以及一个按位操作的逻辑。 AHB to APB Bridge：是一个总线桥，用于把若干个APB设备 连接到CM3处理器的私有外设总线上。这些 APB设备常见于 调试组件。CM3还允许芯片厂商把附加的APB设备挂在这条 APB总线上，并通过APB接入其外部私有外设总线。
22
8
• •
6.2 系统框图
4
数据观察点及跟踪单元，调试用。这是一个处理数据观察点功能的模块
仪器化跟踪宏单元 跟踪单元的接口单元。所有跟踪单元发出的调试信息都要先送给它，它再 转发给外部跟踪捕获硬件的。 Flash地址重载及断点单元 一个小的查找表，其中存储了配置信息
6.2 系统框图
• •
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D-Code总线 ： D-Code 总线也是一条基于 AHB-Lite 总线协议的 32 位总线，
负责在 0x0000_0000 – 0x1FFF_FFFF 之间的数据访问操作。处
理器的总线接口会把非对齐的数据传送都转换成对齐的数据传 送。连接到 D-Code 总线上的任何设备都只需支持 AHB-Lite 的 对齐访问，不需要支持非对齐访问。
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6.2 系统框图
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存储器保护单元：MPU是一个选配的单元，如果有，则它可 以把存储器分成一些 regions，并分别予以保护。例如，它可 以让某些 regions 在用户级下变成只读，从而阻止了一些用户 程序破坏关键数据。 BusMatrix：BusMatrix是CM3内部总线系统的核心。它是一 个AHB互连的网络，通过它可以让数据在不同的总线之间并 行传送（只要两个总线主机不试图访问同一块内存区域）。 BusMatrix还提供了附加的数据传送管理设施，包括一个写缓 冲以及一个按位操作的逻辑。 AHB to APB Bridge：是一个总线桥，用于把若干个APB设备 连接到CM3处理器的私有外设总线上。这些 APB设备常见于 调试组件。CM3还允许芯片厂商把附加的APB设备挂在这条 APB总线上，并通过APB接入其外部私有外设总线。
22
8
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6.2 系统框图
考研计算机统考辅导系列 计算机组成原理 章节题库 (总线系统) 【圣才出品】
第6章总线系统一、单项选择题1．数据总线、地址总线、控制总线是根据总线（）来划分的。
A．传送内容的不同B．所处位置的不同C．连接部件的不同D．所使用标准的不同【答案】A【解析】根据总线上传输内容的不同，可将总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
2．在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为总线，就其所传送的信息的性质而言，下列（）不是在公共通路上传送的信息。
A．数据信息B．地址信息C．系统信息D．控制信息【答案】C【解析】总线包括数据线、地址线和控制线，传送的信息分别为数据信息、地址信息和控制信息。
3．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/s【答案】B【解析】总线时钟频率为10MHz，一个总线周期占用2个时钟周期，故1s内共有5M个总线周期；每个周期并行传输4字节信息，故总线带宽为5M/s×4B＝20MB/s。
4．关于挂接在总线上的多个部件，下列说法正确的是（）。
A．只能分时向总线发送数据，并只能分时从总线接收数据B．只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据C．可同时向总线发送数据，并同时从总线接收数据D．可同时向总线发送数据，但只能分时从总线接收数据【答案】B【解析】为了使总线上的数据不发生“碰撞”，挂接在总线上的多个设备任意时刻只能有一个设备可以向总线传送数据，而从总线上接收数据的设备可有多个，因为接收数据的设备不会对总线产生“干扰”。
5．系统级的总线是用来连接（）。
A．CPU内部的运算器和寄存器B．主机系统板上的所有部件C．主机系统板上的各个芯片D．系统中的各个功能模块或设备【答案】D【解析】按总线的连线类型不同，总线可分为：内部总线、局部总线、系统总线。
内部总线用来连接CPU内部运算器、控制器、寄存器等的数据通路。
第六章 微处理器8086的总线结构和时序
数据/地址分离电路(最小模式)
8086
ALE BHE/S7 A19-A16 /S6-S3
CPU总线
8282或 ’373
STB
系统总线
BHE 地址总线 A19 - A0 OE
AD15-AD0
8286或 ’245
D15 - D0 数据总线 DEN DT/ R OE DIR
总线电路中常用的芯片
• 三态总线驱动器 –驱动、隔离 –单向、双向
注：80286以后的CPU不再区分这两种工 作模式
。
最大模式下的连接示意图
ALE
地址 锁存器
地址总线
时钟发 生 器 8284A
8088 CPU
8282
数据总线 缓冲器
数据总线
8286
总 线 控制器
GND
MN/MX
控制总线
8288
CLK
• 8288总线控制器 • 最大模式下， 8288总线控制器产生某些 CPU不再提供的控制信号。 • 8288产生的信号包括：
8086微处理器采用40条引脚的双列直插式 封装。采用分时复用的地址/数据总线，其部 分引脚具有两种功能。8086微处理器有两种 工作方式：
1、最小工作方式：
最小模式是由单微处理器组成的小系统， 在这种方式中，有8086CPU直接产生小系统 （存储器和I/O）所需要的全部控制信号。 这种模式是单处理机模式，控制信号较少， 一般可不必外接总线控制器。
• 锁存器
–信息缓存（有些同时具有总线驱动 能力） –信息分离（如地址与数据的分离）
①
三态总线驱动器
输入
输出
输入
输出
OE
OE
输入
输出
输入
第6章 I2C串行总线
(2) 数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号，既包括地址信号，又包括真正 的数据信号，都必须是整数字节。 起始信号后必须传送一个从机地址(7bit)+数据传送方向位 (1bit)，其中"0"表示主机发、"1"表示主机收。每次数据传送 总是由主机产生的终止信号结束。 若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，可以不产生 终止信号，马上再次发出起始信号+地址信号，对另一从机进 行寻址。
请求访问总线的主机发出起始信号后，发送起始字
节（0000 0001），另一个单片机可以用一个比较低 的速率采样SDA线，直到检测到起始字节中的7个 “0”中的一个为止。在检测到SDA线上的高电平后， 单片机就可以用较高的采样速率，以便寻找作为同 步信号使用的第二个起始信号Sr。 在起始信号后的应答时钟脉冲仅仅是为了和总线所 使用的格式一致，并不要求器件在这个脉冲期间作 应答。
(2) 数据帧格式
a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送 过程中不变：
注： 有阴影部分表示数据方向主机->从机， 无阴影部分表示数据方向主机<-从机 A: 应答，A: 非应答(高电平) S: 起始信号，P: 终止信号
(2) 数据帧格式
b、主机在第一个字节后立即从从机读数据
c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信 号和从机地址都被重复产生一次，但两次读写方向 正好相反。
P1.0 P1.1
I2C器件
SCL
80C51
发送起始信号
SDA BIT P1.0 SCL BIT P1.1 BSTART: SETB SDA ;Make sure data is high SETB SCL ;Set clock high NOP NOP CLR SDA;Down edge occurs on SDA during high clock for START NOP NOP CLR SCL ;Start data transmission RET
计算机组成原理系统总线
第六章系统总线第一节总线的基本概念一、总线的分类1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。
2．系统总线：连接计算机系统中各个功能模块或设备的总线，作为计算机硬件系统的主干。
3．内部总线：连接CPU内部各部件的总线。
4．总线的分类：①按传送格式分为：串行总线、并行总线；②按时序控制方式分为：同步总线、异步总线；③按功能分为：系统总线、CPU内部总线、各种局部总线。
④按数据传输方向分为：单工总线和双工总线，双工总线又分为半双工总线和全双工总线。
历年真题1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。
（2001年）2．下列说法中正确的是（）。
（2003年）A．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息B．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息C．半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息D．半双工总线可以在两个方向上同时传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息【分析】根据总线上信号的传递方向，总线可分为单向传输（单工）总线和双向传输（双工）总线，而双工总线又可分为半双工总线和全双工总线。
其中单工总线只能向一个方向传递信号，半双工总线可以在两个方向上轮流传递信号，全双工总线可以在两个方向上同时传递信号。
【答案】C二、总线的信息传输方式1．串行传输：是指数据的传输在一条线路上按位进行。
（只需一条数据传输线，线路的成本低，适合于长距离的数据传输）。
在串行传输时，被传输的数据在发送设备中进行并行到串行的变换，在接收设备中进行串行到并行的变换。
2．并行传输：每个数据位都需要单独一条传输线，所有的数据位同时进行传输。
3．复合传输：又称总线复用的传输方式，它使不同的信号在同一条信号线上传输，不同的信号在不同的时间片中轮流地身总线的同一条信号线上发出。
第6 章 网关与诊断总线系统故障检修
图6-6 奥迪2003款A8乘用车网关J533实 物图
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图6-7 奥迪2003 款A8 乘用车网关J533 所连接的总线
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图6-8 奥迪2003 款A8 乘用车网关J533 的电路图
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图6-9 奥迪2004款A3乘用车网关J533的 安装位置
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图6-10 奥迪2004款A3乘用车网关J533 的连接电路图
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6.2 诊断总线
• 如图6-21所示为汽车故障诊断仪VAS5051与故障诊断接口的连接示 意图，从中既可以看出诊断连接导线的作用（用于连接新型诊断接口 和汽车故障诊断仪），又可以看出故障信息的传输过程。
• 6.2.3 宝马车系的诊断CAN总线
• 1.D-CAN总线 • 宝马汽车集团将BMW车系的诊断CAN总线称为D-CAN总线。D-CAN
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6.1 网 关
• 例如，从一个房间走向另一个房间，需要经过一扇门。同理，从一个 网络向另一个网络发送信息，也需要经过一道“关口”，这道关口就 是网关。
• 2.网关的作用 • （1）网关可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBD-Ⅱ诊断数据
语言，方便诊断。 • （2）网关可以实现低速网络和高速网络的信息共享。 • （3）与计算机系统中的网关作用一样，负责接收和发送信息。 • （4）激活和监控局域网的工作状态。 • （5）实现汽车网络系统内数据的同步性。 • （6）对信息标识符做翻译。
第6 章 网关与诊断总线系统故障检修
• 6.1 网关 • 6.2 诊断总线
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6.1 网 关
• 6.1.1 网关的作用和工作原理
• 1.网关的定义 • 网关（gateway，GW）是在采用不同体系结构或协议的网络之间进
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D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
t
串行通信的信息传送速度低慢，信息率低，但串行通信的成本低，适合 远距离传输。 波特率：每秒传送的二进制数的位数。 标准波特率：110 300 600 1200 1800 2400 4800 9600 19200
－串行通信中的数据帧格式 串行通信中数据以单个字符为单位在信道上传输，两个字 符之间的传输间隔是任意的，所以每个字符的前后要加上一些 特殊的数位作为分割位。
－异步定时
在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的 出现，即建立在应答式或互锁机制基础上。在这种系统中，不需要统一的 共公时钟信号。总线周期的长度是可变的。 状态 „„ 地址 读命令 „„ 数据 确认 „„ „„
总线数据传送模式
写后读、读修改写操作：只给出 地址一次，进行先读后写操作或 进行先写后读操作。前者用于修 改指定端口寄存器的某几位，后 者用于校验目的。 广播、广集操作：一般而言，数 据传送只在一个主方和一个从方 之间进行。但有的总线允许一个 主方对多个从方进行写操作，这 种操作称为广播。广集是将选定 的多个从方数据在总线上完成或 操作，用以检测多个中断源。
系统总线
I/O接口
…
I/O接口
CPU
存储总线
主存
外部 设备1
…
外部 设备n
－多总线结构：CPU与CACHE之间采用高速的CPU总线；主存连接在系统总线 上；通过桥，系统总线、CPU总线和高速总线连接，高速总线连接高速的并 行外设(如网卡、视频卡、硬盘控制器）；通过扩展总线接口，扩展总线和 高速总线相连，扩展总线连接低速的串行设备(如键盘，调制解调器)。
6.5 HOST总线和PCI总线
多总线结构
HOST PCI总线：连接各种高速的 总线：连接“北桥”芯片与 PCI设备。 CPU之间的信息通路，它 PCI是一个与处理器 是一个 无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线。 64位数据线和32位地址线的同步总线。32位的地 LAGACY总线：可以是 ISA ，EISA，MCA等这类性能较低的 址线可支持处理器 4GB 的存储寻址空间。总线上还接有 L2 传统总线，以便充分利用市场上丰富的适配器卡，支持 级 cache，主存与cache控制器芯片。 中、低速I/O设备。
－并行通信：并行通信就是把一个字符的各数据位用几条传输 线同时进行传输。
D0 D1
优点： 实际的传输速度快，信息率高。 缺点： 随着传输距离的增加，电缆开销大。
… …
… …
D7
… …
t
总线接口的概念
总线接口也称为I/O接口，即I/O设备控制器，具体指CPU和 主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。
BS -总线忙 BR-总线请求
数据线 地址线
0 1
计数器
总 线 控 制 部 件
设备地址
BS BR
I/O接口0
I/O接口1
…
I/O接口n
－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
总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总 线性能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。 例： 1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个 总线周期等于一个时钟周期，总线时钟频率为33MHz，则总线带 宽是多少? 2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率提升 为66MHz，则总线带宽是多少? 解： 1)设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线 周期传送的数据量用D表示，则 Dr = D/T = D×1/T= D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s 2) Dr = D/T = D×1/T= D×f =8B×66×1000000/s=528MB/s
分布式仲裁
分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在 的主功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。 当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁 号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲 裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号进行比 较。如果仲裁总线上的仲裁号大，则它的总线 请求不予响应，并撤消它的仲裁号。 最后，最大仲裁号保留在仲裁总线上。显 然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。
I/O接口
CPU 主存 外部设备1
I/O接口
„
I/O接口
外部设备2
„ 外部设备n
单总线结构要求连到总线上的逻辑部件必须高速运行，设备需要使用 总线时能迅速获得总线控制权；不再使用总线时能迅速放弃总线控制权。
－双总线结构：这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又 在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线 与存储器交换信息，并减轻了系统总线的负担，同时主存仍可通过系统总 线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。
单总线（系统总线）
I/O接口
CPU 主存 外部设备1
I/O接口
„
I/O接口
外部设备2
„
外部设备n
为什么使用I/O接口： 外设的种类繁多，而存储器的种类单一，必须经过接口电路连接到总 线上；外设的速度较慢，而存储器的速度较快，必须经过接口电路进行数 据的缓冲和锁存；外设的信号多种多样，必须经过接口电路转换成处理器 可以识别的信号。 I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备 用计算机所要求的形式发送或接受信息。
－I/O接口的基本结构
数据线 C P U 地址线 数据缓冲 寄存器 I/O接口
控制线
状态线 状态 寄存器
控 制 逻 辑 电 路
设备选 择电路
数据线
外 控制 部 设 备
控制寄存器
状态
端口：CPU能够直接访问的I/O接口内部的寄存器称为端口 端口号：每一个端口的访问地址
-I/O接口的功能
控制功能
能接收来自CPU的控制命令来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备 缓冲功能 在外围设备和计算机其他部件之间作为一个缓冲器，补偿速度差异 状态功能 监视外围设备的工作状态并保存状态信息，供CPU查询 转化功能 完成任何要求的数据转换，例如串-并变换和并-串变换。 程序中断功能 当外围设备请求CPU某种动作时，接口模块能够向CPU发出中断请求信 号，例如外围设备完成一次操作或出现一个错误，接口发出中断 复位功能 接口能接收复位信号，使接口本身和外设重启 错误检查功能 对输入输出的数据进行校验，检查传送中的错误
－同步定时
在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线的时钟信号来确 定。由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统 一时钟规定，因此，同步定时具有较高的传输频率。
同步式数据输入
时钟 T1 地址 读命令 T2 T3 T4
数据
同步式数据输出
总线传输周期
时钟
T1
地址
T2
T3
T4
数据 写命令
集中式仲裁
集中式仲裁中每个功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条是送往仲 裁器的总线请求信号线BR，一条是仲裁器送出的总线授权信号线BG。 －链式查询方式
数据线
总 线 控 制 部 件
地址线
BS BR
BS-总线忙 BR-总线请求 BG-总线同意
I/O接口0 BG
I/O接口1
…
I/O接口n
…
－计数器定时查询方式
第n个字符
LSB 0 起始位 0/1 0/1 „ 0/1 MSB 0/1 0/1 奇偶 校验 有 /无 1 1 1 空闲 位 不限 0 0/1
第n+1个字符
数据位(5～8位) 先低后高位)
停止位 1,1.5或 2位
1位
起始位:1位,低电平，表示一个字符开始传递 数据位:5～8位,先低位后高位 校验位:1位/0位,奇偶校验 停止位:1位、1.5位或2位,高电平，表示字符传递结束
6.4 总线的定时
总线的定时
总线的一次信息传递，大致可以分为以下几个步骤：
请求总线阶段 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 主模块撤销有关信息
为了约定主从双方的操作，必须制定定时协议。定时：事件出现在 总线上的时序关系。数据传递的几种定时方式是： 1）同步定时：由统一时序控制数据传送 2）异步定时：采用应答方式，没有公共时钟标准 3）半同步定时：同步定时和异步定时结合
总线的连接方式
大多数总线以相同的方式构成，不同之处仅在于数据线和地址线的宽 度，以及控制线的多少及功能。然而，总线的排列布置以及与其他各类部 件的连接方式对计算机性能有很大的影响，根据连接方式不同，总线结构 有以下类型： －单总线结构：使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备 单总线（系统总线）
第6章 总线系统
本章内容：
总线的基本概念 总线的连接方式 总线信息传递方式 总线接口的概念 总线仲裁的方式 总线的定时方式
6.1 总线的概念和结构形态
总线的基本概念
计算机的若干功能部件之间不可能采用全互联形式，因此就需要有公 共的信息通道，即总线。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。 总线可分为三类： 1）内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。 2）系统总线：也叫外部总线。CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互 连接的总线。 3）I/O总线：中低速I/O设备相互连接的总线。 总线的特性可分为：物理特性、功能特性、电气特性、时间特性 为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用，就需要进行系统 总线的标准化工作。目前，已经出现了很多总线标准，如AGP、PCI、ISA、 STD等。
t
串行通信的信息传送速度低慢，信息率低，但串行通信的成本低，适合 远距离传输。 波特率：每秒传送的二进制数的位数。 标准波特率：110 300 600 1200 1800 2400 4800 9600 19200
－串行通信中的数据帧格式 串行通信中数据以单个字符为单位在信道上传输，两个字 符之间的传输间隔是任意的，所以每个字符的前后要加上一些 特殊的数位作为分割位。
－异步定时
在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的 出现，即建立在应答式或互锁机制基础上。在这种系统中，不需要统一的 共公时钟信号。总线周期的长度是可变的。 状态 „„ 地址 读命令 „„ 数据 确认 „„ „„
总线数据传送模式
写后读、读修改写操作：只给出 地址一次，进行先读后写操作或 进行先写后读操作。前者用于修 改指定端口寄存器的某几位，后 者用于校验目的。 广播、广集操作：一般而言，数 据传送只在一个主方和一个从方 之间进行。但有的总线允许一个 主方对多个从方进行写操作，这 种操作称为广播。广集是将选定 的多个从方数据在总线上完成或 操作，用以检测多个中断源。
系统总线
I/O接口
…
I/O接口
CPU
存储总线
主存
外部 设备1
…
外部 设备n
－多总线结构：CPU与CACHE之间采用高速的CPU总线；主存连接在系统总线 上；通过桥，系统总线、CPU总线和高速总线连接，高速总线连接高速的并 行外设(如网卡、视频卡、硬盘控制器）；通过扩展总线接口，扩展总线和 高速总线相连，扩展总线连接低速的串行设备(如键盘，调制解调器)。
6.5 HOST总线和PCI总线
多总线结构
HOST PCI总线：连接各种高速的 总线：连接“北桥”芯片与 PCI设备。 CPU之间的信息通路，它 PCI是一个与处理器 是一个 无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线。 64位数据线和32位地址线的同步总线。32位的地 LAGACY总线：可以是 ISA ，EISA，MCA等这类性能较低的 址线可支持处理器 4GB 的存储寻址空间。总线上还接有 L2 传统总线，以便充分利用市场上丰富的适配器卡，支持 级 cache，主存与cache控制器芯片。 中、低速I/O设备。
－并行通信：并行通信就是把一个字符的各数据位用几条传输 线同时进行传输。
D0 D1
优点： 实际的传输速度快，信息率高。 缺点： 随着传输距离的增加，电缆开销大。
… …
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… …
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总线接口的概念
总线接口也称为I/O接口，即I/O设备控制器，具体指CPU和 主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。
BS -总线忙 BR-总线请求
数据线 地址线
0 1
计数器
总 线 控 制 部 件
设备地址
BS BR
I/O接口0
I/O接口1
…
I/O接口n
－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
总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总 线性能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。 例： 1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个 总线周期等于一个时钟周期，总线时钟频率为33MHz，则总线带 宽是多少? 2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率提升 为66MHz，则总线带宽是多少? 解： 1)设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线 周期传送的数据量用D表示，则 Dr = D/T = D×1/T= D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s 2) Dr = D/T = D×1/T= D×f =8B×66×1000000/s=528MB/s
分布式仲裁
分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在 的主功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。 当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁 号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲 裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号进行比 较。如果仲裁总线上的仲裁号大，则它的总线 请求不予响应，并撤消它的仲裁号。 最后，最大仲裁号保留在仲裁总线上。显 然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。
I/O接口
CPU 主存 外部设备1
I/O接口
„
I/O接口
外部设备2
„ 外部设备n
单总线结构要求连到总线上的逻辑部件必须高速运行，设备需要使用 总线时能迅速获得总线控制权；不再使用总线时能迅速放弃总线控制权。
－双总线结构：这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又 在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线 与存储器交换信息，并减轻了系统总线的负担，同时主存仍可通过系统总 线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。
单总线（系统总线）
I/O接口
CPU 主存 外部设备1
I/O接口
„
I/O接口
外部设备2
„
外部设备n
为什么使用I/O接口： 外设的种类繁多，而存储器的种类单一，必须经过接口电路连接到总 线上；外设的速度较慢，而存储器的速度较快，必须经过接口电路进行数 据的缓冲和锁存；外设的信号多种多样，必须经过接口电路转换成处理器 可以识别的信号。 I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备 用计算机所要求的形式发送或接受信息。
－I/O接口的基本结构
数据线 C P U 地址线 数据缓冲 寄存器 I/O接口
控制线
状态线 状态 寄存器
控 制 逻 辑 电 路
设备选 择电路
数据线
外 控制 部 设 备
控制寄存器
状态
端口：CPU能够直接访问的I/O接口内部的寄存器称为端口 端口号：每一个端口的访问地址
-I/O接口的功能
控制功能
能接收来自CPU的控制命令来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备 缓冲功能 在外围设备和计算机其他部件之间作为一个缓冲器，补偿速度差异 状态功能 监视外围设备的工作状态并保存状态信息，供CPU查询 转化功能 完成任何要求的数据转换，例如串-并变换和并-串变换。 程序中断功能 当外围设备请求CPU某种动作时，接口模块能够向CPU发出中断请求信 号，例如外围设备完成一次操作或出现一个错误，接口发出中断 复位功能 接口能接收复位信号，使接口本身和外设重启 错误检查功能 对输入输出的数据进行校验，检查传送中的错误
－同步定时
在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线的时钟信号来确 定。由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统 一时钟规定，因此，同步定时具有较高的传输频率。
同步式数据输入
时钟 T1 地址 读命令 T2 T3 T4
数据
同步式数据输出
总线传输周期
时钟
T1
地址
T2
T3
T4
数据 写命令
集中式仲裁
集中式仲裁中每个功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条是送往仲 裁器的总线请求信号线BR，一条是仲裁器送出的总线授权信号线BG。 －链式查询方式
数据线
总 线 控 制 部 件
地址线
BS BR
BS-总线忙 BR-总线请求 BG-总线同意
I/O接口0 BG
I/O接口1
…
I/O接口n
…
－计数器定时查询方式
第n个字符
LSB 0 起始位 0/1 0/1 „ 0/1 MSB 0/1 0/1 奇偶 校验 有 /无 1 1 1 空闲 位 不限 0 0/1
第n+1个字符
数据位(5～8位) 先低后高位)
停止位 1,1.5或 2位
1位
起始位:1位,低电平，表示一个字符开始传递 数据位:5～8位,先低位后高位 校验位:1位/0位,奇偶校验 停止位:1位、1.5位或2位,高电平，表示字符传递结束
6.4 总线的定时
总线的定时
总线的一次信息传递，大致可以分为以下几个步骤：
请求总线阶段 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 主模块撤销有关信息
为了约定主从双方的操作，必须制定定时协议。定时：事件出现在 总线上的时序关系。数据传递的几种定时方式是： 1）同步定时：由统一时序控制数据传送 2）异步定时：采用应答方式，没有公共时钟标准 3）半同步定时：同步定时和异步定时结合
总线的连接方式
大多数总线以相同的方式构成，不同之处仅在于数据线和地址线的宽 度，以及控制线的多少及功能。然而，总线的排列布置以及与其他各类部 件的连接方式对计算机性能有很大的影响，根据连接方式不同，总线结构 有以下类型： －单总线结构：使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备 单总线（系统总线）
第6章 总线系统
本章内容：
总线的基本概念 总线的连接方式 总线信息传递方式 总线接口的概念 总线仲裁的方式 总线的定时方式
6.1 总线的概念和结构形态
总线的基本概念
计算机的若干功能部件之间不可能采用全互联形式，因此就需要有公 共的信息通道，即总线。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。 总线可分为三类： 1）内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。 2）系统总线：也叫外部总线。CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互 连接的总线。 3）I/O总线：中低速I/O设备相互连接的总线。 总线的特性可分为：物理特性、功能特性、电气特性、时间特性 为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用，就需要进行系统 总线的标准化工作。目前，已经出现了很多总线标准，如AGP、PCI、ISA、 STD等。