计算机组成原理第六章总线原理

• 控制总线CB
• 用来传送控制信号和时序信号。控制 信号中，有的是微处理器送往存储器和输 入输出接口电路的，如读/写信号，片选信 号、中断响应信号等；也有是其它部件反 馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位 信号、总线请求信号、限备就绪信号等。 因此，控制总线的传送方向由具体控制信 号而定，一般是双向的，控制总线的位数 要根据系统的实际控制需要而定。实际上 控制总线的具体情况主要取决于CPU。
1.
总线系统
物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的
根数，总线的插头、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。
电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有 效电平范围。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 总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误 地使用。
(2)传送数据：取出指令之后，CPU将检查 操作码。操作码规定了对数据要执行什么操作， 以及数据是流进CPU还是流出CPU。
(3)I/O操作：如果该指令地址字段对应的 是外围设备地址，则外围设备译码器予以响应， 从而在CPU和与该地址相对应的外围设备之间 发生数据传送，而数据传送的方向由指令操作 码决定。
计算机组成原理
第六章 总线系统
本章内容：
课程教学要求
6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式 6.4 PCI总线 6.5 ISA总线和Future+总线 本章小结
总线系统
6.1 总线的概念和结构形态
6.1.1 总线的基本概念 6.1.2 总线的连接方式 6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响 6.1.4 总线的内部结构 6.1.5 总线结构实例
总线系统
1.单总线结构
在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的 系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总 线结构。此时要求连接到总线上的逻辑部件必须高 速运行，以便在某些设备需要使用总线时能迅速获 得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃 总线控制权。
(1)取指令：当CPU取一条指令时，首先把 程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总 线上。在“取指令”情况下的地址是主存地址, 此时该地址所指定的主存单元的内容一定是一 条指令，而且将被传送给CPU。
【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? 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
总线系统
2.总线的标准化
相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的 各功能部件在实现方法上几乎没有相同的，但各厂家 生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因在于它 们都遵守了相同的系统总线的要求，这就是系统总线 的标准化问题。
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)
• I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接 的总线。
• 此外，为了解决CPU与高速外设之间传输 速度慢的"瓶颈"问题，出现了两种局部总线， 它们是：
• VESA视频电子标准协会局部总线，简 称VL总线.
• PCI外围部件互连局部总线，简称PCI总 线. 奔腾主板多采用PCI总线。 目前，继PCI 之后又开发了更外围的接口总线，它们是： USB通用串行总线。IEEE1394(美国电气及 电子工程师协会1394标准)俗称"火线(Fire Ware)"。
Internal Bus内部总线
• CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的 总线。
• SPI总线 ：串行外围设备接口SPI总线技术 是Motorola公司推出的一种同步串行接口。
• SCI总线 ：串行通信接口SCI也是由 Motorola公司推出的。它是一种通用异步 通信接口。
系统总线
• 系统总线又称板级总线。因为该总线是用 来连接微机各功能部件而构成一个完整微 机的，所以称之为系统总线。
根据定义可得: Dr = D0000/s=132MB/s
(2)64位=8B， Dr= D×f
=8B×66×1000000/s=528MB/s
6.1.2 总线的连接方式
• 单机系统中总线结构的两种基本类型：单 总线和多总线。
6.1.2 总线的连接方式
• 系统总线上传送的信息包括数据信息、地 址信息、控制信息，因此，系统总线包含 有三种不同功能的总线，即DB（Data Bus）、AB（Address Bus）和CB （Control Bus）
• 数据总线DB用于传送数据信息。数据总线 是双向三态形式的总线，既可以把CPU的 数据传送到存储器或I／O接口等其它部件， 也可以将其它部件的数据传送到CPU。
• 数据总线的位数是计算机的一个重要指标， 通常与微处理器的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度 也是16位。需要指出的是，数据的含义是 广义的，它可以是真正的数据，也可以指 令代码或状态信息，有时甚至是一个控制 信息。
• 地址总线AB
• 是专门用来传送地址的，由于地址只 能从CPU传向外部存储器或输入输出端口， 所以地址总线总是单向三态的，这与数据 总线不同。地址总线的位数决定了CPU可 直接寻址的内存空间大小，一般来说，若 地址总线为n位，则可寻址空间为2的n次方 字节。
6.1.1 总线的基本概念
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。借助于总线连接，计算机在各系统功能 部件之间实现地址、数据和控制信息的交换， 并在争用资源的基础上进行工作。
• 一个单处理器系统中的总线，大致分为三类： • (1)内部总线。 • (2)系统总线。 • (3)I/O总线。
• (4)DMA操作: 某些外围设备也可以指定地址。 如果一个由外围设备指定的地址对应于一个 主存单元，则主存予以响应，于是在主存和 外设间将进行直接存储器传送(DMA)。