计算机组成原理第7章

• 控制总线中典型的控制信号包括：
– （1）存储器写(Memory Write)：将数据总线上的数据写入被寻址的存储 单元。
– （2）存储器读(Memory Read)：将所寻址的存储单元中的数据放到数据 总线上。
– （3）I/O写（I/O Write）：将数据总线上的数据输出到被寻址的I/O端口 内。
第七章 总线
• 总线是连接多个部件的信息传输线，是各 种部件共享的传输介质。总线概念与总线
分类已经在第一章中进行了论述。从狭义 的角度来说，总线就是指连接CPU、主存 、I/O各大计算机部件的系统总线。本章主 要讨论的就是这类总线。
7.1 总线概述
7.1.1 总线的组成
• 连接计算机主要部件的总线称为系统总线。计算机系统含 有多种总线，他们在计算机系统的各个层次提供部件之间 的通路。
• 目前流行的总线标准有：
• 1．ISA (Industrial Standard Architecture)总线。它是IBM为了 采用全16位的CPU而推出的，又称AT总线，它使用的总线时钟 独立于CPU，因此CPU可以采用比总线频率更高的时钟，它有 利于CPU性能的提高；由于ISA总线没有支持总线仲裁的硬件 逻辑，因此它不能支持多台主设备（即不支持多台具有申请总 线控制权的设备）系统；由于ISA上的所有数据的传送必须通 过CPU或DMA（直接存储器存取）接口来管理，因此使CPU花 费了大量时间来控制与外部设备交换数据。ISA总线时钟频率 为8MHz，最大传输率为16MB/s，数据线为16位，地址线为24 位。
2MB/s
266MB/s
IBM个人机 与工作站
40MB/s
P5个人机
PowerPC, Alpha 工 作 站
133MB/s
总线宽度 总线工作
频率
16位 8MHz
32位 8.33MHz
8位 2MHz
32位 66MHz
32位 10MHz
32位 0-33MHz
同步方式
仲裁方式
地址宽度
负载能力 信号线数 64位扩展 并发工作 引脚使用
• 2．.EISA（Extended Industrial Standard Architecture）总线 。它是一种在ISA基础上扩充开发的总线标准，与ISA可以完全 兼容。它从CPU中分离出了总线控制权，是一种具有智能化的 总线，能支持多总线主控和突发方式的传输，提供多处理器控 制功能。EISA总线的时钟频率为8MHz，最大传输率为33MB/s ，数据总线为32位，地址总线为32位，扩充DMA访问范围达 232。但由于其结构比较复杂，成本高，并未得到广泛推广。
– （4）I/O读（I/O Read）：从被寻址的I/O端口的数据放到数据总线上。 – （5）总线请求（Bus Request）：表示某个模块需要获得总线的控制。 – （6）总线允许（Bus Grant）：表示发出请求的模块已经被允许控制总
线。
– （7）数据确认（Date ACK）：表示数据已经被接收，或已经放到了总 线上。
表7-1几种流行的微型计算机总线性能
名称
ISA
EISA
STD
VESA
MCA
PCI
(PC-AT)
(VL-BUS)
适用 机型
最大 传输率
Z-80 ， V20 ，
80286，386，386，486， V40IBM-PC I486,PC-AT
486系列机 586
系列机
兼容机
IBM系列机
15MB/s
33MB/s
– 1、总线宽度：它是指数据总线的根数，用bit（位）表示， 如8位、16位、32位、64位（即8根、16根、32根、64根） 。
– 2、标准传输率：即在总线上每秒能传输的最大字节量，用 MB/s（每秒多少兆字节）表示。如总线工作频率为33MHz, 总线宽度为32位，则它最大的传输率为132MB/s。
– 3、时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称 同步总线，与时钟不同步工作的总线称异步总线。
– 4、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，地址总线传输地址码，数据总线传输数据信息。 为了提高总线的利用率，优化设计，将地址总线和数据总线 共用一组物理线路，只是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。这叫做总线的多路复用。
– （8）中断请求（Interrupt Request）：表示某个中断正在请求。 – （9）中断确认（Interrupt ACK）：确认请求的中断已经被识别。 – （10）时钟（Clock）：用于同步操作。 – （11）复位（Reset）：初始化所有模块。
7.1.2 总线性能指标
• 总线性能指标包括：
同步
异步
集中
集中
集中
集中
24 8 不可
非多路复用
32 6 143 无规定
非多路复用
20 无限制
不可
非多路复用
6
90 可 可 非多路复用
同步
无限制 109 可
32/64
3 49 可 可 多路复用
7.1.3 总线标准
• 所谓总线标准，可视为系统与各模块、模 块与其它模块之间的一个互连的标准界面 。这个界面对它两端的模块都是透明的。 界面的任何一方只需根据总线标准的要求 完成自身一面接口的功能，而不必了解对 方接口与总线的连接要求。
– 5、信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线 数的总和。
– 6、总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、 逻辑方式、计数方式等。
– 7、其它指标：如负载能力问题。由于不同的电路对总的 负载是不同的，即使同一电路板在不同的工作频率下，总线 的负载也是不同的，因此，总线负载能力的指标不是太严格 的。通常用可连接扩充电路板数来反映总线的负载能力。此 外，还有如电源电压是5V还是3V、总线能否扩展64位宽度 等等，这些指标也十分重要
• 系统总线通常包含50～100条分立的线，由数据总线、地 址总线、控制总线和电源线组成。
– 1、数据总线：用来传送各功能部件之间的数据信息。 – 2、地址总线：主要用来指出数据总线上的数据在主存单元
或I/O端口的地址。 – 3、控制总线：用来控制对数据总线、地址总线的访问和使
用。
– 4、电源线与地线：用来提供计算机合理、可靠地工作。电 源体系的可靠与合理布局，是正常工作的先决条件，一般采 用双面复接技术。