第三章系统总线V
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计算机组成原理
第3章 系统总线
2013年2月6日
第三章系统总线V
为什么要用总线?
计算机
存储器
I/O
系统总线
CPU
第三章系统总线V
系统互联
• 分散连接
– 内部连线十分复杂，布 线困难
– 扩展性差 – 效率高
输入设备
存储器 运算器 控制器
输出设备
• 总线连接
主机 processor
– 简洁、成本低
– 扩展性好、灵活
C.提供时序信号
D.提供主存、I/O接口设备的响应信号
3.在__A____的微型计算机系统中，外设可和主存贮器单元统一 编址 ，因此可以不使用I / O指令。 A.单总线 B.双总线 C.三总线 D.多总线
第三章系统总线V
3.3.4 总线标准
模块 标 准 界
系统
面
模块 系统
ISA
总 线
EISA
标 VL-BUS 准
第三章系统总线V
3.3 总线特性及性能指标
3.3.1 总线物理实现
CPU 插件板
M.M 插件板
I/O 插件板
BUS
第三章系统总线V
3.3.2 总线特性
• 1、机械特性：是指总线在机械连接方式上的一些 性能。
– 如插头和插座使用的标准，它们的几何尺寸、形状、引 脚的个数以及排列的顺序，接头处的可靠接触等等。
– 又叫板级总线和板间总线
I/O Interface （adapter）
I/O Interface （adapter）
– 如ISA、PCI等。
• 通信总线（I/O总线）
I/O device
I/O device
– 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。
通信总线
– IDE、SCSI、USB、R第S三－章系2统3总2线V
2、总线上信息的传送
串行
并行
第三章系统总线V
总线
• 定义：是连接多个部件的传输线
– 总线的关键特征是共享传输线。
• 总线的两个特点：
– 任意时刻只能有一个设备向总线发送信息
• 系统瓶颈
– 多个部件可以同时从总线接受相同的信息
• 广播式
主机 processor memory
I/O Interface （adapter）
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
传输方式
串行通信总线
并行通信总线
第三章系统总线V
总线分类——按功能
• 数据总线（DB）
– 双向，宽度差别
• 地址总线（AB）
– 单向，宽度与寻址空间有关
• 控制总线（CB）
– 命令和状态
总线也包括电 源线和地线！
• 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。
• 负载能力：通常用可连接扩增电路板数来反映总线 的负载能力。
– 由于不同的电路对总线的负载是不同的，即使同一电路在 不同的工作频率下，总线的负载也是不同的。因此，总线 负载能力的指标是不太严格的。
• 7、其他：如电源电压是5V还是3.3V、总线能否扩 展至64位宽度等。
I/O Interface （adapter）
I/O device
I/O device
第三章系统总线V
3.2 总线的分类
1.片内总线 芯片内部 的总线
2.系统总线 计算机各部件之间 的信息传输线
数据总线 双向 与机器字长、存储字长有关
地址总线 控制总线
单向 与存储地址、 I/O地址有关 有出 有入
第三章系统总线V
3.3.3总线性能指标(1)
• 1、总线宽度：是指数据总线的根数，用bit（位） 表示，如8位、16位、32位、64位（也即8根、16 根、32根、64根数据线）。
• 2、最大传输率 (总线带宽)：总线本身所能达到的 最高传输速率，用MB/s（每秒多少兆字节）表示。
• 例：总线工作频率33.3MHz，总线宽度32位，则最 大传输率＝ 33.3×32/8＝132MB/s。
存储器读、存储器写 中断请求、总线请求 第三章系总统总线线允V 许、中断确认
总线分类——按位置
• 片内总线
– 是指芯片内部的总线。
– 如在CPU芯片内部，寄存器和 片内总线
寄存器之间、寄存器和算逻单
元ALU之间都有总线连接。
• 系统总线
主机
processor
系统总线 memory
– 是指CPU、主存、I/O（通过 I/O接口）各大部件之间的信 息传输线。
• 2、电气特性：是指总线的每一根传输线上信号的 传输方向和有效的电平范围。
– 如低电平表示逻辑“0”，并要求电平低于－3V；高电 平表示逻辑“1”，并要求高电平高于＋3V。
• 3、功能特性：是指总线中每根信号传输线的功能。 • 4、时间特性：是指总线中的任一根信号传输线在
什么时间内有效。
– 为了正确传输数据信息，每条总线上的各种信号，互相 存在着一种有效时序的关系，因此，时间特性一般可用 信号时序图来描述。
PCI
第三章系统总线V
总线标准的产生
• 总线是在计算机系统模块化的发展过程中产生的，随着计算及 应用领域的不断扩大，计算机系统中各类模块（特别是I/O设备 所带来的各类接口模块），其品种极其繁杂，往往出现一种模 块要配一种总线，很难在总线上更换、组合各类模块或设备。
• 20世纪70年代末，为了使系统设计简化，模块生产批量化，确 保其性能稳定，质量可靠，便于维护，人们开ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ研究如何建立 总线标准，完成系统设计和模块制作。
– 共享竞争
I/O Interface （adapter）
• 1970年DEC公司PDP-
11小型计算机首次采用
I/O device
总线技术
第三章系统总线V
memory
I/O Interface （adapter） I/O device
3.1 总线的基本概念
1、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、时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作 的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线称 为异步总线。
• 4、总线复用：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。
第三章系统总线V
总线性能指标(2)
• 5、信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三 种总线的根数总和。
第三章系统总线V
课堂练习与思考：
1.总线中地址线的用处是___D___。 A.选择主存单元地址 B. 选择进行信息传输的设备 C. 选择外存地址 D. 指定主存单元和I/O设备接口电路的选择地址
2.系统总线中控制线的功能是_A_____。
A.提供主存、I/O接口设备的控制信号和响应信号
B.提供数据信息
第3章 系统总线
2013年2月6日
第三章系统总线V
为什么要用总线?
计算机
存储器
I/O
系统总线
CPU
第三章系统总线V
系统互联
• 分散连接
– 内部连线十分复杂，布 线困难
– 扩展性差 – 效率高
输入设备
存储器 运算器 控制器
输出设备
• 总线连接
主机 processor
– 简洁、成本低
– 扩展性好、灵活
C.提供时序信号
D.提供主存、I/O接口设备的响应信号
3.在__A____的微型计算机系统中，外设可和主存贮器单元统一 编址 ，因此可以不使用I / O指令。 A.单总线 B.双总线 C.三总线 D.多总线
第三章系统总线V
3.3.4 总线标准
模块 标 准 界
系统
面
模块 系统
ISA
总 线
EISA
标 VL-BUS 准
第三章系统总线V
3.3 总线特性及性能指标
3.3.1 总线物理实现
CPU 插件板
M.M 插件板
I/O 插件板
BUS
第三章系统总线V
3.3.2 总线特性
• 1、机械特性：是指总线在机械连接方式上的一些 性能。
– 如插头和插座使用的标准，它们的几何尺寸、形状、引 脚的个数以及排列的顺序，接头处的可靠接触等等。
– 又叫板级总线和板间总线
I/O Interface （adapter）
I/O Interface （adapter）
– 如ISA、PCI等。
• 通信总线（I/O总线）
I/O device
I/O device
– 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。
通信总线
– IDE、SCSI、USB、R第S三－章系2统3总2线V
2、总线上信息的传送
串行
并行
第三章系统总线V
总线
• 定义：是连接多个部件的传输线
– 总线的关键特征是共享传输线。
• 总线的两个特点：
– 任意时刻只能有一个设备向总线发送信息
• 系统瓶颈
– 多个部件可以同时从总线接受相同的信息
• 广播式
主机 processor memory
I/O Interface （adapter）
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
传输方式
串行通信总线
并行通信总线
第三章系统总线V
总线分类——按功能
• 数据总线（DB）
– 双向，宽度差别
• 地址总线（AB）
– 单向，宽度与寻址空间有关
• 控制总线（CB）
– 命令和状态
总线也包括电 源线和地线！
• 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。
• 负载能力：通常用可连接扩增电路板数来反映总线 的负载能力。
– 由于不同的电路对总线的负载是不同的，即使同一电路在 不同的工作频率下，总线的负载也是不同的。因此，总线 负载能力的指标是不太严格的。
• 7、其他：如电源电压是5V还是3.3V、总线能否扩 展至64位宽度等。
I/O Interface （adapter）
I/O device
I/O device
第三章系统总线V
3.2 总线的分类
1.片内总线 芯片内部 的总线
2.系统总线 计算机各部件之间 的信息传输线
数据总线 双向 与机器字长、存储字长有关
地址总线 控制总线
单向 与存储地址、 I/O地址有关 有出 有入
第三章系统总线V
3.3.3总线性能指标(1)
• 1、总线宽度：是指数据总线的根数，用bit（位） 表示，如8位、16位、32位、64位（也即8根、16 根、32根、64根数据线）。
• 2、最大传输率 (总线带宽)：总线本身所能达到的 最高传输速率，用MB/s（每秒多少兆字节）表示。
• 例：总线工作频率33.3MHz，总线宽度32位，则最 大传输率＝ 33.3×32/8＝132MB/s。
存储器读、存储器写 中断请求、总线请求 第三章系总统总线线允V 许、中断确认
总线分类——按位置
• 片内总线
– 是指芯片内部的总线。
– 如在CPU芯片内部，寄存器和 片内总线
寄存器之间、寄存器和算逻单
元ALU之间都有总线连接。
• 系统总线
主机
processor
系统总线 memory
– 是指CPU、主存、I/O（通过 I/O接口）各大部件之间的信 息传输线。
• 2、电气特性：是指总线的每一根传输线上信号的 传输方向和有效的电平范围。
– 如低电平表示逻辑“0”，并要求电平低于－3V；高电 平表示逻辑“1”，并要求高电平高于＋3V。
• 3、功能特性：是指总线中每根信号传输线的功能。 • 4、时间特性：是指总线中的任一根信号传输线在
什么时间内有效。
– 为了正确传输数据信息，每条总线上的各种信号，互相 存在着一种有效时序的关系，因此，时间特性一般可用 信号时序图来描述。
PCI
第三章系统总线V
总线标准的产生
• 总线是在计算机系统模块化的发展过程中产生的，随着计算及 应用领域的不断扩大，计算机系统中各类模块（特别是I/O设备 所带来的各类接口模块），其品种极其繁杂，往往出现一种模 块要配一种总线，很难在总线上更换、组合各类模块或设备。
• 20世纪70年代末，为了使系统设计简化，模块生产批量化，确 保其性能稳定，质量可靠，便于维护，人们开ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ研究如何建立 总线标准，完成系统设计和模块制作。
– 共享竞争
I/O Interface （adapter）
• 1970年DEC公司PDP-
11小型计算机首次采用
I/O device
总线技术
第三章系统总线V
memory
I/O Interface （adapter） I/O device
3.1 总线的基本概念
1、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、时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作 的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线称 为异步总线。
• 4、总线复用：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。
第三章系统总线V
总线性能指标(2)
• 5、信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三 种总线的根数总和。
第三章系统总线V
课堂练习与思考：
1.总线中地址线的用处是___D___。 A.选择主存单元地址 B. 选择进行信息传输的设备 C. 选择外存地址 D. 指定主存单元和I/O设备接口电路的选择地址
2.系统总线中控制线的功能是_A_____。
A.提供主存、I/O接口设备的控制信号和响应信号
B.提供数据信息