计算机组成原理第三章

3.1
二、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。（铁路、高速公路）
•如果多部件连接总线，两个以上部件同时发 送信息，信号冲突，传输无效。
•一个时刻只允许一个部件向总线发送信息， 而多个部件可以同时接收信息。
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3.1
三、总线上信息的传送
总线实际上是由许多传输线或通路组成。 每条线可一位一位传输二进制码。 一串二进制码可在一段时间内由低位到高位逐一传输完成。 若干条传输线可以同时传输若干位二进制代码。 如：16条传输线组成的总线可同时传输16位二进制代码。 波特率：每秒钟通过信道传输的码元数.也称码元传输速率， 单位为位/秒（b/s）。
第３章 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
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3.1 总线的基本概念 3.1
一、为什么要用总线
计算机的三大部件:
CPU：指令执行和数据加工 ＭＭ：存放指令和数据 I/O：输入数据和指令，输出程序的结果 计算机的所有功能都通过CPU执行保存在存储器中的一串指令来实现的
2. 单总线结构框图
3.1
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口 … I/O接口
CPU 主存
I/O 设备1
I/O … I/O
设备2
设备n
CPU、主存和各I/O设备都挂到一组总线上，便形成了单总线结构的计算机 I/O设备与主存交换信息时原则上不影响CPU工作 CPU仍可处理不访问主存计或算I机/O组设成备原的理操第作三，章可提高CPU效率 若某时刻多部件需用总线会冲突，必须设置总线判优逻辑，按优先级使用
串行
并行
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四、总线结构的计算机举例
3.1
1. 面向 CPU 的双总线结构框图
中央处理器
I/O总线
CPU
M 总
I/OΒιβλιοθήκη Baidu口
I/O接口 … I/O接口
线
主存
I/O 设备1
I/O 设备2
…
I/O 设备n
M总线（存储总线）：用于连接CPU和主存的通道 I/O总线（输入输入总线）：用于建立CPU和各I/O设备之间交换信息的通道 各种I/O设备通过I/O借口计挂算到机I/组O总成原线理上第，三便章于增删设备 I/O设备与主存交换信息时仍会占用CPU,影响CPU的效率
通信总线：计算机系统之间或计算机系统与其它系统之间传输线。 因距离远近、速度快慢等差异类别不等。
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按系统总线传输信息不同，又可分为三类： 3.2
数据总线 用来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输线
位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位、16位、32位 数据总线的位数又称数据总线宽度，是衡量系统性能的主要参数 如数据总线宽度8位，指令字长16位，则CPU取指需两次访问主存
每个指令周期完成不同的操作任务，这些任务涉及到：
CPU从主存取指令、取数据； CPU把结果数据送主存； CPU送数据到I/O模块，或从I/O模块获得数据； 主存和I/O模块直接交换数据 ； I/O模块将中断请求信计号算送机C组P成U；原理第三章
部件间需要信息交换
(CPU----主存，CPU----I/O模块，I/O模块----主存)
3.2 总线的分类
按连接部件不同划分：片内总线、系统总线、通信总线 按数据传送方式划分：并行传输总线和串行传输总线 按使用范围划分：计算机总线、测控总线、网络通信总线
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ALU之间）
系统总线：CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线。 安放在主板或插卡上，又称板级总线或板间总线。
3. 以存储器为中心的双总线结构框图 3.1
系统总线
I/O接口 … I/O接口
存储总线
CPU
主存
I/O 设备1
…
I/O 设备n
在单总线基础上又开辟出一条存储总线（CPU与主存之间的总线） 存储总线速度高，只供主存与CPU之间传输信息（专道） 提高了传输效率，减轻了计系算统机总组线成原负理担第三章 I/O设备与存储器交换信息也不需要经过CPU
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控制总线 用来发出各种控制信号的传输线。
3.2
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，是单向传输线
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，单向传输。 如：欲从存储器读数据，则CPU需将此数据所在存储单元的地址 送到地址线。 如：欲将某数据经I/O设备输出，则CPU除了需将数据送到数据 线外，还需将此输出设备的地址送到地址线。 地址线位数与存储单元个数有关。地址线20根可对应220存储单元
如何进行信息交换
CPU----主存 CPU----I/O模块 I/O模块----主存
通过在部件之间架设通信线路 我们把连接各部件的通路的集合称为互连结构 互连结构有分散结构和总线结构
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3.1
3.1
早期以运算器为中心计算机
存储器
输入设备
运算器
输出设备
控制器
早期以运算器为中心的计算机，各部件单独连线，分散连接。
3.1
CPU----主 存 CPU能访问主存 CPU须给出所访问的主存单元的地址信息 CPU须给出读/写控制信息 CPU和主存之间有数据交换
I/O模块CPU CPU能象访问主存一样访问I/O模块 CPU须给出所访问的I/O模块的地址信息 CPU须给出读/写控制信息 CPU和I/O模块之间有数据交换
I/O模块主存 在某些情况下I/O模块和主存之间可以直接交换数据 I/O模块（如：DMA控制器）要能给出所访问的主存单元的地址 I/O模块（如：DM计A算控机制组器成）原理要第能三给章出读/写控制信息
I/O与存储器交换信息需经过运算器，致使运算器停止运算，严重影响
CPU工作效率。
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3.1
改进后以存储器为中心计算机
控制器
数据 输入设备
程序
存储器
计算 输出设备
结果
运算器
改进后以存储器为中心的计算机，各部件仍单独连线，分散连接。 I/O与存储器交换信息可以不经过运算器，CPU工作效率有所提高。 但I/O设备与主机连接灵计活算性机差组，成线原理路第多三，章分散复杂。出现了总线连接方式。