第六章总线系统详解.ppt

总线系统概念 总线接口 总线的仲裁，定时 PCI总线 ISA总线和Futurbus总线 6.1总线的概念和结构形态 6.1.1总线的基本概念 总线 系统部件之间进行数据传送的公共通路。 功能 实现计算机在各系统功能部件之间地址、数据和控制信息的交换 单处理器系统中的总线 （1）内部总线 CPU内部连接各寄存器及运算部件间的总线。 （2）系统总线 CPU同计算机系统的其他高速功能部件， （3） I/O总线 中、低I/O设备之间互相连接的总线. 总线的标准化 定义 各厂家遵守相同的系统总线的要求。 总线带宽 总线本身所能达到最高传输速率。衡量总线性能的重要指标。 单位是兆字节/秒（MB/S）。 [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，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，总线带宽是多少？ 6.1.2 总线的连接方式 1、单总线结构 在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，叫单总线结构。 如图6.1所示。 2、双总线结构 系统简单、易于扩充 CPU可通过专用总线与存储器交换信息 主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，不必经过CPU。 双总线系统以增加硬件为代价。 图6.2为双总线系统的结构图 3、三总线结构 在双总线系统的基础上增加I/O总线形成 其总线系统是CPU、主存和通道（IOP）之间进行数据传送的公共通路 整个系统的效率大大提高。 以增加更多硬件为代价。 图6.3为三总线系统的结构图 6.1.3 总线结构对计算机系统性 能的影响 最大存储容量 总线系统中，最大主存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数。 在双总线系统中，主存地址和外设地址出现于不同的总线上，存储容量不会受到外围设备多少的影响。  6．1．4 总线的内部结构 早期总线的内部结构如图6.4所示，是处理器芯片引脚的延伸 简单总线结构不足之处 CPU是总线上唯一的主控者。 不满足多CPU环境的要求。 总线结构紧密与CPU相关通用性较差。 图6.5示出了当代流行的总线内部结构 数据传送总线 由地址线、数据线、控制线组成。 仲裁总线 包括总线请求线和总线授权线。 中断和同步总线 用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线。 公用线 包括时钟信号线、电源线、地线、系统恢复线以及加电或断电的时序信号线等 6．1．5 总线结构实例 大多数计算机采用了分层次的多总线结构。 速度差异较大的设备模块使用不同速度的总线，而速度近似的设备模块使用同一类总线。 这种结构的优点不仅解决了总线负载过重的问题，而且使总线设计简单，并能发挥每类总线的效能。 Pentiun计算机的总线结构框图（图6.6） CPU总线 一个64位数据线和32位地址线的同步总线 可以把CPU总线看成是CPU引脚信号的延伸 PCI总线 连接高速I/O设备 一个32（或64位）的同步总线 32（或64）位数据/地址线是同一组线， 分时使用。 ISA总线 pentium机使用该总线与低速I/O设备连接。 北桥 将连接CPU总线-PCI总线的桥称为北桥。 南桥 将连接PCI总线- ISA总线的桥称为南桥。 PCI芯片组 包括主存控制器和cache控制器芯片、北桥和南桥芯片。 6.2 总线接口 6.2.1 信息的传送方式 1. 串行传送 定义 只有一条传输线，且采用脉冲传送。 优点 只需一条传输线，成本比较低廉，适合长距离传输。 2. 并行传送 定义 对每个数据位都需要单独传输线。 优点 并行数据传送比串行数据传送要快的多。 3. 分时传送 采用总线复用方式，某个传输线上既传送的址信息，又传送数据信息。 共享总线的部件分时使用总线。 6.2.2 接口的基本概念 定义 CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。 功能 控制 接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等。 缓冲 接口在外围设备合计算机系统其他部件之间用作为一个缓冲器， 以补偿各种设备在速度上的差异。 [例2] 利用串行方式传送字符，每秒钟传送的数据为数常称为波特。假设