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第七章 总线及总线互联结构
2012年12月10日
南京大学计算机科学与技术系 吴楠
nwu@nju.edu.cn
中央处理机的结构、功能、时序控制方式及指令
执行过程。（重点与难点）
为提高计算机系统性能，CPU 逻辑结构的若干新
技术：VLIW、EPIC、多核多线性等。（了解）
本章着重介绍总线的基本概念、总线设计中的几个
因素、总线标准及其现代计算机的总线互连结构。
◦ 总线的基本组成、分类与特性、裁决方式、定时方式。
（重点与难点）
◦ 典型总线接口标准：ISA，EISA，VESA ，PCI，SCSI，USB，
IEEE1394。 （了解）
各部件之间通过单独的连线互连，称为分散连接
方式。
各个部件连接到一组公共信息传输线上，称为总
线连接方式。
现代计算机普遍使用的是总线互连结构。
优点1：灵活性。体现在新部件可以很容易地加到总
线上，且部件可以在使用相同总线的计算机系统之间
互换。
优点2：成本低。一组单独的连线可被多个部件共享，
所以总线的性价比高。
总线的主要缺点是它可能产生通信瓶颈。
计算机内部进行信息交换，必须在部件之间构筑通信
线路，通常把连接各部件的通路的集合称为互连结构。
互连结构从分散结构发展到总线结构。
总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息传
输线，它的主要特征就是多个部件共享传输介质；一
个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所有部
件所接收。
物理特性：总线的物理特性是指总线在机械物理
连接上的特性。
◦ 连线的分类：总线可分为电缆式、主板式和底板式。
◦ 连线的数量：总线一般分为串行总线和并行总线。在并
行传输总线中，按数据线的宽度分8位、16位、32位、
64位总线等。
一般串行总线用于长距离的数据传送，并行总线用于短距
离的高速数据传送。
电气特性：总线的电气特性是指总线的每一条信号
线的信号传递方向、信号的有效电平范围。
◦ CPU发出的信号为输出信号，送入CPU的信号为输入信号。
◦ 总线的电平表示方式有两种：单端方式 （采用正逻辑）和
差分方式 （采用负逻辑）。
例如，串行总线接口标准RS-232C，采用差分电平方式。
功能特性：总线功能特性是指总线中每根传输线的功
能。如地址线用来传输地址信息，数据线用来传输数
据信息，控制线用来发出控制信息，不同的控制线其
功能不同。
时间特性：总线时间特性是指总线中任一根传输线在
什么时间内有效，以及每根线产生的信号之间的时序
关系。用信号时序图来说明。
根据所连接部件的不同，总线通常被分成三种类型：
◦ 内部总线：指芯片内部连接各元件的总线。如CPU芯片内
部，在各个寄存器、ALU 、指令部件等各元件之间也有总
线相连。
◦ 系统总线：指连接CPU、存储器和各种I/O模块等主要部
件的总线。有主板式和底板式总线。
◦ 通信总线：这类总线用于主机和I/O设备之间或计算机系统之
间的通信。
系统总线通常由一组控制线、一组数据线和一组地址线
构成，也有数据线和地址线复用。
◦ 数据线用来承载在源部件和目的部件之间传输的信息，这个信
息可能是数据、命令、或地址（数据线和地址线复用时）。
◦ 地址线用来给出源数据或目的数据所在的主存单元或I/O端口
的地址。
◦ 控制线用来控制对数据线和地址线的访问和使用；控制线用来
传输定时信号和命令信息。
典型的控制信号包括：
◦ 时钟 （Clock）：用于总线同步。
◦ 复位 （Reset）：初始化所有设备。
◦ 总线请求 （Bus Request）：表明发出该请求信号的设备要使用总线。
◦ 总线允许 （Bus Grant）：表明接收到该允许信号的设备可以使用总线。
◦ 中断请求 （Interrupt Request）：表明某个中断正在请求。
◦ 中断回答 （Interrupt Acknowledge）：表
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