计算机组成原理电子教案第7章节.pptVIP

第七章 系统总线;7.1 总线概述 7.1.1 总线的基本概念 7.1.2 总线的特性及性能指标 7.2 总线结构 7.2.1 总线的结构类型 7.2.2 总线结构实例 7.2.3 总线接口 7.3 总线仲裁 7.3.1 集中式仲裁 7.3.2 分布式仲裁;7.1 总线概述;总线方式使得多个信息传送任务只能在总线上串行进行，在信息传送效率上低于专用线路方式，但是，总线方式大大简化了功能部件之间的连接线路，各功能部件只需与总线连接，只要有与总线连接的接口即可。因此，总线方式使线路设计、接口设计以及传输控制都大为简化。此外，采用总线结构的计算机，便于进行系统功能部件的扩充和更换。 总线中包含有地址信号线、控制信号线和数据信号线三类信号线；各类信号线的数量，与总线的信息传送方式和传送的信息位数有关。此外，总线中还有为各种部件提供电源支持的电源线和接地线。;按总线的作用范围和连接对象的不同，总线可分为片内总线、系统总线和通信总线三类。 片内总线（也称内部总线）是指某些结构比较复杂的芯片内部的总线，用于连接芯片内部的各个部件。 系统总线是指连接主要的计算机部件（处理器，主存，I/O设备接口）的总线。系统总线中，用于传送数据信息、地址信息和控制与状态信息的信号线，被分别称为数据总线、地址总线和控制总线。 通信总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如智能仪器仪表、移动通信系统等）之间的通信。通信方式有串行通信与并行通信两种。;7.1.2 总线的特性及性能指标 总线有以下4个方面的特性： 1．机械特性 机械特性是指总线在机械连接上的特性。 2．功能特性 功能特性是指总线中每根信号线的功能描述。 3．电气特性 电气特性描述总线上每根信号线的信息传输方向、有效电平及电平范围。 4．时间特性 时间特性体现总线上各信号的时序关系。由定时方式（如同步定时方式和异步定时方式等）决定。;总线的主要性能指标有： 1．总线宽度 总线宽度通常是指数据总线一次所能传输的最大数据位数，即数据总线所包含的信号线条数。总线宽度用位（bit）数表示。 2．总线时钟频率 总线时钟是总线上各种信号定时的基础，总线时钟频率是影响总线传输速率的重要因素之一。 3．总线带宽 总线带宽定义为单位时间内总线上所能传输的最大信息量，单位是MB/s（兆字节/秒）。 4．负载能力 总线的负载能力一般用总线上所能连接的扩充电路插件板（即接口电路插件板）的数量来表示。;7.2 总线结构;单总线结构简单，易于控制，也便于系统的扩展。但系统中每次只能有一个部件有权使用总线进行数据传送，且总线时钟频率通常较低，阻碍了整个计算机系统工作效率的提高。 2．多总线结构 将系统总线分为两个甚至多个层次，系统中的各种部件根据工作速度的不同，分别连接在不同层次的总线上，各个层次的总线之间再通过总线接口相互连接起来，就形成了多总线结构，如下图所示。;按传输速率由高到低，总线分成了局部总线、系统总线、高速总线和扩充总线四个层次；工作速度越快的部件离CPU和主存越近，数据传输过程的延时越少。;高速总线与局部总线和系统总线之间的“桥”，以及扩充总线与高速总线之间的扩充总线接口，是用来将不同层次的总线相互连接的逻辑电路，其具有缓冲、转换控制等功能。有了桥或总线接口，各层总线就可以有不同的组成和传输速率，且某一层结构的改变不影响其他层的结构。 由于主存移到了系统总线上，因此，I/O设备与主存通过系统总线进行数据传送，不会影响CPU通过局部总线对cache的访问。也就是说，这两种操作可以并行进行。;7.2.2 总线结构实例 Pentium计算机主板上采用了三层总线结构，即CPU总线、PCI总线和ISA总线，是典型的多总线结构系统。下图所示，为早期Pentium计算机主板总线结构框图。;CPU总线是具有64位数据线和32位地址线的同步总线，总线时钟频率为66.6MHz（或60MHz）。CPU是这条总线的主控者，且具有智能总线仲裁能力，必要时可以放弃对总线的控制。 PCI总线用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示器适配器、网络接口控制器、硬盘控制器等。PCI总线是一个32位（或64位）的同步总线，总线时钟频率为33MHz，其32位（或64位）数据/地址线是同一组线，分时复用。PCI总线采用集中式仲裁方式，有专用的PCI总线仲裁器。;ISA总线用于连接低速I/O设备，具有16位数据线和24位地址线，总线时钟频率为8MHz。ISA总线没有总线仲裁器，其主控者为CPU，但DMA控制器可以向CPU申请总线控制权。 CPU总线、PCI总线、ISA总线三者之间通过两个“桥”芯片