《计算机组成原理》第四版科学出版社版第6章课件.pptVIP

6.1 总线的概念和结构形态 6.1.1 总线的基本概念 数字计算机是由CPU 、主存和I/O构成的。这些系统功能部件在一起工作才能形成一个完整的计算机系统。计算机的若干功能部件之间不可能采用全互联形式，因此就需要有公共的信息通道，即总线。 总线定义（BUS） 总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。 从物理上讲是一束导线。 借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。 总线分类： 内部总线：CPU内部连接各寄存器和运算 器之间的总线。 1、总线特性： 物理特性：总线的物理连接方式（根数、插头、插座形状、引脚排列方式等）。 功能特性：每根线的功能。 电气特性：每根线上信号的传递方向及有效电平范围。 时间特性：规定了每根总线在什么时间有效。 2、总线标准化: 相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因何在呢? 为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用，就需要进行系统总线的标准化工作。目前，已经出现了很多总线标准，如ISA总线、EISA总线、PCI总线等。 3、总线带宽： 总线带宽定义为总线本身所能达到的最高传输速率，它是衡量总线性能的重要指标。 【 解】　　 (1)设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D表示， 根据定义可得 : Dr = D/T = D×1/T = D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s (2)64位=8B，根据定义可得 : Dr= D×f =8B×66×1000000/s=528MB/s 6.1.2 总线的连接方式 如何让种类繁多、速度各异的外围设备连接到计算机上呢？这项任务用适配器部件来完成。 适配器：实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。适配器通常称为接口。 单机系统中总线结构的两种基本类型： 单总线 多总线。 1、单总线： 使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备。 在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时，能迅速获得总线控制权。 而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。否则，由于一条总线由多种功能部件共用? 2、 多总线： 在CPU、主存、I/O之间互联采用多条总线。如图所示。 多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线。 三总线 CPU和cache之间采用高速的CPU总线 。 主存连在系统总线上。 高速总线上可以连接高速LAN（100Mb/s局域网）、视频接口、图形接口、SCSI接口（支持本地磁盘驱动器和其他外设）、Firewire接口（支持大容量I/O设备）。 高速总线通过扩充总线接口与扩充总线相连，扩充总线上可以连接串行方式工作的I/O设备。 通过桥，CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连。桥实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。 6.1.3 总线的内部结构 早期总线的内部结构如图所示，它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。这种简单的总线一般也由50～100条线组成，这些线按其功能可分为三类： 地址线、数据线和控制线。 早期总线结构的不足之处在于： CPU是总线上惟一的主控者。即使后来增加了具有简单仲裁逻辑的DMA控制器以支持DMA传送，但仍不能满足多CPU环境的要求。 总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。 6.1.4 总线结构实例 大多数计算机采用了分层次的多总线结构。 Pentium机的总线结构分为三层：CPU总线、PCI总线和ISA总线。 6.2 总线接口 6.2.1 信息传送方式 计算机系统中，传输信息基本有三种方式： 串行传送 并行传送 分时传送 串行传送： 使用一条传输线，采用脉冲传送。 主要优点是只需要一条传输线，这一点对长距离传输显得特别重要，不管传送的数据量有多少，只需要一条传输线，成本比较低廉。 缺点就是速度慢。 并行传送： 每一数据位需要一条传输线，一般采用电位传送。 6.2.2 总线接口的基本概念 接口（interface）: 两个系统之间的公共界