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计算机组成原理之系统总线
2017-10-16 18:18:36 】 浏览:3707
Tags:计算机 组成 原理 系统 总线

1、总线的基本概念

1.为什么要用总线?

冯诺依曼将计算机分为五部分:运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。要将这些设备连接起来需要较多的通路。

2.总线

总线式连接各个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质。

3.总线上信息的传送

串行:一次传输一位信号。

并行:传输距离较短,

4.总线结构的计算机举例

4.1 单总线结构框图
4.2 面向CPU的双总线结构框图
4.3 以存储器为中心的双总线结构框图

2、总线的分类

1.片内总线:芯片内部的总线

2.系统总线:计算机各部件之间的信息传输线

  • 数据总线:双向与机器字长、存储字长有关
  • 地址总线:单向与存储地址、I/O地址有关
  • 控制总线:有出、有入

3.通信总线:

用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统(如控制仪表、移动通信等)之间的通信

  • 串行通信总线
  • 并行通信总线

3、总线特性及性能指标

1.总线物理实现

2.总线特性

  • 机械特性:尺寸、形状、管脚数及排列顺序
  • 电器特性:传输方向和有效电平范围
  • 功能特性:每根传输线的功能(地址、数据、控制)
  • 时间特性:信号的时序关系

3.总线的性能指标

  • 总线宽度:数据线的根数
  • 标准传输率:每秒传输的最大字节数(MBps)
  • 时钟同步/异步:同步、不同步
  • 总线复用:地址线与数据线复用
  • 信号线数:地址线、数据线和控制线的总和
  • 总线控制方式:突发、自动、仲裁、逻辑、计数
  • 其他指标:负载能力

4.总线标准

总线标准 数据线 总线时钟 带宽
ISA 16 8MHz(独立) 16MBps
EISA 32 8MHz(独立) 33MBps
VESA(VL-BUS) 32 32MHz(CPU) 132MBps
PCI 32
64
33MHz(独立)
66MHz(独立)
132MBps
528MBps
AGP 32 66.7MHz(独立)
13MHz(独立)
266MBps
533MBps
RS-232 串行通信
总线标准
数据终端设备(计算机)和数据通信设备(调制解调器)之间的标准接口
USB 串行接口
总线标准
普通无屏蔽双绞线
带屏蔽双绞线
最高
1.5Mbps(USB1.0)
12Mbps(USB2.0)
480Mbps(USB3.0)

4、总线结构

1.单总线结构

2.多总线结构

双总线结构 三总线结构 I/O总线、 四总线结构

5、总线控制

1.总线判优控制

基本概念

  • 主设备(模块):对总线有控制权
  • 从设备(模块):响应从主设备发来的总线命令
  • 总线判优控制
    • 集中式:
      • 链式查询
      • 计数器定时查询
      • 独立请求方式
    • 分布式

2.总线通信控制

目的:解决通信双方协调配合问题

总线传输周期:

  • 申请分配阶段:主模块申请,总线仲裁决定
  • 寻址阶段:主模块向从模块给出地址和命令
  • 传输阶段:主模块和从模块交换数据
  • 结束阶段:主模块撤销有关消息

总线通信的四种方式

  • 同步通信:由统一时标控制数据
  • 异步通信
  • 半同步通信
  • 分离式通信

(1)同步式数据输入

(4)半同步通信(同步、异步结合)

同步 发送方用系统时钟前沿发信号
  接收方用系统时钟后沿判断、识别

异步 允许不同速度的模块和谐工作
  增加一条“等待”响应信号 WAIT

上述三种通信的共同点:

一个总线传输周期(以输入数据为例)

  • 主模块发地址、命令(占用总线)
  • 从模块准备数据(不占用总线)
  • 从模块向主模块发数据(占用总线)

(5)分离式通信

充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力

一个总线传输周期:

  • 子周期1:主模块申请占用总线,使用完后即放弃总线的使用权
  • 子周期2:从模块申请占用总线,将各种信息送至总线上

特点

  1. 各模块有权申请占用总线
  2. 采用同步方式通信,不等对方回答
  3. 各模块准备数据时,不占用总线
  4. 总线被占用时,无空闲
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