计算机组成原理第六章ppt课件

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1、计算机组成原理计算机组成原理第6章 总线系统6.1 6.1 总线的概念和结构形态总线的概念和结构形态6.2 6.2 总线接口总线接口6.3 6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式总线的仲裁、定时和数据传送模式 6 6.4.4 PCIPCI总线总线6.5 ISA6.5 ISA总线和总线和Futurebus+Futurebus+总线总线计算机组成原理第6章总线系统6.1总线的概念和结构形态16.1总线的概念和结构形态 总线是构成计算机系统的总线是构成计算机系统的互连机构互连机构，是多，是多个系统功能部件之间进行数据传送的个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路公共通路 单处理器系统的总线，大致分为

2、三类：单处理器系统的总线，大致分为三类：内部总线内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件内部连接各寄存器及运算部件之间的总线之间的总线系统总线系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线部件，如存储器、通道等互相连接的总线I/O总线总线：中低速：中低速I/O设备间互相连接的总线设备间互相连接的总线6.1总线的概念和结构形态总线是构成计算机系统的2计算机组成原理计算机组成原理3总线类型(层次结构)l芯片总线（芯片总线（Chip BusChip Bus）芯片级互连，大规模集成电路芯片内部或之间连接的总线芯片级互连，大规模集成电路芯片内部

3、或之间连接的总线局部总线（局部总线（Local BusLocal Bus），微处理器的引脚信号），微处理器的引脚信号片内总线，大规模集成电路芯片内部连接片内总线，大规模集成电路芯片内部连接l内总线（内总线（Internal BusInternal Bus）模板级互连，主机内部功能单元（模板）间连接的总线模板级互连，主机内部功能单元（模板）间连接的总线板级总线、母板总线，或系统总线板级总线、母板总线，或系统总线系统总线（系统总线（System BusSystem Bus）是微机系统的主要总线）是微机系统的主要总线内部总线从一条变为多条，形成多总线结构内部总线从一条变为多条，形成多总线结构l外总线

4、（外总线（External BusExternal Bus）设备级互连，微机与其外设或微机之间连接的总线设备级互连，微机与其外设或微机之间连接的总线过去，指通信总线过去，指通信总线现在，常延伸为外设总线现在，常延伸为外设总线演示演示总线类型(层次结构)芯片总线（ChipBus）演示总线特性总线特性 物物理理特特性性：物物理理连连接接方方式式，包包括括总总线线的的根根数数、排列方式，总线的插头、插座的形状等排列方式，总线的插头、插座的形状等功能特性功能特性：描述总线中每一根线的功能：描述总线中每一根线的功能电电气气特特性性：定定义义每每一一根根线线上上信信号号的的传传递递方方向向及及有有效效电电

5、平平范范围围。送送入入CPU的的信信号号叫叫输输入入信信号号(IN)，从，从CPU发出的信号叫输出信号发出的信号叫输出信号(OUT)时时间间特特性性:定定义义了了每每根根线线在在什什么么时时间间有有效效，即即总线上各信号有效的时序关系总线上各信号有效的时序关系为了方便各个功能部件的连接，为了方便各个功能部件的连接，广泛应用的总线都实现了标准化广泛应用的总线都实现了标准化总线特性物理特性：物理连接方式，包括总线的根数、排列方式，4计算机组成原理计算机组成原理5总线带宽l总线带宽总线传输速率吞吐率总线带宽总线传输速率吞吐率单位时间传输的数据量单位时间传输的数据量每秒兆字节（每秒兆字节（MB/SMB

6、/S）或每秒位（）或每秒位（bpsbps）总线带宽传输的数据量总线带宽传输的数据量需要的时间需要的时间举例l5MHz5MHz的的80868086微处理器微处理器1616（40.21040.210-6-6）bpsbps201020106 6 bps bps2.5 MB/S2.5 MB/Sl66MHz66MHz的的PentiumPentium，基本非流水线总线周期，基本非流水线总线周期642661064266106 6 bps bps264 MB/S264 MB/Sl66MHz66MHz的的PentiumPentium，2-1-1-12-1-1-1猝发读周期猝发读周期325661032566106

7、 6 B/S B/S422.4 MB/S422.4 MB/S总线带宽总线带宽总线传输速率吞吐率举例5MHz的8086【例例1 1】(1)(1)某某总总线线在在一一个个总总线线周周期期中中并并行行传传送送4 4个个字字节节的的数数据据，假假设设一一个个总总线线周周期期等等于于一一个个总总线线时时钟钟周周期期，总线时钟频率为总线时钟频率为33MHz33MHz，则总线带宽是多少，则总线带宽是多少?(2)(2)如如果果一一个个总总线线周周期期中中并并行行传传送送6464位位数数据据，总总线线时时钟钟频率升为频率升为66MHz66MHz，则总线带宽是多少，则总线带宽是多少?解解：(1)设设总总线线带带宽

8、宽用用Dr表表示示，总总线线时时钟钟周周期期用用T=1/f表表示示，一一个个总总线线周周期期传传送送的的数数据据量量用用D表表示示，根据定义可得根据定义可得:Dr=D/T=D1/T=Df=4B331000000/s=132MB/s (2)64位位=8BDr=Df=8B661000000/s=528MB/s 此处：此处：1MB106B【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，61.1.单总线结构单总线结构在在单单处处理理器器的的计计算算机机中中，使使用用一一条条单单一一的的系系统统总总线线来连接来连接CPUCPU、主存和、主存和I/OI/O设备，叫做单总线结构。设备，叫做单总线

9、结构。要要求求连连接接到到总总线线上上的的逻逻辑辑部部件件必必须须高高速速运运行行，以以便便在在某某些些设设备备需需要要使使用用总总线线时时能能迅迅速速获获得得总总线线控控制制权权；当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。CPU主存主存设备设备接口接口设备设备接口接口 单总线结构单总线结构系统总线1.单总线结构CPU主存设备设备单总线结72.双总线结构双总线结构在在CPU和和主主存存之之间间专专门门设设置置了了一一组组高高速速的的存存储储总总线线，使使CPU可可通通过过专专用用总总线线与与存存储储器器交交换换信信息息，减减轻轻了了系系统统总总线线的的负负

10、担担，主主存存仍仍可可通通过过系系统统总总线线与与外外设之间实现设之间实现DMA操作，而不必经过操作，而不必经过CPUCPU主存设备适配器设备适配器双总线结构双总线结构存储总线系统总线2.双总线结构CPU主存设备设备双总线结构存储总线系统总线83.3.三总线结构三总线结构CPU主存设备适配器设备适配器IOPI/O总线三总线结构三总线结构系统总线存储总线3.三总线结构CPU主存设备设备IOPI/O总线三总线9早期总线的内部结构早期总线的内部结构-处理器芯片引脚的延伸处理器芯片引脚的延伸CPU存储器存储器模块模块输入设备输入设备接口接口输出设备输出设备接口接口数据线数据线地址线地址线控制线控制线早

11、期总线的内部结构CPU存储器输入设备接口输出设备接口数据线10CPU-CACHE模块模块存储器存储器模块模块I/O接口接口总线总线控制器控制器数据传送总线（数据线、地址线、控制线）数据传送总线（数据线、地址线、控制线）仲裁总线（仲裁总线（BR、BG）中断和同步总线中断和同步总线公用线（时钟信号、电源公用线（时钟信号、电源/地线、地线、）当代流行的总线内部结构当代流行的总线内部结构CPU-CACHE存储器I/O总线数据传送总线（数据线、地址11计算机组成原理第六章ppt课件12计算机组成原理计算机组成原理13PC机总线的发展l1616位位PCPC机：单总线结构机：单总线结构IBM PCIBM P

12、C机和机和IBM PC/XTIBM PC/XT机的机的IBM PCIBM PC总线总线IBM PC/XTIBM PC/XT机的机的IBM ATIBM AT总线，即总线，即ISAISA总线总线l早期早期3232位位PCPC机机与与MCAMCA总线竞争的总线竞争的EISAEISA总线（扩展总线（扩展 ISA ISA总线）总线）3232位局部总线位局部总线VESAVESAl当前当前3232位位PCPC机：多总线结构机：多总线结构存储总线存储总线系统总线：外设部件互连系统总线：外设部件互连PCIPCI显示总线：图形加速接口显示总线：图形加速接口AGPAGP外外设设接接口口：键键盘盘接接口口、鼠鼠标标接

13、接口口、并并行行打打印印机机接接口口、串串行行通信接口，通用串行接口通信接口，通用串行接口USBUSB，IEEE 1394IEEE 1394接口接口PC机总线的发展16位PC机：单总线结构6.26.2 总线接口总线接口 1.1.串行传送串行传送只只有有一一条条传传输输线线，每每次次一一位位，按按顺顺序序来来传传送送表表示示一个数码的所有二进制位一个数码的所有二进制位(bit)(bit)2.2.并行传送并行传送每每个个数数据据位位都都需需要要单单独独一一条条传传输输线线。二二进进制制数数“0”“0”或或“1”“1”在不同的线上同时进行传送在不同的线上同时进行传送演示演示演示演示6.2总线接口1.

14、串行传送演示演示14计算机组成原理计算机组成原理15串行通信l串串行行通通信信：将将数数据据分分解解成成二二进进制制位位用用一一条条信信号号线，一位一位顺序传送的方式线，一位一位顺序传送的方式l串串行行通通信信的的优优势势：用用于于通通信信的的线线路路少少，因因而而在在远距离通信时可以极大地降低成本远距离通信时可以极大地降低成本l通信协议通信协议（通信规程）：收发双方共同遵守（通信规程）：收发双方共同遵守解解决决传传送送速速率率、信信息息格格式式、位位同同步步、字字符符同同步步、数据校验等问题数据校验等问题l串串行行通通信信适适合合于于远远距距离离数数据据传传送送，也也常常用用于于速速度要求不

15、高的近距离数据传送度要求不高的近距离数据传送lPCPC系系列列机机上上有有两两个个串串行行异异步步通通信信接接口口、键键盘盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送鼠标器与主机间采用串行数据传送串行通信串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位计算机组成原理计算机组成原理16通信方式l串行异步通信串行异步通信：以字符为单位进行传输：以字符为单位进行传输l串串行行同同步步通通信信：以以一一个个数数据据块块（帧帧）为为传传输输单单位位，每每个个数数据据块块附附加加1个个或或2个个同同步步字字符符，最最后后以校验字符结束以校验字符结束l传输制式传输制式全双工全双工：双根传输线，能够同时发送和接收：

16、双根传输线，能够同时发送和接收半双工半双工：单根传输线，不能同时发送和接收：单根传输线，不能同时发送和接收单工单工：单根传输线只用作发送或只用作接收：单根传输线只用作发送或只用作接收l调调制制解解调调器器ModemModem：通通信信线线路路信信号号与与计计算算机机数数字信号相互转换的设备字信号相互转换的设备演示演示通信方式串行异步通信：以字符为单位进行传输演示计算机组成原理计算机组成原理17起起始始位位每每个个字字符符开开始始传传送送的的标标志志，起始位采用逻辑起始位采用逻辑0电平电平数数据据位位数数据据位位紧紧跟跟着着起起始始位位传传送送。由由58个二进制位组成，低位先传送个二进制位组成，

17、低位先传送校校验验位位用用于于校校验验是是否否传传送送正正确确；可可选择奇检验、偶校验或不传送校验位选择奇检验、偶校验或不传送校验位停停止止位位表表示示该该字字符符传传送送结结束束。停停止止位采用逻辑位采用逻辑1电平，可选择电平，可选择1、1.5或或2位位起止式异步通信字符格式起始位起始位校验位校验位停止位停止位空闲位空闲位数据位数据位低位低位高位高位字符字符0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1空空闲闲位位传传送送字字符符之之间间的的逻逻辑辑1电电平平，表示没有进行传送表示没有进行传送起始位每个字符开始传送的标志，起始位采用逻辑0电平数据位计算机组成

18、原理计算机组成原理18数据传输速率l数据传输速率数据传输速率比特率比特率（Bit Rate）每秒传输的每秒传输的二进制位数二进制位数bps字字符符中中每每个个二二进进制制位位持持续续的的时时间间长长度度都都一一样样，为为数数据传输速率的倒数据传输速率的倒数l进行二进制数码传输，每位时间长度相等：进行二进制数码传输，每位时间长度相等：比特率比特率波特率波特率（Baud Rate）l过去，限制在过去，限制在50 bps到到9600 bps之间之间l现在，可以达到现在，可以达到115200 bps或更高或更高数据传输速率数据传输速率比特率（BitRate）【例例2 2】利利用用串串行行方方式式传传送

19、送字字符符，每每秒秒钟钟传传送送的的数数据据位位数数常常称称为为波波特特。假假设设数数据据传传送送速速率率是是120120个个字字符符/秒秒，每每一一个个字字符符格格式式规规定定包包含含1010个个数数据据位位(起起始始位位、停停止止位位、8 8个个数数据据位位)，问问传传送送的的波波特特数数是是多多少少？每个数据位占用的时间是多少？每个数据位占用的时间是多少？【解】：波特数为：【解】：波特数为：10位位120/秒秒=1200波特波特每个数据位占用的时间每个数据位占用的时间Td是波特数的倒数：是波特数的倒数：Td=1/1200=0.8330.001s=0.833ms发送发送8位数据：位数据：5

20、9H01011001B，偶校验、两个停止位，偶校验、两个停止位【例2】利用串行方式传送字符，每秒钟传送的数据位数常称为波计算机组成原理计算机组成原理206.3.1 总线的仲裁l主设备主设备(Master)(Master)：控制总线完成数据传输：控制总线完成数据传输l从设备从设备(Slave)(Slave)：被动实现数据交换：被动实现数据交换l总线仲裁：决定当前控制总线的主设备总线仲裁：决定当前控制总线的主设备集中仲裁：中央仲裁器负责集中仲裁：中央仲裁器负责分布仲裁：比较各个主设备仲裁号决定分布仲裁：比较各个主设备仲裁号决定某一时刻，只能有一个主设备控制总线，某一时刻，只能有一个主设备控制总线，

21、其它设备此时可以作为从设备其它设备此时可以作为从设备某一时刻，只能有一个设备向总线发送数据，某一时刻，只能有一个设备向总线发送数据，但可以有多个设备从总线接收数据但可以有多个设备从总线接收数据6.3.1总线的仲裁主设备(Master)：控制总线完成数集中仲裁：链式查询方式集中仲裁：链式查询方式总总线线控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口nBG数据线数据线地址线地址线BS -总线忙总线忙BR-总线请求总线请求BG-总线同意总线同意I/O接口接口1集中仲裁：链式查询方式总I/O接口0BSBRI/O接口1I21 0BS -总线忙总线忙BR-总线请求总线请求总总线线控

22、控制制部部件件数据线数据线地址线地址线I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n设备地址设备地址集中仲裁：计数器定时查询方式集中仲裁：计数器定时查询方式I/O接口接口1 计数器计数器设备地址设备地址 10总数据线地址线I/O接口0BSBRI/O接口1I/O接22排队器排队器排队器排队器集中仲裁：独立请求方式集中仲裁：独立请求方式总总线线控控制制部部件件数据线数据线地址线地址线I/O接口接口0I/O接口接口1I/O接口接口nBR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意总线同意BR-总线请求总线请求排队器排队器集中仲裁：独立请求方式总数据线地址线I/O接口023分布式仲裁分布式

23、仲裁中央中央处理器处理器设备接口设备接口0设备接口设备接口1设备接口设备接口N312分布式仲裁中央设备接口设备接口设备接口31224计算机组成原理计算机组成原理256.3.2 总线的定时（时序协议）l同步定时（时序）同步定时（时序）总线操作的各个过程由共用的总线时钟信号控制总线操作的各个过程由共用的总线时钟信号控制适适合合速速度度相相当当的的器器件件互互连连总总线线，否否则则需需要要准准备备好好信信号让快速器件等待慢速器件号让快速器件等待慢速器件微处理器控制的总线时序采用同步时序微处理器控制的总线时序采用同步时序l异步定时（时序）异步定时（时序）总线操作需要握手联络（应答）信号控制总线操作需要

24、握手联络（应答）信号控制数据传输的开始伴随有启动（选通或读写）信号数据传输的开始伴随有启动（选通或读写）信号数据传输的结束有一个确认信号，进行应答数据传输的结束有一个确认信号，进行应答6.3.2总线的定时（时序协议）同步定时（时序）同步时序协议同步时序协议同步式数据输入同步式数据输入T1总线传输周期总线传输周期T2T3T4 时钟时钟 地址地址 读读命令命令 数据数据同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4时钟地址读27同步式数据输出同步式数据输出T1总线传输周期总线传输周期T2T3T4 时钟时钟 地址地址 写写命令命令 数据数据同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4时钟地址写28异步时序

25、异步时序不互锁不互锁半互锁半互锁全互锁全互锁异步时序的互锁关系异步时序的互锁关系主设备主设备从设备从设备请请求求回回答答不互锁半互锁全互锁异步时序的互锁关系主设备从设备请回30计算机组成原理计算机组成原理31打印机时序l典型的异步时序典型的异步时序lDATA0DATA0DATA7DATA7（8 8位并行数据）信号位并行数据）信号主机输出打印数据和命令主机输出打印数据和命令lSTROBE*STROBE*（选通）信号（选通）信号输出低有效，才能使打印机接收数据输出低有效，才能使打印机接收数据lACK*ACK*（响应）信号（响应）信号打印机接收数据结束回送负脉冲响应信号打印机接收数据结束回送负脉冲响

26、应信号lBUSYBUSY（忙状态）信号（忙状态）信号打印机忙于处理接收到的数据，不能接收新的数据打印机忙于处理接收到的数据，不能接收新的数据时序图时序图打印机时序典型的异步时序时序图计算机组成原理计算机组成原理32计算机组成原理第六章ppt课件计算机组成原理计算机组成原理336.3.3 总线数据传送模式l读读数据传送：数据由从设备到主设备数据传送：数据由从设备到主设备l写写数据传送：数据由主设备到从设备数据传送：数据由主设备到从设备l猝发传送猝发传送（数据块传送）（数据块传送）给给出出起起始始地地址址，将将固固定定块块长长的的数数据据一一个个接接一一个个地地从从相邻地址读出或写入相邻地址读出或

27、写入l写后读写后读（Read-After-WriteRead-After-Write）先写后读同一个地址单元，适用于校验先写后读同一个地址单元，适用于校验l读修改写读修改写（Read-Modify-WriteRead-Modify-Write）先读后写同一个地址单元，适用于共享数据保护先读后写同一个地址单元，适用于共享数据保护l广播广播（BroadcastBroadcast）一个主设备对多个从设备的写入操作一个主设备对多个从设备的写入操作6.3.3总线数据传送模式读数据传送：数据由从设备到主设备计算机组成原理计算机组成原理34Pentium的总线周期l基本非流水线总线周期基本非流水线总线周期由

28、由2 2个时钟周期个时钟周期T1T1和和T2T2组成组成T1T1周期：发出地址信号、控制信号等周期：发出地址信号、控制信号等T2T2周期：进行数据传送周期：进行数据传送l猝发传送总线周期猝发传送总线周期从连续的存储单元中获取数据从连续的存储单元中获取数据在在T1T1周期提供首个单元的地址周期提供首个单元的地址接着接着4 4个个T2T2周期读取周期读取4 4个个6464位数据位数据2-1-1-12-1-1-1猝发传送：猝发传送：5 5个时钟个时钟3232字节数据传输字节数据传输时序图时序图Pentium的总线周期基本非流水线总线周期时序图计算机组成原理计算机组成原理35计算机组成原理第六章ppt

29、课件计算机组成原理计算机组成原理366.4 PCI总线lIntelIntel公司提出，公司提出，PCIPCI联盟联盟SIGSIG支持支持l与处理器无关与处理器无关l集中式总线仲裁、支持多处理器系统集中式总线仲裁、支持多处理器系统l通过桥电路兼容通过桥电路兼容ISA/EISAISA/EISA总线总线l具有即插即用的自动配置能力等具有即插即用的自动配置能力等l共共9494个引脚个引脚PCI 1.0PCI 1.0版：版：3232位数据总线、位数据总线、33MHz33MHz时钟频率时钟频率PCI 2.0PCI 2.0版：版：6464位数据总线、位数据总线、33MHz33MHz时钟频率时钟频率PCI 2

30、.1PCI 2.1版：版：6464位数据总线、位数据总线、66MHz66MHz时钟频率时钟频率6.4PCI总线Intel公司提出，PCI联盟SIG支持PCI总线结构PCI总线结构计算机组成原理计算机组成原理38PCI总线信号l地址和数据引脚地址和数据引脚AD31:0AD31:0，AD63:32AD63:32：6464位地址和数据复用信号位地址和数据复用信号C/BE3:0#C/BE3:0#，C/BE7:4#C/BE7:4#：命令和字节有效复用信号：命令和字节有效复用信号PARPAR，PAR64PAR64：奇偶校验信号：奇偶校验信号l接口控制引脚接口控制引脚FRAME#FRAME#：帧信号，表示总

31、线周期开始：帧信号，表示总线周期开始IRDY#IRDY#：初始方就绪信号：初始方就绪信号TRDY#TRDY#：目标方就绪信号：目标方就绪信号STOP#STOP#：停止信号：停止信号DEVSEL#DEVSEL#：设备选择信号：设备选择信号IDSEL#IDSEL#：初始化设备选择信号：初始化设备选择信号LOCK#LOCK#：封锁信号：封锁信号示意图示意图PCI总线信号地址和数据引脚示意图计算机组成原理计算机组成原理39计算机组成原理第六章ppt课件计算机组成原理计算机组成原理40PCI总线周期lI/OI/O读写周期读写周期主设备与主设备与I/OI/O设备交换数据，不支持猝发传送设备交换数据，不支持

32、猝发传送l存储器读存储器读、存储器行读存储器行读、存储器多重读周期存储器多重读周期猝发读取不同的数据量猝发读取不同的数据量l存储器写周期：存储器写周期：猝发写入数据猝发写入数据l存储器写和无效周期存储器写和无效周期保证写入，同时广播保证写入，同时广播“无效无效”信息信息l中断响应周期中断响应周期：响应：响应I/OI/O设备中断设备中断l特殊周期：特殊周期：主设备广播信息到多个目标设备主设备广播信息到多个目标设备l双地址总线周期双地址总线周期：传输：传输6464位地址位地址l配置读和写周期配置读和写周期实现对实现对PCIPCI总线设备的配置信息进行读写，实现自动配置总线设备的配置信息进行读写，实

33、现自动配置PCI总线周期I/O读写周期计算机组成原理计算机组成原理41l同步时序协议，数据传输需要两个阶段同步时序协议，数据传输需要两个阶段第一个阶段（一个时钟）：提供地址第一个阶段（一个时钟）：提供地址第二个阶段（最少一个时钟）：交换数据第二个阶段（最少一个时钟）：交换数据l非猝发传送需要非猝发传送需要2 2个时钟周期个时钟周期l支支持持无无限限猝猝发发传传送送，第第一一个个时时钟钟提提供供地地址址，后后续时钟交换数据，也就是续时钟交换数据，也就是2-1-1-12-1-1-1l最大总线带宽最大总线带宽每个时钟传送每个时钟传送6464位数据，时钟频率位数据，时钟频率66MHz 66MHz 86

34、6 MB/S866 MB/S528 MB/S528 MB/SPCI总线时序示意图示意图同步时序协议，数据传输需要两个阶段PCI总线时序示意图计算机组成原理计算机组成原理42计算机组成原理第六章ppt课件计算机组成原理计算机组成原理436.5 ISA总线l1616位系统总线，用于位系统总线，用于IBM PC/ATIBM PC/AT及其兼容机及其兼容机l由由前前6262引引脚脚（A A和和B B面面）和和后后3636引引脚脚（C C和和D D接接面面）两个插槽组成：两个插槽组成：1.1.IBM PCIBM PC机和机和IBM PC/XTIBM PC/XT机的机的IBM PCIBM PC总线总线前前

35、6262个信号，其中个信号，其中8 8位数据总线、位数据总线、2020位地址总线位地址总线时钟频率时钟频率4.77MHz4.77MHz，最快，最快4 4个时钟周期传送个时钟周期传送8 8位数据位数据2.2.IBM ATIBM AT机增加部分机增加部分后后3636个信号，个信号，1616位数据引脚和位数据引脚和2424位地址引脚位地址引脚8MHz8MHz总线频率，总线频率，2 2个时钟周期传送个时钟周期传送1616位数据位数据6.5ISA总线16位系统总线，用于IBMPC/AT及其计算机组成原理计算机组成原理44SCSI总线(Small Computer System Interface)SCS

36、ISCSI小型计算机系统接口小型计算机系统接口高速、智能、并行总线接口高速、智能、并行总线接口使使用用5050芯芯电电缆缆，由由8 8条条数数据据线线、一一条条奇奇偶偶校校验验线线、9 9条控制线等组成条控制线等组成以菊花链形式最多可连接以菊花链形式最多可连接8 8台设备台设备采采用用分分布布式式总总线线仲仲裁裁策策略略，每每个个SCSISCSI设设备备有有唯唯一一设设备号备号ID07ID07SCSI-2SCSI-2扩扩充充了了SCSISCSI的的命命令令集集，采采用用6868芯芯电电缆缆，提提高高了数据传输率了数据传输率SCSI-3SCSI-3标标准准允允许许总总线线上上连连接接的的设设备备

37、由由8 8个个提提高高到到1616个个，可支持可支持1616位数据传输位数据传输SCSI总线(SmallComputerSystemI计算机组成原理计算机组成原理45IEEE 1394总线l高高速速串串行行总总线线标标准准接接口口，适适合合视视频频等等家家电电消消费费类设备的连接，俗称火线类设备的连接，俗称火线Fire WireFire Wirel具有数据传送的高速性具有数据传送的高速性数据传输率：数据传输率：100Mb/s100Mb/s、200Mb/s200Mb/s、400Mb/s400Mb/sl具有数据传送的实时性具有数据传送的实时性保证多媒体数据（图像和声音）传送的连续保证多媒体数据（图

38、像和声音）传送的连续l体积小易安装，连接方便体积小易安装，连接方便使用使用6 6芯电缆芯电缆支持热插入（带电插拔）支持热插入（带电插拔）IEEE1394总线高速串行总线标准接口，适合视频等家电消计算机组成原理计算机组成原理第六章总线系统第六章总线系统Futurebus总线总线lFuturebus是一个高性能的异步总线标准。其技术要求是：是一个高性能的异步总线标准。其技术要求是：（1）一个与结构、处理器、技术无关的开发标准。）一个与结构、处理器、技术无关的开发标准。（2）基本上是一个异步数据定时协议。）基本上是一个异步数据定时协议。（3）允许采用可选的同步式协议，用来实现高速的块数据传）允许采用

39、可选的同步式协议，用来实现高速的块数据传送。送。（4）支持）支持32位或位或64位寻址，数据线的长度动态可变（位寻址，数据线的长度动态可变（32位、位、64位、位、128位、位、256位），以满足不同带宽的要求。位），以满足不同带宽的要求。（5）全分步式的并行仲裁协议及集中式仲裁协议，并支持线）全分步式的并行仲裁协议及集中式仲裁协议，并支持线路交换式和分离业务协议。路交换式和分离业务协议。（6）提供对容错和高可靠性系统的支持。）提供对容错和高可靠性系统的支持。（7）提供对）提供对cache共享存储器的支持。共享存储器的支持。（8）提供一个兼容的消息传递定义。）提供一个兼容的消息传递定义。Fut

40、urebus总线Futurebus是一个高性能的异步46计算机组成原理计算机组成原理第六章总线系统第六章总线系统USB总线总线lUSB通用串行总线是一种通用万能插口，可以将下列的任通用串行总线是一种通用万能插口，可以将下列的任一部件插入一部件插入USB端口：显示器、键盘、鼠标、调制解调器、端口：显示器、键盘、鼠标、调制解调器、游戏杆、扫描仪、打印机、视频相机等。还可以将一些游戏杆、扫描仪、打印机、视频相机等。还可以将一些USB外设进行串接，即一大串设备共用外设进行串接，即一大串设备共用PC机一个端口。机一个端口。USB总线可提供电源，但如将多个耗电量大的外设串接起总线可提供电源，但如将多个耗电

41、量大的外设串接起来有可能使总线过载，此时可使用一个自供电的集线器来来有可能使总线过载，此时可使用一个自供电的集线器来补充功耗。另外补充功耗。另外USB外设可以热插拔。外设可以热插拔。l根据设备对系统资源需求的不同，在根据设备对系统资源需求的不同，在USB标准中规定了标准中规定了4种不同的数据传输方式：种不同的数据传输方式：1.等时传输方式等时传输方式2.中断传输方式中断传输方式3.控制传输方式控制传输方式4.批处理方式批处理方式USB总线USB通用串行总线是一种通用万能插口，可以将下列47计算机组成原理计算机组成原理48第6章习题1 1、用用异异步步通通信信方方式式传传送送字字符符“A”“A”

42、和和“8”“8”，数数据据有有7 7位位，偶偶校校验验1 1位位，起起始始位位1 1位位，停停止止位位1 1位位，请请分别画出波形图。分别画出波形图。2 2、某某总总线线在在一一个个总总线线周周期期中中并并行行传传送送8 8个个字字节节的的信信息息，假假设设一一个个总总线线周周期期等等于于一一个个总总线线时时钟钟周周期期，总线时钟频率为总线时钟频率为70MHz70MHz，总线带宽是多少？，总线带宽是多少？第6章习题1、用异步通信方式传送字符“A”和“8”，数据有7计算机组成原理计算机组成原理49第6章教学要求l理理解解内内部部总总线线、系系统统总总线线和和I/OI/O总总线线（芯芯片片总总线线

43、、内内总线和外总线）的分类总线和外总线）的分类l理解总线的理解总线的4 4个方面特性，掌握总线带宽以及计算个方面特性，掌握总线带宽以及计算l熟悉单总线、双总线和三总线结构熟悉单总线、双总线和三总线结构l理理解解串串行行传传送送和和并并行行传传送送的的概概念念，掌掌握握起起止止式式异异步步通通信字符格式信字符格式l理解总线仲裁的作用，了解集中仲裁和分布仲裁思想理解总线仲裁的作用，了解集中仲裁和分布仲裁思想l掌握总线同步定时和异步定时（时序）的特点掌握总线同步定时和异步定时（时序）的特点l了解各种总线数据传送模式了解各种总线数据传送模式l了了解解PCIPCI总总线线、ISAISA总总线线、SCSI

44、SCSI总总线线和和IEEE1394IEEE1394总总线线的的特点特点第6章教学要求理解内部总线、系统总线和I/O总线（芯片总线、计算机组成原理计算机组成原理第六章总线系统第六章总线系统第六章 小结第六章小结50计算机组成原理计算机组成原理第六章总线系统第六章总线系统本章小结本章小结l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道，并在争用资源的基础上进行工作。传送的公共通道，并在争用资源的基础上进行工作。l总线有物理特性、功能特性、电气特性、机械特性，因此必须标准化。总线有物理特性、功能特性、电气特

45、性、机械特性，因此必须标准化。l微型计算机系统的标准总线从微型计算机系统的标准总线从ISA总线（总线（16位，带宽位，带宽8MB/s）发展到）发展到EISA总线（总线（32位，带宽位，带宽33.3MB/s）和）和VESA总线（总线（32位，带宽位，带宽132MB/s），又进一步发展到），又进一步发展到PCI总线（总线（64位，带宽位，带宽264MB/s）。衡量）。衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。输速率。l各种外围设备必须通过各种外围设备必须通过“接口接口”与总线相连。接口是指与总线相连。接口

46、是指CPU、主存、外、主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态联结的两围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态联结的两个功能部件间起着缓冲器和转换器的作用，以便实现彼此之间的信息传个功能部件间起着缓冲器和转换器的作用，以便实现彼此之间的信息传送。送。l总线仲裁是总线系统的核心问题之一。为解决多个主设备同时竞争总线总线仲裁是总线系统的核心问题之一。为解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件。它通过采用优先级策略或公平控制权的问题，必须具有总线仲裁部件。它通过采用优先级策略或公平策略，选择其中一个主设备作为总线的下一次主方，接管总线控制权。策略，选择其中一个主设备作为总线的下一次主方，接管总线控制权。本章小结总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部51