计组-6.1总线概述

一，考纲

 1）总线概述

    总线的基本概念；总线的分类；总线的组成及性能指标

2）总线仲裁

    集中仲裁方式；分布仲裁方式

3）总线操作和定时

   同步定时方式；异步定时方式

4）总线标准

思考 1，引入总线结构有什么好处？ 2，引入总线结构会导致什么问题？如何解决？

 

6.1总线概述

随着计算机的发展和应用领域的不断扩大，I/O设备的种类和数量也越来越多。为了更好地解决I/O设备和主机之间连接的灵活性问题，计算机的结构从

分散连接发展为总线连接。为了进一步简化设计，又提出了各类总线标准

6.11总线的基本概念

1，总线的定义     总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。分时和共享是总线的两个特点

    分时，是指同一时刻只允许一个部件向总线发送信息 ； 共享，是指总线上可以挂接多个部件，各个部件之间互相交换的信息都可以通过这组线路分时 共享。在某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息

2，总线设备（按照其对总线有无控制功能可分）

   主设备：总线的主设备是指获得总线控制权的设备

   从设备：总线的从设备是指被主设备访问的设备，只能响应从主设备发来的各种总线命令

3，总线特性

   总线特性是指机械特性（尺寸、形状）、电气特性（传输方向和有效的电平范围）、功能特性（每根传输线的功能）和时间特性（信号和时序的关系）

4，总线的猝发式传输

    在一个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字的总线传输方式叫猝发传输 （是PCI的特有支持的工作方式）

 

6.1.2总线的分类  （按总线功能划分，）

 1，片内总线  是芯片内部的总线，它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线

 2，系统总线

   系统总线是计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之间相互连接的总线

  按系统总线传输信息内容的不同，又分为3类：数据总线、地址总线和控制总线

1）数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关

2）地址总线用来指出数据总线上源数据和目的数据所在的主存单元或I/O端口的地址，它是单向传输总线，地址总线的位数与主存地址空间的大小有关

3）控制总线传输的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外设）返回CPU的反馈信息

 

注意区分数据通路和数据总线：各个功能部件通过数据总线连接形成的数据传输路径称为数据通路。 数据通路表示的是数据流经的路径，而数据总线是承载的媒介

 

3，通信总线

   通信总线是用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信设备、测试设备）之间信息传送的总线，通信总线也称为外部总线

此外，  按时序控制方式，可以将总线划分为同步总线和异步总线。还可以按数据传输格式，将总线分为并行总线和串行总线

 

6.1.3 系统总线的结构

总线结构通常可分为单总线结构、双总线结构、和三总线结构（1，2，3）

1，单总线结构

   单总线结构将 CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）都挂在一组总线上，运行I/O设备之间、I/O设备与主存之间直接交换信息，如图，

CPU与主存、CPU与外设之间可以直接进行信息交换，而无须经过中间设备的干预

注意，单总线并不是指只有一根信号线，系统总线按传送信息的不同分为地址总线、数据总线、控制总心啊

优点：结构简单，成本低，易于连接新的设备；缺点：带宽低、负载重，多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并非传送操作。

 

2，双总线结构

 双总线结构有两条总线，一条是主存总线，用于CPU、主存和通道之间进行数据传送；另一条是I/O总线，用于多个设备与通道之间进行数据传送，如图

  

 

  优点：将较低速的I/O设备从单总线上分离开来，实现存储器总线和I/O总线分离。缺点：需要增加通道等硬件设备

 

3，三总线结构

 三总线结构是在计算机系统各部件采用3条独立的总线来构成信息通路。这3条总线分别为主存总线、I/O总线和直接内存访问总线DMA总线。如图

主存总线用于CPU和内存之间传送地址、数据和控制信息。I/O总线用于CPU和各类外设之间通信。DMA总线用于内存和高速外设之间直接传送数据。

 

优点：提高I/O设备的性能，使其更快地响应命令，提高系统吞吐量。缺点：系统工作效率低

 

6.14总线的性能指标

1）总线的传输周期：是指一次总线操作所需的时间（包括申请阶段、寻址阶段、传输阶段、结束阶段），简称总线周期。总线传输周期通常由若干个总线时钟周期构成。

2）总线时钟周期：机器的时钟周期。计算机有一个统一的时钟，以控制整个计算机的各个部件，总线也要受此时钟的控制。

3）总线的工作频率：总线上各种操作的频率，为总线周期的倒数。实际上指一秒内传送几次数据，若总线周期=N个时钟周期，则总线的工作频率=时钟频率/N

4）总线的时钟频率：即机器的时钟频率，为时钟周期的倒数。

5）总线宽度：又称为总线位宽，它是总线上同时能够传输的数据位数，通常是指数据总线的根数，如32根称为32位（bit）总线。

6）总线带宽：危险的数据传输率，即单位时间内总线上可传输数据的位数，通常用每秒钟传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒 B/s表示。

   总线带宽=总线工作频率*（总线宽度/8）.

  注意总线带宽和总线宽度加以区别

7）总线复用：总线复用是指一种信号线在不同的时间传输不同的信息。可用使用较少的线传输更多的信息，从而节省了成本和空间。

8）信号线数：地址总线、数据总线和控制总线3中总线数的总和称为信号线数。

 其中，总线的最主要性能指标为总线宽度、总线（工作）频率、总线带宽，总线带宽是指总线本身能达到的最高传输速率，它是衡量总线性能的重要指标。

三者关系  ：  总线带宽=总线宽度*总线频率

例如总线工作频率为22MHz, 总线宽度为16位，  则总线带宽=22*（16/8）=44MB/s