计算机组成原理总线系统课件.ppt

1、第一页，编辑于星期三：十五点 二十分。目录目录l6.1 总线的概念和构造形态总线的概念和构造形态 理解理解l6.2 总线接口总线接口 了解了解l6.3 总线的仲裁总线的仲裁理解理解l6.4 总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式了解了解l6.5 HOST总线和总线和PCI总线总线 了解了解l6.6 InfiniBand标准标准了解了解2021/11/142第二页，编辑于星期三：十五点 二十分。考研大纲要求考研大纲要求(一一)总线概述总线概述1.总线的根本概念总线的根本概念2.总线的分类总线的分类3.总线的组成及性能指标总线的组成及性能指标(二二)总线仲裁总线仲裁1.集中仲裁方式集中仲

2、裁方式2.分布仲裁方式分布仲裁方式(三三)总线操作和定时总线操作和定时1.同步定时方式同步定时方式2.异步定时方式异步定时方式(四四)总线标准总线标准2021/11/143第三页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.1 总线的概念和构造形态总线的概念和构造形态l6.1.1总线的根本概念总线的根本概念l6.1.2总线的连接方式总线的连接方式l6.1.3总线的内部构造总线的内部构造l6.1.4总线构造实例总线构造实例2021/11/144第四页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.1.1 总线的根本概念总线的根本概念l总线总线l构成计算机系统的互联机构，是系统内各功能部件之间进展构成计算机系统的互联机

3、构，是系统内各功能部件之间进展信息传送的公共通路。信息传送的公共通路。l总线的分类总线的分类 l按连接部件分按连接部件分l内部总线、局部总线、系统总线、通信总线内部总线、局部总线、系统总线、通信总线l按传送的信息分按传送的信息分l数据总线、地址总线、控制总线数据总线、地址总线、控制总线2021/11/145第五页，编辑于星期三：十五点 二十分。按传送信息分类的总线按传送信息分类的总线l地址总线地址总线单向单向，三态总线，用于传送，三态总线，用于传送地址信息地址信息；其位数决定可直接寻址的范围；其位数决定可直接寻址的范围；l数据总线数据总线双向双向，三态总线，用于传送，三态总线，用于传送数据信息

4、数据信息；其位数有其位数有8位、位、16位、位、32位、位、64位等；位等；l控制总线控制总线传送控制、状态信息；传送控制、状态信息；位数不定。位数不定。2021/11/146第六页，编辑于星期三：十五点 二十分。按连接部件分类的总线按连接部件分类的总线l内部总线内部总线各芯片内部逻辑器件的连接总线；各芯片内部逻辑器件的连接总线；l局部总线局部总线CPU与其他部件的连接总线；与其他部件的连接总线；介于介于CPU内部总线和系统总线之间，可高速传输数据；内部总线和系统总线之间，可高速传输数据；l系统总线系统总线计算机各功能部件的连接总线；计算机各功能部件的连接总线；l通信总线通信总线微机系统与微机

5、系统、其他设备之间的连接总线；微机系统与微机系统、其他设备之间的连接总线；2021/11/147第七页，编辑于星期三：十五点 二十分。M.M 扩展板扩展板CPU 插件板插件板I/O插件板插件板BUS总线的物理实现总线的物理实现2021/11/148第八页，编辑于星期三：十五点 二十分。1、总线的特性、总线的特性l物理特性物理特性总线的位数，总线插头、插座的形状，引脚的排列方式等；总线的位数，总线插头、插座的形状，引脚的排列方式等；l功能特性功能特性确定每一根总线的名称、定义、功能与逻辑关系等，如传送确定每一根总线的名称、定义、功能与逻辑关系等，如传送数据、地址、控制信号；数据、地址、控制信号；

6、l电气特性电气特性规定每一根总线上信号的传送方向及有效电平范围等内容；规定每一根总线上信号的传送方向及有效电平范围等内容；l时间特性时间特性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；2021/11/149第九页，编辑于星期三：十五点 二十分。2、总线标准、总线标准l总线的标准化总线的标准化为保证总线的性能充分发挥以及兼容问题而提出的；为保证总线的性能充分发挥以及兼容问题而提出的；主要包括总线的各种特性、数据传输率、总线通信协议、主要包括总线的各种特性、数据传输率、总线通信协议、仲裁协议等一系列规定和约定。仲裁协议等一系列规定和约定。l总线标准的来源总线标准的来源权威组织正式公布的

7、标准；权威组织正式公布的标准；实际存在的工业标准；实际存在的工业标准；l典型的标准总线典型的标准总线ISA、EISA、PCI等；等；l按总线标准设计的接口是按总线标准设计的接口是通用接口通用接口。2021/11/1410第十页，编辑于星期三：十五点 二十分。3、总线的性能指标、总线的性能指标l总线宽度总线宽度一次总线操作中，最多可传送的数据位数。一次总线操作中，最多可传送的数据位数。l总线周期总线周期一次总线操作所需要的最小间隔时间。一次总线操作所需要的最小间隔时间。总线周期与总线的时钟频率成反比，即总线周期与总线的时钟频率成反比，即T=1/fl总线带宽总线带宽单位时间内通过总线的数据位数，总

8、线的数据传输率；单位时间内通过总线的数据位数，总线的数据传输率；单位一般为单位一般为MB/s。2021/11/1411第十一页，编辑于星期三：十五点 二十分。课本课本P185【例【例1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，那么总线带宽是多少那么总线带宽是多少?l一个总线周期一个总线周期 T=1/f=1/(33106)l一个总线周期的传送的数据量一个总线周期的传送的数据量 D=4Bl总线带宽总线带宽Dr=D/T=D1/T=

9、Dfl =4B33106/s=132MB/sl(2)如果一个总线周期中并行传送如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率位数据，总线时钟频率升为升为66MHz，那么总线带宽是多少，那么总线带宽是多少?l总线带宽总线带宽Dr=Df=8B66106/s=528MB/s2021/11/1412第十二页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.1.2 总线的连接方式总线的连接方式l适配器：又称接口适配器：又称接口l实现高速实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并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。完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。l

10、单机系统中，总线构造的三种根本类型：单机系统中，总线构造的三种根本类型：l单总线构造单总线构造l使用一条单一的系统总线来连接使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和、内存和I/O设备。设备。l双总线构造双总线构造l在在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。l三总线构造三总线构造l在各外部设备与通道之间增加一组在各外部设备与通道之间增加一组I/O总线。总线。l多总线构造多总线构造l通过桥将多总线彼此相连。通过桥将多总线彼此相连。2021/11/1413第十三页，编辑于星期三：十五点 二十分。l系统内的所有部件均由系统总线连接；系统内的所有部件均由

11、系统总线连接；l优点：优点：l各部件之间可直接进展通信；系统易于扩大；各部件之间可直接进展通信；系统易于扩大；l缺点：缺点：l总线负载重；总线负载重；l假设有慢速设备，那么会产生较大的时间延迟。假设有慢速设备，那么会产生较大的时间延迟。单总线构造单总线构造CPUCPU主存主存设备设备适配器适配器设备设备适配器适配器系统总线系统总线2021/11/1414第十四页，编辑于星期三：十五点 二十分。l系统内的所有部件均由系统总线连接；在系统内的所有部件均由系统总线连接；在CPU和主存之间再专和主存之间再专门设置了一组高速的存储总线。门设置了一组高速的存储总线。l特点：特点：l保持了单总线的优点简单、

12、易扩大；保持了单总线的优点简单、易扩大；l减轻了系统总线的工作负担，使减轻了系统总线的工作负担，使CPU工作效率有所提高；工作效率有所提高；l但增加了硬件本钱。但增加了硬件本钱。双总线构造双总线构造CPU主存主存设备设备适配器适配器设备设备适配器适配器存储总线存储总线系统总线系统总线2021/11/1415第十五页，编辑于星期三：十五点 二十分。l系统总线负责连接系统总线负责连接CPU、主存、主存、I/O通道；存储总线负责连接通道；存储总线负责连接CPU与主存；与主存；I/O总线负责连接各总线负责连接各I/O适配器。适配器。l特点：特点：l设置了通道，对外设进展统一的管理，分担了设置了通道，对

13、外设进展统一的管理，分担了CPU的工作。的工作。l提高了提高了CPU工作效率，同时也最大限度的提高外设的工作速度。工作效率，同时也最大限度的提高外设的工作速度。l但硬件本钱进一步增加。但硬件本钱进一步增加。三总线构造三总线构造CPU主存主存设备适配器设备适配器设备适配器设备适配器IOPI/OI/O总线总线系统总线系统总线存储总线存储总线2021/11/1416第十六页，编辑于星期三：十五点 二十分。三总线构造的又一形式三总线构造的又一形式局域网局域网系统总线系统总线CPUCache局部总线局部总线扩展总线接口扩展总线接口扩展总线扩展总线Modem串行接口串行接口SCSI局部局部I/OI/O控制

14、器控制器主存主存2021/11/1417第十七页，编辑于星期三：十五点 二十分。多总线构造多总线构造2021/11/1418第十八页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.1.3 总线的内部构造总线的内部构造l早期总线内部构造早期总线内部构造l实际是实际是CPU芯片引芯片引脚的延伸；脚的延伸；l早期总线的缺乏早期总线的缺乏lCPU是总线上惟一是总线上惟一的主控者。的主控者。l总线构造与总线构造与CPU严严密相关，通用性较差。密相关，通用性较差。2021/11/1419第十九页，编辑于星期三：十五点 二十分。现代总线现代总线l多采用标准总线多采用标准总线l与构造、与构造、CPU、技术无关；、技术无关

15、；l又被称为底板总线。又被称为底板总线。l现代总线可分为四个局部：现代总线可分为四个局部：l数据传送总线数据传送总线l地址线、数据线、控制线；地址线、数据线、控制线；l仲裁总线仲裁总线l总线请求线、总线授权线；总线请求线、总线授权线；l中断和同步总线中断和同步总线l中断请求线、中断认可线；中断请求线、中断认可线；l公用线公用线l时钟信号、电源等；时钟信号、电源等；2021/11/1420第二十页，编辑于星期三：十五点 二十分。CPUCPU多媒体多媒体PCI PCI 桥桥高速局域网高速局域网高性能图形高性能图形调制解调器调制解调器图文传真图文传真PCI 总线总线系统总线系统总线33 MHz33

16、MHz的的3232位数据通路位数据通路8 MHz8 MHz的的1616位数据通路位数据通路ISA EISA标准总线标准总线 控制器控制器 SCSI SCSI 控制器控制器存储器存储器6.1.4 总线构造实例总线构造实例PCIPCI总线总线连接快速外设连接快速外设3232位位/64/64位总线宽度位总线宽度PCI-ISAPCI-ISA总线总线连接低速外设连接低速外设1616位位DBDB，2424位位ABAB8MHz8MHz何谓何谓“桥？桥？具有缓存、转换、控具有缓存、转换、控制功能的逻辑电路制功能的逻辑电路2021/11/1421第二十一页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.1.5 总线技术的开

17、展历程总线技术的开展历程l1981年，年，IBM公司推出了公司推出了PC/XT总线；总线；l1984年，年，Intel公司联合几家公司制定了公司联合几家公司制定了ISA总线标准；总线标准；lISA，Industry Standard Architecture，工业标准构造，工业标准构造l1987年，年，IBM公司推出了公司推出了MCA总线；总线；lMCA，Micro Channel Architecture，微通道构造，微通道构造l1991年，年，Intel、Compaq等等9家公司联合推出家公司联合推出EISA总线；总线；lEISA，Extended Industrial Standard

18、Architecture l1992年，视频电子标准协会年，视频电子标准协会(VESA)公布了公布了VL总线标准；总线标准；lVL，VESA Local Bus l1992年，年，Intel公司推出了公司推出了PCI总线；总线；lPCI，Peripheral Component Interconnect，外围设备互连总线，外围设备互连总线l1996年，年，Intel公司推出了公司推出了AGP总线；总线；lAGP，Accelerated Graphics Port，加速图形接口，加速图形接口2021/11/1422第二十二页，编辑于星期三：十五点 二十分。总线技术的开展历程总线技术的开展历程PC

19、/XT总线总线2021/11/1423第二十三页，编辑于星期三：十五点 二十分。PC/XT总线总线l早期早期PC/XT微机配套的微机配套的8位系统总线，也称为位系统总线，也称为PC总线；总线；主板上包括主板上包括8个个PC/XT总线扩展槽；总线扩展槽；主板时钟频率为；主板时钟频率为；CPU时钟为，最快的访存周期由时钟为，最快的访存周期由4个时钟周期构成，总线个时钟周期构成，总线带宽约为带宽约为1MB/s；lPC/XT总线扩展槽包括总线扩展槽包括62个管脚；个管脚；CPU引脚经过引脚经过8282、8286、8288、8259、8237等芯片组等芯片组合而成；合而成；右侧为右侧为A列，左侧为列，左

20、侧为B列，各列，各31个管脚，包括地址线、数个管脚，包括地址线、数据线、控制线、状态线、辅助线与电源线五类；据线、控制线、状态线、辅助线与电源线五类；2021/11/1424第二十四页，编辑于星期三：十五点 二十分。扬声器 8 个 8 位 62 引脚扩展槽 扩展总线缓冲 CPU 8088(4.77MHz)8087（可选）ROM BIOS DRAM 控制器 RAM 8237 DMA 控制器 DMA 页面寄存器 8253 定时/计数器 8259 中断控制器 8250 串行通信控制器 键盘与并行控制电路 2021/11/1425第二十五页，编辑于星期三：十五点 二十分。ISA总线总线l16位的总线构

21、造，并保持了对位的总线构造，并保持了对8位总线的兼容性；位总线的兼容性；l主板上也是主板上也是8个扩展槽；个扩展槽；l扩展槽既可以插入扩展槽既可以插入16位板卡，也可以插入位板卡，也可以插入8位板卡；位板卡；l总线时钟与总线时钟与CPU时钟均为时钟均为612MHz，访存周期至少，访存周期至少3个时钟周个时钟周期，总线带宽约为期，总线带宽约为48MB/s；lISA总线设计为长短插槽形式；总线设计为长短插槽形式；l前前62管脚的长插槽管脚的长插槽l信号分布与功能含义大致与信号分布与功能含义大致与PC总线一样；总线一样；l后后36管脚的短插槽管脚的短插槽lISA总线新增，分为总线新增，分为C、D列，

22、各列，各18个管脚；个管脚；2021/11/1426第二十六页，编辑于星期三：十五点 二十分。ISA总线插槽总线插槽同一类型的插同一类型的插槽都是相通的，槽都是相通的，板卡可以插入板卡可以插入其中任何一个其中任何一个槽中。槽中。2021/11/1427第二十七页，编辑于星期三：十五点 二十分。ISA声卡声卡2021/11/1428第二十八页，编辑于星期三：十五点 二十分。2021/11/1429第二十九页，编辑于星期三：十五点 二十分。EISA总线总线lEISA总线是总线是ISA总线的扩展总线的扩展l数据总线从数据总线从16位变为位变为32位，位，地址总线从地址总线从24位变为位变为32位；位

23、；l增加了突发式传送增加了突发式传送Burst Transfer，又称猝发式传送；，又称猝发式传送；l支持多处理器的高性能支持多处理器的高性能32位位标准总线。标准总线。lEISA总线扩展槽的插脚分上、下两层；总线扩展槽的插脚分上、下两层；l上层同上层同ISA总线的兼容；总线的兼容；l下层是下层是EISA总线新增的信号；总线新增的信号；ISA插板ISA插板EISA插板EISA插板2021/11/1430第三十页，编辑于星期三：十五点 二十分。PCI总线总线lPCI总线是一种将系统中外围部件以构造化可控制方式连接起总线是一种将系统中外围部件以构造化可控制方式连接起来的总线标准，是基于奔腾处理器而

24、开展的总线。来的总线标准，是基于奔腾处理器而开展的总线。lPCI 总线的主要性能总线的主要性能l数据总线数据总线32位位5V，可扩大到，可扩大到64位位3.3V；l最多支持最多支持10 台外设；台外设；l总线时钟频率总线时钟频率33MHz/66MHz；l支持突发式传送，最大数据传输速率支持突发式传送，最大数据传输速率528MB/s；l能自动识别外设，硬件插卡自动识别、配置，即插即用；能自动识别外设，硬件插卡自动识别、配置，即插即用；l独特的中间缓冲器设计方式，独立于独特的中间缓冲器设计方式，独立于 CPU，并将，并将CPU子系统与子系统与外设分开；外设分开；l支持多主设备系统；支持多主设备系统

25、；2021/11/1431第三十一页，编辑于星期三：十五点 二十分。PCI插槽插槽2021/11/1432第三十二页，编辑于星期三：十五点 二十分。PCI系统构造系统构造lPCI总线中提出了总线中提出了“桥的概念桥的概念l“桥桥连接两条总线，使总线之间互相通信；连接两条总线，使总线之间互相通信；lPCI总线是在总线是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，由和原来的系统总线之间插入的一级总线，由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。以协调数据的传送。l桥的类型桥的类型l主桥：连接主桥：连接CPU和根本和根本

26、PCI总线，也称为总线，也称为“北桥；北桥；l标准总线桥：连接标准总线桥：连接PCI总线和其他标准总线和其他标准IO总线；总线；lPCI桥：连接两条桥：连接两条PCI总线；总线；南桥南桥2021/11/1433第三十三页，编辑于星期三：十五点 二十分。CPUCache 控制器控制器内存控制器内存控制器处理器总线与主处理器总线与主PCI总线桥接器总线桥接器高速缓存高速缓存Cache内存内存DRAMPCI与与PCI桥接器桥接器PCI与与ISA桥接器桥接器PCI与与EISA桥接器桥接器LAN I/O控制器控制器MODEM控制器控制器I/O支持支持软盘软盘键盘键盘串行口串行口I/O支持支持并行口并行口

27、声频声频处理器总线处理器总线主主PCI总线总线次次PCI总线总线ISA总线总线EISA总线总线存储器存储器总线总线PCI SCSI卡卡PCI 显卡显卡标准标准总线桥总线桥PCI桥桥主桥主桥基于基于PCI总线的系统构造图总线的系统构造图2021/11/1434第三十四页，编辑于星期三：十五点 二十分。Pentium PC的体系构造的体系构造 处理器总线处理器总线2021/11/1435第三十五页，编辑于星期三：十五点 二十分。AGP总线总线lAGP总线是一种显示卡专用的局部图形总线；总线是一种显示卡专用的局部图形总线；l严格的说，严格的说，AGP不能称为总线，因为它是点对点连接，即控制不能称为总

28、线，因为它是点对点连接，即控制芯片和芯片和AGP显示卡连接连接；显示卡连接连接；lAGP总线直接与主板的北桥芯片相连，让显示芯片与系统主内总线直接与主板的北桥芯片相连，让显示芯片与系统主内存直接相连存直接相连;l防止了窄带宽的防止了窄带宽的PCI总线形成的系统瓶颈，增加总线形成的系统瓶颈，增加3D图形数据传图形数据传输速度输速度;l在显存缺乏的情况下还可以调用系统主内存。在显存缺乏的情况下还可以调用系统主内存。2021/11/1436第三十六页，编辑于星期三：十五点 二十分。AGP插槽插槽2021/11/1437第三十七页，编辑于星期三：十五点 二十分。AGP接口的开展接口的开展l1996年，

29、年，AGP 1.0图形标准问世；图形标准问世；l包括包括AGP 1X和和AGP 2X两种模式；两种模式；l数据传输带宽分别到达了数据传输带宽分别到达了266MB/s和和533MB/s；l1998年，年，AGP 2.0标准正式发布；标准正式发布；l增加了增加了AGP 4X模式，数据传输带宽到达模式，数据传输带宽到达1066MB/s；l1998年，年，AGP Pro接口与接口与AGP 2.0同时推出同时推出；l在原有在原有AGP插槽的两侧进展延伸，提供额外的电能，增强其功插槽的两侧进展延伸，提供额外的电能，增强其功能。能。l2000年，年，AGP3.0 标准正式发布；标准正式发布；l增加了增加了A

30、GP 8X模式，数据传输带宽到达了模式，数据传输带宽到达了2133MB/s；2021/11/1438第三十八页，编辑于星期三：十五点 二十分。286主板386主板486主板2021/11/1439第三十九页，编辑于星期三：十五点 二十分。Pentium主板支持PentiumII/III的主板支持Pentium4的主板2021/11/1440第四十页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.2 总线接口总线接口l6.2.1 信息的传送方式信息的传送方式l6.2.2 接口的根本概念接口的根本概念2021/11/1441第四十一页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.2.1 信息的传送方式信息的传送方式l串

31、行传送串行传送l使用一条传输线，采用脉冲传送。使用一条传输线，采用脉冲传送。l特点：本钱比较低廉，信息传送速度慢；特点：本钱比较低廉，信息传送速度慢；l并行传送并行传送l每一数据位需要一条传输线，一般采用电位传送；每一数据位需要一条传输线，一般采用电位传送；l系统总线的信息传送方式。系统总线的信息传送方式。l分时传送分时传送l总线传送信息的分时复用总线传送信息的分时复用l某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息。某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息。l共享总线部件对总线的分时复用共享总线部件对总线的分时复用l在不同的时间内由不同的部件使用总线。在不同的时间内由不同的部件使用总线。串行和

32、并行串行和并行传送示意图传送示意图例如：例如：CPU中的复用引脚中的复用引脚例如：系统中主模块对例如：系统中主模块对总线的争用总线的争用2021/11/1442第四十二页，编辑于星期三：十五点 二十分。2021/11/1443第四十三页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.2.2 接口的根本概念接口的根本概念l接口接口lI/O设备适配器；设备适配器；l指指CPU和主存、外围设备之间通过总线进展连接的逻辑部件。和主存、外围设备之间通过总线进展连接的逻辑部件。l接口的典型功能接口的典型功能l控制、缓冲、状态、转换、中断等。控制、缓冲、状态、转换、中断等。l一个适配器必有两个接口一个适配器必有两个接口

33、l一个同系统总线相连，采用并行方式；一个同系统总线相连，采用并行方式；l另外一个同设备相连，可能采用并行方式或是串行方式。另外一个同设备相连，可能采用并行方式或是串行方式。lCPU、接口和外围设备之间的连接关系、接口和外围设备之间的连接关系l课本课本P192 图图6.7 2021/11/1444第四十四页，编辑于星期三：十五点 二十分。课本课本P193【例【例2】利用串行方式传送字符，每秒钟传送的比特利用串行方式传送字符，每秒钟传送的比特(bit)位数常位数常称为波特率。称为波特率。假设数据传送速率是假设数据传送速率是120个字符个字符/秒，每一个字符格式规秒，每一个字符格式规定包含定包含10

34、位起始位、停顿位、位起始位、停顿位、8个数据位，问传送个数据位，问传送的波特率是多少的波特率是多少?每位占用的时间是多少每位占用的时间是多少?解：解：波特率为：波特率为：10位位120/秒秒=1200波特波特 每个每个bit占用的时间占用的时间Td是波特率的倒数：是波特率的倒数：2021/11/1445第四十五页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.3 总线的仲裁总线的仲裁l6.3.1 集中式仲裁集中式仲裁l6.3.2 分布式仲裁分布式仲裁2021/11/1446第四十六页，编辑于星期三：十五点 二十分。总线的仲裁总线的仲裁l连接到总线上的功能模块有连接到总线上的功能模块有主动主动和和被动被动两

35、种形态；两种形态；主方主方可以启动一个总线周期；可以启动一个总线周期；从方从方只能响应主方请求；只能响应主方请求；每次总线操作，只能有一个主方，但是可以有多个从方。每次总线操作，只能有一个主方，但是可以有多个从方。l多个功能模块争用总线时，必须由多个功能模块争用总线时，必须由总线仲裁部件总线仲裁部件选择一个主选择一个主设备使用总线。设备使用总线。l总线占用期总线占用期主方持续控制总线的时间。主方持续控制总线的时间。l总线仲裁方式总线仲裁方式集中式：由集中式：由中央仲裁器中央仲裁器决定总线使用权的归属。决定总线使用权的归属。分布式：多个仲裁器竞争使用总线。分布式：多个仲裁器竞争使用总线。2021

36、/11/1447第四十七页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.3.1 集中式仲裁集中式仲裁l 链式查询方式链式查询方式l设备的优先权与总线控制器的距离有关；设备的优先权与总线控制器的距离有关；l优点：硬件连接简单，判优容易，设备增删容易；优点：硬件连接简单，判优容易，设备增删容易；l缺点：对电路故障敏感，优先级固定；缺点：对电路故障敏感，优先级固定；l 计数器定时查询方式计数器定时查询方式l设备的优先权由计数值决定，计数值为设备的优先权由计数值决定，计数值为0时同链式查询方式；时同链式查询方式；l优点：优先权控制灵活，对电路故障不敏感；优点：优先权控制灵活，对电路故障不敏感；l缺点：硬件本钱增

37、加，控制复杂度高；缺点：硬件本钱增加，控制复杂度高；l 独立请求方式独立请求方式l设备的优先权由中央仲裁器的内部排队逻辑决定；设备的优先权由中央仲裁器的内部排队逻辑决定；l优点：响应时间快，即确定优先响应的设备花费的时间少；优点：响应时间快，即确定优先响应的设备花费的时间少；l 对优先次序的控制也是相当灵活的；对优先次序的控制也是相当灵活的；l缺点：硬件复杂度高。缺点：硬件复杂度高。动画演示动画演示2021/11/1448第四十八页，编辑于星期三：十五点 二十分。链式查询方式链式查询方式1/2l连接方式连接方式采用采用菊花链菊花链的方式连接的方式连接所有具有总线使用能力的部件所有具有总线使用能

38、力的部件；各设备各设备共用共用一根总线请求信号线一根总线请求信号线BR、总线授权信号线、总线授权信号线BG、总线忙信号线总线忙信号线BS与中央仲裁器连接；与中央仲裁器连接；l工作方式工作方式总线授权信号总线授权信号BG串行地从一个串行地从一个I/O接口传送到下一个接口传送到下一个I/O接口。接口。中央中央仲裁器仲裁器设备接口设备接口0 0设备接口设备接口1 1设备接口设备接口N NBGBRBS2021/11/1449第四十九页，编辑于星期三：十五点 二十分。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

39、请求总线请求BG-总线同意总线同意I/O接口接口1链式查询方式链式查询方式2/22021/11/1450第五十页，编辑于星期三：十五点 二十分。计数器定时查询方式计数器定时查询方式1/2l连接方式连接方式省去总线授权信号省去总线授权信号BG；增加计数器增加计数器和和设备地址线号线设备地址线号线，每次相应总线申请，由计数，每次相应总线申请，由计数值决定响应的顺序。值决定响应的顺序。l工作方式工作方式有总线请求时，发出计数值，选择设备查询请求状态，依次有总线请求时，发出计数值，选择设备查询请求状态，依次查询每一个设备；查询每一个设备；中央中央仲裁器仲裁器设备接口设备接口0设备接口设备接口1设备接口

40、设备接口NBRBS设备地址设备地址2021/11/1451第五十一页，编辑于星期三：十五点 二十分。0BS -总线忙总线忙BR-总线请求总线请求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0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n设备地址设备地址I/O接口接口1 计数器计数器设备地址设备地址 1计数器定时查询方式计数器定时查询方式2/22021/11/1452第五十二页，编辑于星期三：十五点 二十分。独立请求方式独立请求方式1/2l连接方式连接方式每个部件均有每个部件均有独立的请求和响应信号线独立的请求和响应信号线，由中央仲裁器，由中央仲裁器的内部排队逻辑决定响应顺序。的内部

41、排队逻辑决定响应顺序。中央中央仲裁器仲裁器设备接口设备接口0 0设备接口设备接口1 1设备接口设备接口N NBR0BG0BR1BG1BRNBGN2021/11/1453第五十三页，编辑于星期三：十五点 二十分。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-总线请求总线请求独立请求方式独立请求方式2/2排队器排队器2021/11/1454第五十四页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.3.2 分布式仲裁分布式仲裁l分布式仲裁不需要中央仲裁器，由分布在各部件中的多个仲裁分布式仲裁不需要中

42、央仲裁器，由分布在各部件中的多个仲裁器竞争使用总线。器竞争使用总线。l每个潜在的主模块都有自己的仲裁器和唯一的仲裁号，通过仲每个潜在的主模块都有自己的仲裁器和唯一的仲裁号，通过仲裁总线上仲裁号的比较，决定可占用总线的部件。裁总线上仲裁号的比较，决定可占用总线的部件。l某部件有总线请求时，将其仲裁号发送到共享仲裁总线上；某部件有总线请求时，将其仲裁号发送到共享仲裁总线上；l每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进展比较；每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进展比较；l如果仲裁总线上的号大，那么它的总线请求不予响应，并撤消如果仲裁总线上的号大，那么它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号；它的

43、仲裁号；l最后，获胜者的仲裁号保存在仲裁总线上。最后，获胜者的仲裁号保存在仲裁总线上。l分布式仲裁是以优先级仲裁策略为根底。分布式仲裁是以优先级仲裁策略为根底。2021/11/1455第五十五页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.4 总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式l6.4.1 总线的定时总线的定时l6.4.2 总行数据传送模式总行数据传送模式2021/11/1456第五十六页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.4.1 总线的定时总线的定时l总线的信息传送过程总线的信息传送过程请求总线、总线仲裁、寻址、信息传送、状态返回；请求总线、总线仲裁、寻址、信息传送、状态返回；l定时定时

44、确定确定事件出现在总线上的时序关系事件出现在总线上的时序关系；l定时的分类：定时的分类：l同步定时同步定时l异步定时异步定时2021/11/1457第五十七页，编辑于星期三：十五点 二十分。1、同步定时、同步定时l系统采用系统采用统一的时钟信号统一的时钟信号，所有事件的出现时间均有该时钟，所有事件的出现时间均有该时钟信号确定；信号确定；l优点优点各模块配合简单一致各模块配合简单一致;数据传输效率较高；数据传输效率较高；l缺点：缺点：各模块的速度差异较大时各模块的速度差异较大时，会影响系统的整体工作效率；会影响系统的整体工作效率；时钟信号受到干扰时时钟信号受到干扰时，会，会引起错误的同步；引起错

45、误的同步；l适用于总线长度较短，各功能模块速度相差不多的系统。适用于总线长度较短，各功能模块速度相差不多的系统。动画演示：动画演示：2021/11/1458第五十八页，编辑于星期三：十五点 二十分。异步定时异步定时l系统依靠应答方式或互锁机制来决定事件出现的时间。系统依靠应答方式或互锁机制来决定事件出现的时间。l优点优点l总线周期长度可变；总线周期长度可变；l缺点缺点l增加了总线的复杂性和本钱；增加了总线的复杂性和本钱；l适用于设备工作速度不一致的系统。适用于设备工作速度不一致的系统。动画演示：动画演示：2021/11/1459第五十九页，编辑于星期三：十五点 二十分。异步定时的互锁机制异步定

46、时的互锁机制不互锁不互锁半互锁半互锁全互锁全互锁主设备主设备从设备从设备请请求求回回答答2021/11/1460第六十页，编辑于星期三：十五点 二十分。6.4.2 总线数据传送模式总线数据传送模式l读、写操作读、写操作l主设备利用系统总线，完成与从设备直接的数据传送；主设备利用系统总线，完成与从设备直接的数据传送；l块传送操作块传送操作l只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据一个接一个只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据一个接一个地读出或写入。地读出或写入。l写后读、读修改写操作写后读、读修改写操作l只给出地址一次，或先写后读校验，或先读后写多道程只给出地址一次，或先写后读校验，

47、或先读后写多道程序系统中对共享存储资源的保护。序系统中对共享存储资源的保护。l播送、广集操作播送、广集操作l播送：总线允许一个主方对多个从方进展写操作。播送：总线允许一个主方对多个从方进展写操作。l广集：与播送相反的操作，它将选定的多个从方数据在总线上广集：与播送相反的操作，它将选定的多个从方数据在总线上完成完成AND或或OR操作。操作。猝发式传送猝发式传送2021/11/1461第六十一页，编辑于星期三：十五点 二十分。09年考研真题年考研真题20.假设某系统总线在一个总线周期中并行传输假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一字节信息，一个总线周期占用个总线周期占用2个时钟周期，

48、总线时钟频率为个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，那，那么总线带宽是么总线带宽是 总线带宽总线带宽Dr=D/2T=D1/2T=D0.5 f =4B0.510106/s=20MB/sB2021/11/1462第六十二页，编辑于星期三：十五点 二十分。10年考研题年考研题20、以下选项中的英文缩写均为总线标准的是、以下选项中的英文缩写均为总线标准的是 A.PCI、CRT、USB、EISAB.ISA、CPI、VESA、EISAC.ISA、SCSI、RAM、MIPSD.ISA、EISA、PCI、PCI-ExpressD2021/11/1463第六十三页，编辑于星期三：十五点 二十分。11年考研题年考

49、研题20、在系统总线的数据线上，不可能传输的是、在系统总线的数据线上，不可能传输的是 A.指令指令B.操作数操作数C.握手应答信号握手应答信号D.中断类型号中断类型号C2021/11/1464第六十四页，编辑于星期三：十五点 二十分。12年考研题年考研题19、某同步总线的时钟频率是、某同步总线的时钟频率是100MHz，宽度为，宽度为32位，地位，地址址/数据线复用，每传输一个地址或数据占用一个时钟周数据线复用，每传输一个地址或数据占用一个时钟周期。假设该总线支持突发期。假设该总线支持突发(猝发猝发)传输方式，那么一次传输方式，那么一次“主主存写总线事务传输存写总线事务传输128位数据所需要的时

50、间至少是位数据所需要的时间至少是 A.20ns B.40ns C.50ns D.80nsC2021/11/1465第六十五页，编辑于星期三：十五点 二十分。12年考研题年考研题20、以下关于、以下关于USB总线特性的描述中，错误是总线特性的描述中，错误是 A.可实现外设的即插即用和热插拔可实现外设的即插即用和热插拔B.可通过级联方式连接多态外设可通过级联方式连接多态外设C.是一种通信总线，可连接不同外设是一种通信总线，可连接不同外设D.同时可传输同时可传输2位数据，数据传输率高位数据，数据传输率高D2021/11/1466第六十六页，编辑于星期三：十五点 二十分。12年考研题年考研题21、以下