第6章 系统总线教学.ppt

第第6章章 系统总线系统总线•6.1 系统总线结构•6.2 总线的控制与通信 •6.3 常用总线举例6.1 系统总线结构 总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线，并且能够分时地发送和接收信息•一个计算机系统中的总线，大致分为三类：•1）同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算器之间的总线，称为内部总线•2）同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类I/O接口间互相连接的总线，称为系统总线•3）多台处理机之间互相连接的总线，称为外部总线 •6.1.1 总线的结构和连接方式总线的结构和连接方式•（一）（一） 总线的组成总线的组成•1．传输线．传输线•一条总线是一组传输线，通常含有传送地址、数据和控制信息等几组线•2．总线接口逻辑．总线接口逻辑•各部件与总线的连接并不是直接相连,需要接口，如三态门同时每个大部件中，有多个寄存器或运算部件需要与总线连接，通常也采用一个缓冲寄存器，作为与总线的接口寄存器•3．总线控制器．总线控制器•其功能主要是用来决定总线的使用权当多个部件争用总线时，可由总线控制器根据部件的优先级进行裁决（二）（二） 总线的连接方式总线的连接方式1.单总线结构单总线结构 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，叫做单总线结构，叫做单总线结构， 单总线（系统总线）单总线（系统总线） CPU M.M I/O接口接口 外部外部 设备设备1 外部外部 设备设备2 I/O接口接口…… 外部外部 设备设备n I/O接口接口……具有特殊功能的处理器具有特殊功能的处理器由通道对由通道对I/O统一管理统一管理通道通道 I/O接口接口 设备设备n …… I/O接口接口 设备设备0 CPU主存主存主存总线主存总线I/O总线总线2.双总线结构双总线结构在单总线系统的基础上，又在在单总线系统的基础上，又在CPU和内存之间专门设置了和内存之间专门设置了一组高速的存储总线，一组高速的存储总线， 3. 多总线结构多总线结构（（1）三总线结构）三总线结构主存总线主存总线DMADMA总线总线I/O总线总线 CPU 主存主存设备设备1设备设备n高速外设高速外设I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口……（（2）三总线结构的又一形式）三总线结构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/O控制器控制器主存主存6.1.2 总线接口•（一）（一） 信息的传送方式信息的传送方式•传输信息基本有四种方式：串行传送、并行传送、并串行传送和分时传送。

•1．串行传送．串行传送•当信息以串行方式传送时，只有一条传输线，且采用脉冲传送在串行传送时，按顺序来传送表示一个数码的所有二进制位（bit）的脉冲信号，串行传送时低位在前，高位在后为了检测传输过程中可能发生错误，在串行传送的信息中一般附加一个奇偶校验位•串行传送的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，成本比较低廉•2．并行传送．并行传送•用并行方式传送二进制信息时，对每个数据位都需要单独一条传输线，信息有多少二进制位组成，就需要多少条传输线并行数据传送比串行数据传送快得多•3．并串行传送．并串行传送•如果一个数据由4个字节组成，那么传送一个字节时采用并行方式，而字节之间采用串行方式• 4．分时传送．分时传送•由于传输线上既要传送地址信息，又要传送数据信息，因此必须划分时间，以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务 6.1.2 总线接口•1．接口的定义．接口的定义•广义的讲，“接口”这一术语是指中央处理器（CPU）和内存、外围设备、或两种外围设备、或两种机器之间通过总线进行连接的逻辑部件 •2. 接口的功能接口的功能•一般来说，输入输出接口功能如下：•（1）数据转换 不同类型的数据必须经过转换过程才能被对方识别和接收。

•（2）数据缓冲与时序配合•（3）提供外围设备和接口的状态 •（4）实现主机和外围设备之间的通信联络控制，每个接口电路都有一个专门的设备选择电路和中断的控制线路•（5）电平匹配和负载匹配 •（三） 接口的分类•1．按数据传输宽度分类•（1）并行接口 主机与接口、接口与外围设备之间都是每次传送一个字节或几个字节的全部代码•（2）串行接口 接口与主机之间完全按照并行的方式传递数据•2．按操作的节拍分类•（1）同步接口 同步接口的数据传送是按照CPU的控制节拍进行 •（2）异步接口 异步接口不由CPU的时钟控制•3．按信息传送的控制方式分类• 有程序控制的输入输出接口、程序中断输入输出接口和直接存储器存取（DMA）接口三种  I/O 接口的基本结构接口的基本结构 命令寄存器命令寄存器和命令译码器和命令译码器 设备选择设备选择 电路电路 设备状态设备状态 标记标记 数据缓冲数据缓冲 寄存器寄存器DBR 控控制制逻逻辑辑电电路路I/O接口接口外外 部部 设设 备备数据线数据线命令命令状态状态数据线数据线命令线命令线状态线状态线CPU地址线地址线• 总线判优控制总线判优控制分布式分布式集中式集中式• 主设备主设备(模块模块)对总线有对总线有 控制权控制权• 从设备从设备(模块模块)响应响应 从主设备发来的总线命令从主设备发来的总线命令1. 基本概念基本概念链式查询链式查询计数器定时查询计数器定时查询独立请求方式独立请求方式6.2 总线的控制与通信总线的控制与通信2. 链式查询方式链式查询方式总总线线控控制制部部件件I/O接口接口0…BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n…BG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 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0…BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n设备地址设备地址3. 计数器定时查询方式计数器定时查询方式I/O接口接口1 计数器计数器 1排队器排队器4. 独立请求方式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n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意总线同意BR-总线请求总线请求•二、总线通信二、总线通信•总线上的通信方式是实现总线控制和信息传送的手段，通常有同步方式和异步方式两种。

•（（1）） 同步通信同步通信•总线上的部件通过总线进行信息传送时，用一个公共的时钟信号进行同步，这种方式称为同步通信同步通信具有较高的传输频率•同步通信适用于总线长度较短、各部件存取时间比较接近的情况这是因为，同步方式对任何两个设备之间的通信给予同样的时间安排 •同步通信方式如图6-7所示，数据由输入设备向CPU传送总线周期从t0开始到t3结束总线时钟信号使整个数据同步传送 •在t0时刻，由CPU产生设备地址放在地址总线上，同时经控制线指出操作的性质（读/写内存或读/写I/O设备）有些设备接到地址和控制信号后，在t1时刻按CPU要求把数据放到数据总线上然后，CPU在t2时刻进行数据选通，将数据接收到寄存器此后，经过一段恢复时间，到t3时刻，总线周期结束3.总线通信控制常用的两种方式（1）同步通信：指通信双方由定宽、定距的时标控制总线上数据的传送 a.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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b.同步式数据输出同步式数据输出（2）异步通信•异步通信允许总线上的各部件有各自的时钟，在部件之间进行通信时没有公共的时间标准，而是靠发送信息时同时发出本设备的时间标志信号，用“应答方式”来进行通信。

a.非互锁方式b.半互锁方式c.全互锁方式6.3 常用总线举例6.3.1 PC机常用机常用总线总线 常用的PC机总线有ISA（Industry Standard Architecture 工业标准体系结构）、MCA（Micro Channel Architecture 微通道体系结构）、EISA（Enhanced Industry Standard Architecture 增强型工业标准体系结构）、VESA（Video Electronics Standard Association 视频电子设备标准协会）局部总线结构和PCI（Peripheral Component Interconnect外围部件互连）局部总线等 名称ISA(PC-AT)EISASTDVESA(VL-BUS)MCAPCI适用机型80286，386，486系列机386，486，586IBM系列机Z-80,V2,V40系列机IBM-PC系列机I486，PC-AT兼容机IBM个人机与工作站P5个人机，Power PC，Alpha工作站最大传输率16MB/s33MB/s2MB/s266MB/s40MB/s133MB/s总线宽度16位32位8位32位32位32位总线工作频率8MHz8.33MHz2MHz66MHz10MHz0~33MHz同步方式同步异步异步仲裁方式集中集中集中集中地址宽度24322032/64负载能力86无限制6无限制3信号线数1439010949６４为扩展不可以无规定不可以可以可以可以并发工作可以可以引脚使用非多路复用非多路复用非多路复用非多路复用多路复用流行微型计算机总线性能一览表 6.3.2 标准接口类型标准接口类型•计算机的外部设备，如磁盘驱动器、计算机的外部设备，如磁盘驱动器、CD-ROM、、鼠标器、键盘、显示器等，都是独立的物理设备。

鼠标器、键盘、显示器等，都是独立的物理设备这些设备与主机相连时，必须按照规定的物理互这些设备与主机相连时，必须按照规定的物理互连特性、电气特性等通过接口进行连接连特性、电气特性等通过接口进行连接 •(1) IDE和和EIDE接口接口•IDE（Integrated Drive Electronics）是从IBM PC/AT上使用的ATA接口发展而来的•(2) Ultra DMA33 和和Ultra DMA6100接口接口•Ultra ATA 的第一个标准是的第一个标准是Ultra DMA33（简称（简称UDMA33）符合该标准的主板和硬盘早在）符合该标准的主板和硬盘早在1997年便已投放市场，目前几乎所有的主板及硬盘都年便已投放市场，目前几乎所有的主板及硬盘都支持该标准支持该标准 •(3) SCSI接口接口•小型计算机系统接口小型计算机系统接口SCSI（（Small Computer System Interface）是当前最流行的用于小型机）是当前最流行的用于小型机和微型机的外部设备接口标准，和微型机的外部设备接口标准， •(4) USB（通用串行总线）接口（通用串行总线）接口•USB通用串行总线是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NT（北方电讯）7大公司共同推出的新一代主机与外设的I/O接口标准。

USB是一种通用万能插口，可以将下列的任一部件插入USB端口： 。