计算机组织与结构 (2).pdf

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1、一、总线结构举例中央处理器CPUI/O总线M总线主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口I/O接口I/O设备nM总线：存储总线；I/O总线：输入输出总线1.面向CPU的双总线结构一、总线结构举例中央处理器CPUI/O总线M总线主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口I/O接口I/O设备nM总线：存储总线；I/O总线：输入输出总线1.面向CPU的双总线结构增加I/O设备方便，但是I/O设备与主存交换信息需要通过CPU，会影响到CPU效率。2.单总线结构2.单总线结构I/O设备与主存交换信息原则上不会影响CPU，便于提高CPU效率。但是，所有部件连到单一总线，提高冲突率，影响整机性

2、能。（PDP-11、DJS183）3.面向存储器的双总线结构3.面向存储器的双总线结构增加CPU和主存之间专用的存储总线，提高传输速度，减轻系统总线负担，保留了主存与I/O直接交换信息的特点。二、总线标准概念：系统与模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面，能够隐藏符合标准的部件内部的操作细节。标准界面模块1模块2模块3模块4系统1系统2模块、系统之间不需知道对方的实现细节。什么样的总线总线标准举例ISA/AT总线EISA总线VESA（VL-BUS）总线PCI总线AGP总线RS-232C总线USB总线三、总线的分类片内总线芯片内部总线，例如运算器和cache之间的总线系统总线（板级总线）处理器

3、与主存、I/O等部件之间的信息传输线三总线结构：数据总线、地址总线、控制总线通信总线计算机系统之间，或计算机与其他设备之间的信息传输线片内总线处理器核cacheCPU大连理工大学软件学院 赖晓晨32位系统上的地址长度。四、通信总线概念用于计算机系统之间、计算机系统和其他系统之间的通信特点类别繁杂，连接规格、传输距离、速度、工作模式各不相同。传输速度和距离成反比。类型：串行、并行1.串行通信 数据在单条1位宽的传输线上一位一位按顺序依次传送。适宜远距离数据传送，可从几米到几千千米。成本低。一个字节分8次传送完毕-MSB：MostSignificantBit-LSB：LeastSignifican

4、tBit串行通信举例：IIC串行总线2.并行通信 数据在多条1位宽的传输线上并行传送，同时由源传送到目的地。适宜近距离的数据传送，通常小于30米。短距离低时钟频率情况下，传输速度远快于串行方式。大连理工大学软件学院 赖晓晨通过8255并口控制器扩展并行口CPU插板主存插板I/O 插板BUS主板五、总线特性及性能指标1.总线物理实现大连理工大学软件学院 赖晓晨机械特性：物理尺寸、插头形状、管脚数、排列顺序。电气特性：信号线的电平范围。逻辑“1”，逻辑“0”。TTL电平、CMOS电平。2.总线特性2.总线特性10机械特性：物理尺寸、插头形状、管脚数、排列顺序。电气特性：信号线的电平范围。逻辑“1”

5、，逻辑“0”。TTL电平CMOS电平RS-232C2.总线特性功能特性：每根传输线的功能：数据、地址、控制。时间特性：信号的前后时序关系。2.总线特性功能特性：每根传输线的功能：数据、地址、控制。时间特性：信号的前后时序关系。3.总线性能指标 总线宽度：数据线位数 总线带宽：数据传输速率 时钟同步方式：同步、异步 总线复用：地址、数据、控制线复用 信号线数：三总线所有信号线总数 总线控制方式：突发工作、仲裁方式等 其他指标：带载能力、电源电压等六、总线结构单总线多总线 双总线 三总线 四总线1.单总线结构CPU主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口I/O设备nI/O接口1.单总线结构

6、CPU主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口I/O设备nI/O接口结构简单、便于扩充、传输速率低、容易形成瓶颈。2.多总线结构（1）双总线结构通道I/O接口设备nI/O接口设备0CPU主存主存总线I/O总线2.多总线结构通道I/O接口设备nI/O接口设备0CPU主存主存总线I/O总线将速度较低的设备从主存总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构。通道是一个具有特殊功能的处理器，负责对I/O统一管理。（1）双总线结构2.多总线结构（2）三总线结构1主存总线DMA总线I/O总线CPU主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口2.多总线结构（2）三总线结构1主存总线D

7、MA总线I/O总线CPU主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口主存总线用于CPU和主存交换信息，I/O总线用于CPU和I/O设备间传送信息，DMA总线负责在主存和I/O设备间直接传递信息。2.多总线结构（3）三总线结构2局域网系统总线CPUCache局部总线扩展总线接口扩展总线Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存2.多总线结构（3）三总线结构2局域网系统总线CPUCache局部总线扩展总线接口扩展总线Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存处理器采用局部总线连到cache，再利用系统总线连接主存，通过扩展总线接口连接其他接口。2.多总线结构（4）四总线结构多媒体

8、Modem主存扩展总线接口局域网SCSICPU串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥2.多总线结构（4）四总线结构多媒体Modem主存扩展总线接口局域网SCSICPU串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥系统把设备总线分为两个层次，高速设备连接高速总线，低速设备连接扩展总线，各总线直接由桥连接。七、总线结构举例传统微型机总线结构VL-BUS局部总线结构PCI总线结构多层PCI总线结构1.传统微型机总线结构存储器SCSI控制器主存控制器ISA、EISA8MHz的16位数据通路标准总线控制器33MHz的32位数据通路系统总线多媒体高速局域网高性能

9、图形CPUModem1.传统微型机总线结构存储器SCSI控制器主存控制器ISA、EISA8MHz的16位数据通路标准总线控制器33MHz的32位数据通路系统总线多媒体高速局域网高性能图形CPUModem高速和低速设备都挂载在ISA、EISA总线上，势必造成总线瓶颈。应该高速设备靠近cpu，低速设备远离cpu。2.VL-BUS局部总线结构33MHz的32位数据通路系统总线ISA、EISA多媒体高速局域网高性能图形图文传真8MHz的16位数据通路标准总线控制器CPU主存控制器存储器局部总线控制器SCSI控制器VLBUSModem2.VL-BUS局部总线结构33MHz的32位数据通路系统总线ISA、

10、EISA多媒体高速局域网高性能图形图文传真8MHz的16位数据通路标准总线控制器CPU主存控制器存储器局部总线控制器SCSI控制器VLBUSModemVL-BUS与cpu结合紧密，最适宜486机器使用，通用性比较差3.PCI总线结构CPU多媒体PCI桥高速局域网高性能图形图文传真PCI总线系统总线33MHz的32位数据通路8MHz的16位数据通路ISA、EISA标准总线控制器SCSI控制器存储器Modem4.多层PCI总线结构PCI总线2存储器桥0桥4PCI设备桥5总线桥桥3桥1设备桥2第一级桥第二级桥第三级桥PCI总线4PCI总线5PCI总线3PCI总线1PCI总线0存储器总线标准总线CPUPCI总线驱动能力不足时，可以采用多级pci总线