第6章_总线系统.ppt

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1、 总线的概念和结构形态总线的概念和结构形态 总线接口总线接口 总线仲裁、定时和数据传送模式总线仲裁、定时和数据传送模式 PCIPCI总线总线 ISAISA总线和总线和FuturebusFuturebus+总线总线第六章第六章 总线系统总线系统(Bus System)1 1 概念概念概念概念 是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件能部件能部件能部件（运算器、控制器、存储器、输入（运算器、控制器、存储器、输入（运算器、控制器、存储器、输入（运算器、控制器、存储器、输入/输

2、出设输出设输出设输出设备）备）备）备）之间进行数据传送的公共通路之间进行数据传送的公共通路之间进行数据传送的公共通路之间进行数据传送的公共通路。6.1.1 总线（总线（BUS）的基本概念的基本概念6.1 6.1 总线的概念和结构形态总线的概念和结构形态 总线往往是计算机数据交换的中心，总线的结总线往往是计算机数据交换的中心，总线的结总线往往是计算机数据交换的中心，总线的结总线往往是计算机数据交换的中心，总线的结构、技术和性能都直接影响着计算机系统的性能和构、技术和性能都直接影响着计算机系统的性能和构、技术和性能都直接影响着计算机系统的性能和构、技术和性能都直接影响着计算机系统的性能和效率。效率

3、。效率。效率。由传输信息的由传输信息的由传输信息的由传输信息的电路电路电路电路和管理信息传输的和管理信息传输的和管理信息传输的和管理信息传输的协议协议协议协议组成组成组成组成。2 总线分类总线分类（1）内部总线内部总线：CPUCPU内部内部连接各寄存器及运连接各寄存器及运算部件之间的总线算部件之间的总线。（2）系统总线系统总线：CPU同同计算机系统的其他计算机系统的其他高高速功能部件速功能部件(存储器、通道等存储器、通道等)间互相连接的间互相连接的总线总线。（3）I/O总线总线：中、低速中、低速I/0设备间设备间互相连接互相连接的总线的总线。注注：在任何时刻，只可以有在任何时刻，只可以有一个部

4、件一个部件向总线上向总线上发送信息发送信息，但却可以，但却可以有一个或多个部件有一个或多个部件同时同时接接收信息收信息。3 总线结构总线结构组成组成：连接设备的信号线，即：连接设备的信号线，即：连接设备的信号线，即：连接设备的信号线，即总线通道总线通道总线通道总线通道；总线上总线上总线上总线上的设备的设备的设备的设备；管理总线的部件，即；管理总线的部件，即；管理总线的部件，即；管理总线的部件，即总线控制器总线控制器总线控制器总线控制器。(1)(1)(1)(1)总线通道总线通道总线通道总线通道 按照信号类型可分为按照信号类型可分为按照信号类型可分为按照信号类型可分为数据总线数据总线数据总线数据总

5、线、控制总线控制总线控制总线控制总线和和和和地地地地址总线址总线址总线址总线。只是逻辑上的划分只是逻辑上的划分只是逻辑上的划分只是逻辑上的划分。数据总线宽度是决定连接到总线上的设备可能数据总线宽度是决定连接到总线上的设备可能数据总线宽度是决定连接到总线上的设备可能数据总线宽度是决定连接到总线上的设备可能获得的最大性能的决定因素之一，也是影响系统性获得的最大性能的决定因素之一，也是影响系统性获得的最大性能的决定因素之一，也是影响系统性获得的最大性能的决定因素之一，也是影响系统性能的关键因素之一。能的关键因素之一。能的关键因素之一。能的关键因素之一。地址总线是标明发送或接收数据的设备编号信号地址总

6、线是标明发送或接收数据的设备编号信号地址总线是标明发送或接收数据的设备编号信号地址总线是标明发送或接收数据的设备编号信号线。其宽度决定了总线上连接设备的能力。线。其宽度决定了总线上连接设备的能力。线。其宽度决定了总线上连接设备的能力。线。其宽度决定了总线上连接设备的能力。控制总线用于控制总线设备对数据线和地址线的使控制总线用于控制总线设备对数据线和地址线的使控制总线用于控制总线设备对数据线和地址线的使控制总线用于控制总线设备对数据线和地址线的使用。用。用。用。(2)(2)(2)(2)总线上的设备总线上的设备总线上的设备总线上的设备 主设备主设备主设备主设备(Master)(Master)和和和

7、和从设备从设备从设备从设备(Slave)(Slave)。主设备能够申请总线使用权，而从设备不具有总线主设备能够申请总线使用权，而从设备不具有总线主设备能够申请总线使用权，而从设备不具有总线主设备能够申请总线使用权，而从设备不具有总线使用权。使用权。使用权。使用权。(3)(3)(3)(3)总线接口总线接口总线接口总线接口 是连接功能部件和总线的桥梁，它完成功能部件的是连接功能部件和总线的桥梁，它完成功能部件的是连接功能部件和总线的桥梁，它完成功能部件的是连接功能部件和总线的桥梁，它完成功能部件的信号和总线信号之间的协调和转换，因此具有对总线信号和总线信号之间的协调和转换，因此具有对总线信号和总线

8、信号之间的协调和转换，因此具有对总线信号和总线信号之间的协调和转换，因此具有对总线和设备两个方面的工作。和设备两个方面的工作。和设备两个方面的工作。和设备两个方面的工作。控制信号主要完成设备之间进行信息交换时的控制信号主要完成设备之间进行信息交换时的控制信号主要完成设备之间进行信息交换时的控制信号主要完成设备之间进行信息交换时的定时和命令定时和命令定时和命令定时和命令。其中。其中。其中。其中定时信号标明有效地址和数据出定时信号标明有效地址和数据出定时信号标明有效地址和数据出定时信号标明有效地址和数据出现在总线上的时间现在总线上的时间现在总线上的时间现在总线上的时间。命令信号定义总线上所要完成命

9、令信号定义总线上所要完成命令信号定义总线上所要完成命令信号定义总线上所要完成的操作的操作的操作的操作。4 总线连接的主要优点总线连接的主要优点(1)(1)多个部件之间采用总线连接方式，可大大多个部件之间采用总线连接方式，可大大降低降低部件间互连的部件间互连的复杂性复杂性，大幅度，大幅度减少连线减少连线数数量。量。(2)(2)由于多个部件之间连接的多个控制接口变由于多个部件之间连接的多个控制接口变成了每个部件与总线间的一个连接接口，连接成了每个部件与总线间的一个连接接口，连接接口的接口的器材量器材量大幅度大幅度减少减少。(3)(3)如果设备之间没有或者很少有多个部件同如果设备之间没有或者很少有多

10、个部件同时进行信息交换，采用总线方式连接这些部时进行信息交换，采用总线方式连接这些部件可件可有效发挥总线连接的优点有效发挥总线连接的优点。CPU 插件板插件板M.M 插件板插件板I/O插件板插件板总线物理实现总线物理实现BUS5 总线特性总线特性物理特性物理特性：总线的物理连接方式总线的物理连接方式，包括总，包括总线的线的根数根数、总线的、总线的插头插头、插座形状插座形状、引脚线引脚线排列方式排列方式等等。电气特性电气特性：定义每一根线上信号的定义每一根线上信号的传递方传递方向向及及有效电平范围有效电平范围。一般规定送入。一般规定送入CPU的的信号叫信号叫输入输入信号、从信号、从CPU发出的信

11、号叫发出的信号叫输输出出信号信号。时间特性时间特性：定义每根线在什么时间有效，定义每根线在什么时间有效，即即规定总线上各信号有效的时序关系规定总线上各信号有效的时序关系。功能特性功能特性：描述总线中每一根线的描述总线中每一根线的功能功能。计算机总线的结构几种常用的标准总线ISA（Industrial Standard Architecture）总线：工业标准结构总线，8位（后来16位）数据线，20位（后来24位）地址线，工作频率8.33MHz。EISA（Extended Industrial Standard Architecture）总线：扩展工业标准结构总线，16或32位数据线，32位地址

12、线，工作频率8.33MHz，支持Burst方式传输数据。VESA（Video Electronics Standard Association）总线：32位局部总线，连接显卡、网卡等，最高工作频率33MHz。没有严格标准，各厂家产品兼容性差，针对80486。PCI（Peripheral Component Interface）总线：外围部件互连总线（局部总线），V1.0支持33MHz工作频率，32位地址和数据线互用；V2.1支持66MHz工作主频，64位地址和数据线互用。总线宽度；总线宽度；总线控制方式；总线控制方式；时钟模式；时钟模式；总线复用；总线复用；信号线数；信号线数；总线带宽；总线带

13、宽；其其它标准它标准：如总线负载能力，电源电压等如总线负载能力，电源电压等。7 衡量总线性能的指标：衡量总线性能的指标：总线带宽总线带宽总线带宽总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率总线本身所能达到的最高传输速率总线本身所能达到的最高传输速率总线本身所能达到的最高传输速率，单位：单位：单位：单位：MB/S(MB/S(兆字节兆字节兆字节兆字节/秒秒秒秒)。影响总线带宽的因素影响总线带宽的因素影响总线带宽的因素影响总线带宽的因素：()总线布线长度总线布线长度总线布线长度总线布线长度；()总线驱动器总线驱动器总线驱动器总线驱动器/接受器性能接受器性能接受器性能接受器性能；()连接在总线上的模块数连

14、接在总线上的模块数连接在总线上的模块数连接在总线上的模块数；例：例：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 4个字节的数据，个字节的数据，个字节的数据，个字节的数据，假如一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为假如一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为假如一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为假如一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz33MHz，总线带宽是多少？总线带宽是多少？总线带宽是多少？总线带宽是多少？2 2如果一个总线周期中并行传如果一个总线

15、周期中并行传如果一个总线周期中并行传如果一个总线周期中并行传送送送送6464位数据，总线时钟频率升为位数据，总线时钟频率升为位数据，总线时钟频率升为位数据，总线时钟频率升为66MHz66MHz，总线带宽是多少？总线带宽是多少？总线带宽是多少？总线带宽是多少？解解解解：1 1设总线带宽用设总线带宽用设总线带宽用设总线带宽用D Dr r表示，总线时钟周期用表示，总线时钟周期用表示，总线时钟周期用表示，总线时钟周期用T=1/fT=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用表示，一个总线周期传送的数据量用表示，一个总线周期传送的数据量用表示，一个总线周期传送的数据量用D D来表示，来表示，来表示，来表示，

16、则：则：则：则：D Dr r=D/T=D*f=4B*33*10=D/T=D*f=4B*33*106 6=132MB/s=132MB/s 264位位=8BDr=D/T=D*f=8B*66*106=528MB/s 特点特点特点特点：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CPUCPU、主主主主存和存和存和存和I/OI/O设备设备设备设备。要求要求要求要求：连到总线上的逻辑部件必须高速运行。连到总线上的逻辑部件必须高速运行。连到总线上的逻辑部件必须高速运行。连到总线上的逻辑部件必须高速运行。单总线系统中，对输入单总线系统中，对输

17、入单总线系统中，对输入单总线系统中，对输入/输出设备的操作，完全输出设备的操作，完全输出设备的操作，完全输出设备的操作，完全和主存的操作方法一样来处理。和主存的操作方法一样来处理。和主存的操作方法一样来处理。和主存的操作方法一样来处理。某些外围设备也可以指定地址。此时外围设备通某些外围设备也可以指定地址。此时外围设备通某些外围设备也可以指定地址。此时外围设备通某些外围设备也可以指定地址。此时外围设备通过与过与过与过与CPUCPU中的控制部件交换信息的方式占有总线。中的控制部件交换信息的方式占有总线。中的控制部件交换信息的方式占有总线。中的控制部件交换信息的方式占有总线。6.1.2 总线的连接方

18、式总线的连接方式1.单总线结构单总线结构 在在在在CPUCPU和主存之间专门设置了一组高速的存储和主存之间专门设置了一组高速的存储和主存之间专门设置了一组高速的存储和主存之间专门设置了一组高速的存储总线总线总线总线，使，使，使，使CPUCPU通过专用总线与内存交换信息，减通过专用总线与内存交换信息，减通过专用总线与内存交换信息，减通过专用总线与内存交换信息，减轻了系统总线负担；同时内存与外设之间仍使用轻了系统总线负担；同时内存与外设之间仍使用轻了系统总线负担；同时内存与外设之间仍使用轻了系统总线负担；同时内存与外设之间仍使用系统总线实现系统总线实现系统总线实现系统总线实现DMADMA操作，而不

19、必经过操作，而不必经过操作，而不必经过操作，而不必经过CPUCPU。注注注注：以增加硬件为代价。：以增加硬件为代价。：以增加硬件为代价。：以增加硬件为代价。2.双总线结构双总线结构3.三总线结构三总线结构 通道通道通道通道(Channel)(Channel)是一台具有特殊功能的处理器是一台具有特殊功能的处理器是一台具有特殊功能的处理器是一台具有特殊功能的处理器(IOP)(IOP)，分担了一部分分担了一部分分担了一部分分担了一部分CPUCPU的功能，以的功能，以的功能，以的功能，以实现对外设的实现对外设的实现对外设的实现对外设的统一管理及外设与主存之间的数据传送统一管理及外设与主存之间的数据传送

20、统一管理及外设与主存之间的数据传送统一管理及外设与主存之间的数据传送，提高了，提高了，提高了，提高了CPUCPU的效率，但以花费更多的硬件为代价。的效率，但以花费更多的硬件为代价。的效率，但以花费更多的硬件为代价。的效率，但以花费更多的硬件为代价。在双总线的基础上增加了在双总线的基础上增加了在双总线的基础上增加了在双总线的基础上增加了I/OI/O总线形成的总线形成的总线形成的总线形成的。其中。其中。其中。其中系统总线是系统总线是系统总线是系统总线是CPUCPU、主存和通道主存和通道主存和通道主存和通道(IOP)(IOP)之间进行数据传之间进行数据传之间进行数据传之间进行数据传送的公共通路；而送

21、的公共通路；而送的公共通路；而送的公共通路；而I/OI/O总线是多个外部设备与通道进总线是多个外部设备与通道进总线是多个外部设备与通道进总线是多个外部设备与通道进行数据传送的公共通路行数据传送的公共通路行数据传送的公共通路行数据传送的公共通路。最大存储容量最大存储容量最大存储容量最大存储容量：单总线系统中，必须为外围单总线系统中，必须为外围单总线系统中，必须为外围单总线系统中，必须为外围设备保留某些地址，最大存储容量小于由计算机设备保留某些地址，最大存储容量小于由计算机设备保留某些地址，最大存储容量小于由计算机设备保留某些地址，最大存储容量小于由计算机字长所决定的可能的地址总数；而双总线的存储

22、字长所决定的可能的地址总数；而双总线的存储字长所决定的可能的地址总数；而双总线的存储字长所决定的可能的地址总数；而双总线的存储容量不受外围设备多少的影响容量不受外围设备多少的影响容量不受外围设备多少的影响容量不受外围设备多少的影响。指令系统指令系统指令系统指令系统：双总线系统中对存储总线和系统双总线系统中对存储总线和系统双总线系统中对存储总线和系统双总线系统中对存储总线和系统总线必须有不同的指令系统；而在单总线系统中总线必须有不同的指令系统；而在单总线系统中总线必须有不同的指令系统；而在单总线系统中总线必须有不同的指令系统；而在单总线系统中对内存和外设采用相同的指令，不同之处仅在于对内存和外设

23、采用相同的指令，不同之处仅在于对内存和外设采用相同的指令，不同之处仅在于对内存和外设采用相同的指令，不同之处仅在于使用不同的地址使用不同的地址使用不同的地址使用不同的地址。吞吐量吞吐量吞吐量吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息的指流入、处理和流出系统的信息的指流入、处理和流出系统的信息的指流入、处理和流出系统的信息的速率速率速率速率。系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响总线结构对计算机系统性能的影响6.1.4 总线的内部结构总线的内部结构缺点缺点

24、缺点缺点：1 1）CPUCPU是总线的唯一主控者；是总线的唯一主控者；是总线的唯一主控者；是总线的唯一主控者；2 2）总线结构紧密与）总线结构紧密与）总线结构紧密与）总线结构紧密与CPUCPU相关，通用性差。相关，通用性差。相关，通用性差。相关，通用性差。数据传送总线数据传送总线数据传送总线数据传送总线：由由由由地址线地址线地址线地址线、数据线数据线数据线数据线、控制线控制线控制线控制线组成；为减少布线，数据线和地址线常采用多路组成；为减少布线，数据线和地址线常采用多路组成；为减少布线，数据线和地址线常采用多路组成；为减少布线，数据线和地址线常采用多路复用方式复用方式复用方式复用方式。仲裁总线

25、仲裁总线仲裁总线仲裁总线：总线总线总线总线请求线请求线请求线请求线和总线和总线和总线和总线授权线授权线授权线授权线。中断和同步总线中断和同步总线中断和同步总线中断和同步总线：用于处理带优先级的中断用于处理带优先级的中断用于处理带优先级的中断用于处理带优先级的中断操作，包括操作，包括操作，包括操作，包括中断请求线中断请求线中断请求线中断请求线和和和和中断认可线中断认可线中断认可线中断认可线。公用线公用线公用线公用线：包括包括包括包括时钟信号线时钟信号线时钟信号线时钟信号线、电源线电源线电源线电源线、地线地线地线地线、系统复位线系统复位线系统复位线系统复位线以及加电或断电的以及加电或断电的以及加电

26、或断电的以及加电或断电的时序信号线时序信号线时序信号线时序信号线等等等等。当代总线划分当代总线划分：分层次多总线结构分层次多总线结构分层次多总线结构分层次多总线结构 优点优点优点优点：不仅解决总线负载过重，而且使总线设计简不仅解决总线负载过重，而且使总线设计简不仅解决总线负载过重，而且使总线设计简不仅解决总线负载过重，而且使总线设计简单，并能充分发挥每类总线的效能单，并能充分发挥每类总线的效能单，并能充分发挥每类总线的效能单，并能充分发挥每类总线的效能。PentiumPentium的总线的总线的总线的总线：三层次的多总线结构三层次的多总线结构三层次的多总线结构三层次的多总线结构。CPUCPU总

27、线总线总线总线 CPU-CPU-存储器总线存储器总线存储器总线存储器总线，6464位数据线位数据线位数据线位数据线+32+32位地址线的同步位地址线的同步位地址线的同步位地址线的同步总线，总线时钟频率总线，总线时钟频率总线，总线时钟频率总线，总线时钟频率66.6MHz(60MHz)66.6MHz(60MHz)，总线上还有总线上还有总线上还有总线上还有一个一个一个一个L2L2级级级级cachecache，由主存控制器和由主存控制器和由主存控制器和由主存控制器和cachecache控制器芯片控制器芯片控制器芯片控制器芯片来管理来管理来管理来管理CPUCPU对主存和对主存和对主存和对主存和cache

28、cache的存取，主控是的存取，主控是的存取，主控是的存取，主控是CPUCPU，在在在在必要时可以放弃总线控制权，必要时可以放弃总线控制权，必要时可以放弃总线控制权，必要时可以放弃总线控制权，是是是是CPUCPU引脚信号的延伸引脚信号的延伸引脚信号的延伸引脚信号的延伸。6.1.5 总线结构实例总线结构实例PCI总线总线 用于连接高速的用于连接高速的I/O设备模块设备模块，通过，通过“桥桥”芯片，上面与更高速的芯片，上面与更高速的CPU总线相连总线相连，下面与低速的，下面与低速的ISA总线相接。总线相接。32位或位或64位同步总线，地址位同步总线，地址/数据分数据分时复用，时钟频率时复用，时钟频

29、率33.3MHz，带宽为带宽为132MB/s，采用集中式仲裁，有专用的采用集中式仲裁，有专用的PCI总线仲裁器，主板上一般有总线仲裁器，主板上一般有3个个PCI总总线扩充槽线扩充槽。6.1.5总线结构实例总线结构实例 Pentium机的总线结构分为三层：CPU总线、PCI总线和ISA总线。CPUCPUPCIPCIISAISA北北桥桥南南桥桥主板介绍主板介绍 主板是电脑中最重要的部件之一，是整个电脑工主板是电脑中最重要的部件之一，是整个电脑工主板是电脑中最重要的部件之一，是整个电脑工主板是电脑中最重要的部件之一，是整个电脑工作的基础，那么主板都哪些部分组成的呢，下面我们作的基础，那么主板都哪些部

30、分组成的呢，下面我们作的基础，那么主板都哪些部分组成的呢，下面我们作的基础，那么主板都哪些部分组成的呢，下面我们就来看一下。就来看一下。就来看一下。就来看一下。计算机技术已非常成熟，几乎都是模块化的设计。计算机技术已非常成熟，几乎都是模块化的设计。计算机技术已非常成熟，几乎都是模块化的设计。计算机技术已非常成熟，几乎都是模块化的设计。分为许多个功能块，每个功能块由一些芯片或元件来分为许多个功能块，每个功能块由一些芯片或元件来分为许多个功能块，每个功能块由一些芯片或元件来分为许多个功能块，每个功能块由一些芯片或元件来完成。万变不离其宗，大致说来，主板由以下几个部完成。万变不离其宗，大致说来，主板

31、由以下几个部完成。万变不离其宗，大致说来，主板由以下几个部完成。万变不离其宗，大致说来，主板由以下几个部分组成：分组成：分组成：分组成：CPUCPU插槽插槽插槽插槽 插座插座插座插座、内存插槽内存插槽内存插槽内存插槽、高速缓存局高速缓存局高速缓存局高速缓存局域总线域总线域总线域总线和和和和扩展总线扩展总线扩展总线扩展总线、硬盘硬盘硬盘硬盘、软驱软驱软驱软驱、串口串口串口串口、并口并口并口并口等外设；等外设；等外设；等外设；接口时钟和接口时钟和接口时钟和接口时钟和CMOSCMOS控制芯片控制芯片控制芯片控制芯片。ISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北桥北桥芯片组芯片组南桥南桥芯片组芯片组内

32、存插槽内存插槽CPU插槽插槽IDE接口接口软驱接口软驱接口并口连接器并口连接器串口连接器串口连接器ROM BIOS鼠标键盘鼠标键盘USB接口接口主板主板电源电源插座插座现代PC机的结构6.2.1 信息的传送方式信息的传送方式1.1.1.1.码元码元码元码元 信息传输通道中，携带数据信息的信号单元信息传输通道中，携带数据信息的信号单元信息传输通道中，携带数据信息的信号单元信息传输通道中，携带数据信息的信号单元。2.2.2.2.波特率（码元传输率）波特率（码元传输率）波特率（码元传输率）波特率（码元传输率）每秒钟通过信道传输的码元数每秒钟通过信道传输的码元数每秒钟通过信道传输的码元数每秒钟通过信道

33、传输的码元数。是传输信道频。是传输信道频。是传输信道频。是传输信道频宽的指标。宽的指标。宽的指标。宽的指标。3.3.3.3.码元时间码元时间码元时间码元时间 波特率的倒数，即传输一位码元的时间波特率的倒数，即传输一位码元的时间波特率的倒数，即传输一位码元的时间波特率的倒数，即传输一位码元的时间。6.2 总线接口总线接口6.2 总线接口总线接口 只用一条传输线，且采用脉冲传送只用一条传输线，且采用脉冲传送只用一条传输线，且采用脉冲传送只用一条传输线，且采用脉冲传送。在串行传送时，按照顺序来传送表示一个数码在串行传送时，按照顺序来传送表示一个数码在串行传送时，按照顺序来传送表示一个数码在串行传送时

34、，按照顺序来传送表示一个数码的所有二进制位的脉冲信号，每次一位的所有二进制位的脉冲信号，每次一位的所有二进制位的脉冲信号，每次一位的所有二进制位的脉冲信号，每次一位。当使用脉冲信号传递连续的当使用脉冲信号传递连续的当使用脉冲信号传递连续的当使用脉冲信号传递连续的“1”1”或或或或“0”0”数码数码数码数码时，必须采用某种时序格式，以便使接收设备能时，必须采用某种时序格式，以便使接收设备能时，必须采用某种时序格式，以便使接收设备能时，必须采用某种时序格式，以便使接收设备能加以识别，通常采用加以识别，通常采用加以识别，通常采用加以识别，通常采用“位时间位时间位时间位时间”（即（即（即（即一个二进制

35、一个二进制一个二进制一个二进制位在传输线上占用的时间长度位在传输线上占用的时间长度位在传输线上占用的时间长度位在传输线上占用的时间长度），一般），一般），一般），一般低位在前，低位在前，低位在前，低位在前，高位在后高位在后高位在后高位在后。1.串行传送串行传送 在串行传送时，被传送的数据需要在发送部件进在串行传送时，被传送的数据需要在发送部件进在串行传送时，被传送的数据需要在发送部件进在串行传送时，被传送的数据需要在发送部件进行行行行并并并并串变换串变换串变换串变换，即，即，即，即拆卸拆卸拆卸拆卸，在接收部件进行在接收部件进行在接收部件进行在接收部件进行串串串串并变并变并变并变换换换换，称为，

36、称为，称为，称为装配装配装配装配。2.2.2.2.并行传送并行传送并行传送并行传送 每个数据位单独占用一条传输线每个数据位单独占用一条传输线每个数据位单独占用一条传输线每个数据位单独占用一条传输线。这样每一条线分别代表。这样每一条线分别代表了二进制数的不同位值。了二进制数的不同位值。一般采用电位传送，一般采用电位传送，系统总线都采用系统总线都采用系统总线都采用系统总线都采用“并行传送并行传送并行传送并行传送”方式方式方式方式。3.3.3.3.分时传送分时传送分时传送分时传送 一是一是采用总线复用方式采用总线复用方式采用总线复用方式采用总线复用方式，如在传输线上既传输数据又传送，如在传输线上既传

37、输数据又传送地址，为此必须划分时间片来实现传送任务；地址，为此必须划分时间片来实现传送任务；二是二是共享总线的部件分时使用总线共享总线的部件分时使用总线共享总线的部件分时使用总线共享总线的部件分时使用总线。6.2.2 接口的基本概念接口的基本概念 I/OI/O设备适配器设备适配器，广义上讲，接口广义上讲，接口指指CPU和和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件辑部件。接口在它动态连接的部件间起。接口在它动态连接的部件间起“转转换器换器”的作用的作用，以实现彼此间的信息传送。以实现彼此间的信息传送。控制控制控制控制：靠程序的指令信息来控制外围设备的动作

38、靠程序的指令信息来控制外围设备的动作靠程序的指令信息来控制外围设备的动作靠程序的指令信息来控制外围设备的动作。缓冲缓冲缓冲缓冲：作为缓冲器，用以补偿各种设备在速度上的差异作为缓冲器，用以补偿各种设备在速度上的差异作为缓冲器，用以补偿各种设备在速度上的差异作为缓冲器，用以补偿各种设备在速度上的差异。状态状态状态状态：监视外围设备的工作状态并保存状态信息，供监视外围设备的工作状态并保存状态信息，供监视外围设备的工作状态并保存状态信息，供监视外围设备的工作状态并保存状态信息，供CPUCPU询问外围设备时进行分析之用询问外围设备时进行分析之用询问外围设备时进行分析之用询问外围设备时进行分析之用。转换转

39、换转换转换：完成任何要求的数据转换完成任何要求的数据转换完成任何要求的数据转换完成任何要求的数据转换。整理整理整理整理：完成一些特别的功能，如修改字计数器或当前完成一些特别的功能，如修改字计数器或当前完成一些特别的功能，如修改字计数器或当前完成一些特别的功能，如修改字计数器或当前ARAR。程序中断程序中断程序中断程序中断：外围设备向外围设备向外围设备向外围设备向CPUCPU请求某种动作时，接口即发请求某种动作时，接口即发请求某种动作时，接口即发请求某种动作时，接口即发生一个中断请求信号到生一个中断请求信号到生一个中断请求信号到生一个中断请求信号到CPUCPU。接口通常具有的功能：接口通常具有的

40、功能：适配器必须有的两个接口适配器必须有的两个接口:(1)和系统总线的接口和系统总线的接口，其数据交换一定是并，其数据交换一定是并行方式；行方式；(2)和外设的接口和外设的接口，可能是并行或串行；，可能是并行或串行；分类：分类：串行数据接口和并行数据接口。串行数据接口和并行数据接口。串行数据接口和并行数据接口。串行数据接口和并行数据接口。【例例2 2】利利用用串串行行方方式式传传送送字字符符，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

41、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？每每个个数数据据位位占占用用的的时时间间是是多多少少？【解解】：波特数为：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：59H01011001B，偶校验、两个停止位，偶校验、两个停止位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总线控制器总线控制器 是总线系统的核心，任务是是总线系统的核心，任务是是总线系统的核

42、心，任务是是总线系统的核心，任务是管理总线的使用管理总线的使用管理总线的使用管理总线的使用，包括包括包括包括总线上设备的管理和设备使用总线过程的管理总线上设备的管理和设备使用总线过程的管理总线上设备的管理和设备使用总线过程的管理总线上设备的管理和设备使用总线过程的管理。其其其其物理上不一定是一个独立的控制器物理上不一定是一个独立的控制器物理上不一定是一个独立的控制器物理上不一定是一个独立的控制器，其功能可分，其功能可分，其功能可分，其功能可分布到总线的各个部件或者设备上。布到总线的各个部件或者设备上。布到总线的各个部件或者设备上。布到总线的各个部件或者设备上。功能：功能：功能：功能：总线系统资

43、源的管理总线系统资源的管理总线系统资源的管理总线系统资源的管理：总线系统资源有存储空间，设：总线系统资源有存储空间，设：总线系统资源有存储空间，设：总线系统资源有存储空间，设备端口，通道、中断等。备端口，通道、中断等。备端口，通道、中断等。备端口，通道、中断等。总线控制器具有资源分配、总线控制器具有资源分配、总线控制器具有资源分配、总线控制器具有资源分配、冲突判定、设备选择、启动、复位等功能冲突判定、设备选择、启动、复位等功能冲突判定、设备选择、启动、复位等功能冲突判定、设备选择、启动、复位等功能。提出提出：为解决多个主设备同时竞争总线为解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题控制权的问题，必须

44、具有，必须具有总线仲裁部件总线仲裁部件，以以某种方式选择其中一个主设备作为总线下一某种方式选择其中一个主设备作为总线下一次的主方次的主方。对多个主设备提出的占用总线请求，一对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用般采用优先级优先级或或公平策略公平策略进行仲裁。被授权进行仲裁。被授权的主方在当前总线周期一结束，即接管总线，的主方在当前总线周期一结束，即接管总线，开始新的信息传送。开始新的信息传送。6.3.1 总线的仲裁总线的仲裁总线占用期：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。功能模块状态功能模块状态：主动和被动。：主动和被动。按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为按照总线

45、仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁集中式仲裁集中式仲裁集中式仲裁和和和和分布式仲裁分布式仲裁分布式仲裁分布式仲裁。仲裁电路集中在一起，通常由一个模块实现仲裁电路集中在一起，通常由一个模块实现仲裁电路集中在一起，通常由一个模块实现仲裁电路集中在一起，通常由一个模块实现。每每每每功能模块有两条线连到中央仲裁器：功能模块有两条线连到中央仲裁器：功能模块有两条线连到中央仲裁器：功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条为送往仲一条为送往仲一条为送往仲一条为送往仲裁器的总线请求信号线裁器的总线请求信号线裁器的总线请求信号线

46、裁器的总线请求信号线BRBR，一条是仲裁器送出的总一条是仲裁器送出的总一条是仲裁器送出的总一条是仲裁器送出的总线授权信号线线授权信号线线授权信号线线授权信号线BGBG。1.集中式仲裁集中式仲裁 1 1）链式查询方式链式查询方式链式查询方式链式查询方式 特点特点特点特点：共用一条总线授权线共用一条总线授权线共用一条总线授权线共用一条总线授权线，总线授权信号，总线授权信号，总线授权信号，总线授权信号BGBG串行地从一个串行地从一个串行地从一个串行地从一个I/OI/O接口传送到下一个接口传送到下一个接口传送到下一个接口传送到下一个I/OI/O接口，如果接口，如果接口，如果接口，如果该接口没有请求，则

47、继续往下查询；如果有总线请该接口没有请求，则继续往下查询；如果有总线请该接口没有请求，则继续往下查询；如果有总线请该接口没有请求，则继续往下查询；如果有总线请求，则求，则求，则求，则BGBG信息不再向下查询，该接口获得总线控制信息不再向下查询，该接口获得总线控制信息不再向下查询，该接口获得总线控制信息不再向下查询，该接口获得总线控制权。权。权。权。共用一个共用一个BS线表示当前总线是否被使用着。线表示当前总线是否被使用着。各设备的优先级是按照各设备的优先级是按照BG线上离中央仲裁器线上离中央仲裁器的远近来确定的远近来确定。优点优点：只用很少几根线就能按一定优先次只用很少几根线就能按一定优先次序

48、实现总线仲裁，且可方便地扩充设备序实现总线仲裁，且可方便地扩充设备。缺点缺点：对询问链电路故障敏感，优先级固对询问链电路故障敏感，优先级固定而不能调整、速度慢定而不能调整、速度慢。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12 2）计数器定时查询方式计数器定时查询方式计数器定时查询方式计数器定时查询方式 总线上任一设备要求使用总线时，通过总线上任一设备要求使用总线时，通过总线上任一设备要求使用总线时，通过总线

49、上任一设备要求使用总线时，通过BRBR线发出线发出线发出线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BSBS线为线为线为线为“0”0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向设备，每个设备接口都有一个设备地址判别址线发向设备，每个设备接口都有一个设备地址判别址线发向设备，每个设备接口都有一个设备地址判别址线发向设备，每个设备接口都有一个设备

50、地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址一电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址一电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址一电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址一致时，该设备设置致时，该设备设置致时，该设备设置致时，该设备设置“1”BS1”BS线，获得总线使用权线，获得总线使用权线，获得总线使用权线，获得总线使用权，此时此时此时此时中止（中止（中止（中止（pause not stoppause not stop）计数查询计数查询计数查询计数查询。比较比较：少了一条少了一条少了一条少了一条BGBG线，可改变优先次序，对电路线，可改变优先次序，对电路线，可改变优先次序