《计算机组成原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第6章 总线结构

第⑤章>总线结构 冬冬冬 第6章总线结构 61总线的基本概念 62总线仲裁和总线通信 63总线举例 本章小结 习题6 BACK

第 章 总 线 结 构 第6章 总 线 结 构 6.1 总线的基本概念 6.2 总线仲裁和总线通信 6.3 总线举例 本章小结 习题6

第⑤章>总线结构 冬冬冬 61总线的基本概念 总线是构成计算机系统的互连机构,是多个系统功能部 件之间进行数据传送的公共通路。总线不仅仅是一组传输线, 它还包括一套管理信息传输的规则(协议)。在计算机系统 中,总线可以看成一个具有独立功能的组成部件

第 章 总 线 结 构 6.1 总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部 件之间进行数据传送的公共通路。 总线不仅仅是一组传输线， 它还包括一套管理信息传输的规则（协议）。在计算机系统 中， 总线可以看成一个具有独立功能的组成部件

第⑤章>总线结构 冬冬冬 6.11总线的特性 为了充分发挥总线的作用,每个总线标准都必须有具体 和明确的规范说明。规范说明通常包括如下几个方面的技术 规范或特性: (1)物理特性。物理连接方式、连线的类型、连线的 数量、接插件的形状和尺寸、引脚线的排列方式等。根据连 线的类型,计算机系统的总线可分为电缆式、主板式和背板 式。电缆式总线通常采用扁平电缆连接电路板;主板式总线 通常在主机板上采用插槽方式供电路板插入;背板式总线则 在机箱中设置一个插槽板,其他功能模块或设备电路板都以 插板的方式插入背板

第 章 总 线 结 构 6.1.1 为了充分发挥总线的作用， 每个总线标准都必须有具体 和明确的规范说明。 规范说明通常包括如下几个方面的技术 规范或特性： （1） 物理特性。 物理连接方式、 连线的类型、 连线的 数量、 接插件的形状和尺寸、 引脚线的排列方式等。 根据连 线的类型， 计算机系统的总线可分为电缆式、 主板式和背板 式。 电缆式总线通常采用扁平电缆连接电路板； 主板式总线 通常在主机板上采用插槽方式供电路板插入； 背板式总线则 在机箱中设置一个插槽板， 其他功能模块或设备电路板都以 插板的方式插入背板

第⑤章>总线结构 冬冬冬 (2)功能特性。总线的功能特性包括总线的功能层次、 资源类型、信息传递类型、信息传递方式和控制方式、总线 中每一根线的功能等。例如地址总线的宽度指明了总线能够 直接访问存储器的地址空间范围;数据总线的宽度指明了访 问一次存储器或外设时能够交换数据的位数;控制总线包括 CPU发出的各种控制命令(如存储器读/写、IO读/写等), 请求信号与仲裁信号、中断信号等

第 章 总 线 结 构 （2） 功能特性。 总线的功能特性包括总线的功能层次、 资源类型、 信息传递类型、 信息传递方式和控制方式、 总线 中每一根线的功能等。 例如地址总线的宽度指明了总线能够 直接访问存储器的地址空间范围； 数据总线的宽度指明了访 问一次存储器或外设时能够交换数据的位数； 控制总线包括 CPU发出的各种控制命令（如存储器读/写、 I/O读/写等）， 请求信号与仲裁信号、 中断信号等

第⑤章总线结构 冬冬冬 (3)电气特性。总线的电气特性定义每一根线上信号 的传递方向及有效电平范围。信号的电平指TTL电平、 CMOS电平等。 总线中有采用5V标准的,有采用3.3V标准的,还有采 用1.5Ⅴ标准的,甚至08V标准的。从允许的数据传输方向来 看,总线可以有单向传输(单工)总线和双向传输(双工) 总线两种。双向传输的总线又可分为半双工的和全双工的。 单向总线只能将信息从总线的一端传输到另一端,不能反向 传输。半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息,全双工 总线可在两个方向上同时传输信息。总线中的单向信号线有 输入信号线、输出信号线之分

第 章 总 线 结 构 （3） 电气特性。 总线的电气特性定义每一根线上信号 的传递方向及有效电平范围。 信号的电平指TTL电平、 CMOS电平等。 总线中有采用5 V标准的， 有采用3.3 V标准的， 还有采 用1.5 V标准的， 甚至0.8 V标准的。从允许的数据传输方向来 看， 总线可以有单向传输（单工）总线和双向传输（双工） 总线两种。 双向传输的总线又可分为半双工的和全双工的。 单向总线只能将信息从总线的一端传输到另一端， 不能反向 传输。 半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息， 全双工 总线可在两个方向上同时传输信息。 总线中的单向信号线有 输入信号线、输出信号线之分

第⑤章>总线结构 冬冬冬 在单处理机总线中,一般规定送入CPU的信号为输入信 号,从CPU发出的信号为输出信号。这种总线中的地址线 般为输出信号线,数据线为双向信号线,控制信号线有输入 信号线,也有输出信号线。 (4)时间特性。时间特性定义了每根线在什么时间有 效。只有规定了总线上各信号有效的时序关系,CPU才能正 确无误地使用

第 章 总 线 结 构 在单处理机总线中， 一般规定送入CPU的信号为输入信 号， 从CPU发出的信号为输出信号。 这种总线中的地址线一 般为输出信号线， 数据线为双向信号线， 控制信号线有输入 信号线， 也有输出信号线。 （4） 时间特性。 时间特性定义了每根线在什么时间有 效。 只有规定了总线上各信号有效的时序关系， CPU才能正 确无误地使用

第⑤章>总线结构 冬冬冬 612总线的标准化 相同的指令系统,相同的功能,不同厂家生产的各功能 部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功 能部件却可以互换使用,其原因在于它们都遵守了相同的系 统总线的要求,这就是系统总线的标准化问题

第 章 总 线 结 构 6.1.2 相同的指令系统， 相同的功能， 不同厂家生产的各功能 部件在实现方法上几乎没有相同的， 但各厂家生产的相同功 能部件却可以互换使用， 其原因在于它们都遵守了相同的系 统总线的要求， 这就是系统总线的标准化问题

第⑤章>总线结构 总线标准是指芯片之间、插板之间及系统之间,通过总 线进行连接和传输信息时,应遵守的一些协议与规范,包括 硬件和软件两个方面,如总线工作时钟频率、总线信号线定 义、总线系统结构、总线仲裁机构与配置机构、电气规范、 机械规范和实施总线协议的驱动与管理程序。平时我们所说 的总线,实际上指的是总线标准。不同的标准,就形成了不 同类型和同一类型不同版本的总线。比较常用的总线标准有 ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线

第 章 总 线 结 构 总线标准是指芯片之间、 插板之间及系统之间，通过总 线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范，包括 硬件和软件两个方面，如总线工作时钟频率、 总线信号线定 义、 总线系统结构、 总线仲裁机构与配置机构、 电气规范、 机械规范和实施总线协议的驱动与管理程序。 平时我们所说 的总线， 实际上指的是总线标准。不同的标准， 就形成了不 同类型和同一类型不同版本的总线。比较常用的总线标准有 ISA总线、 EISA总线、 VESA总线、 PCI总线

第⑤章>总线结构 冬冬冬 总线标准的产生通常有两种途径:一是某计算机制造厂 家(或公司)或集团在研制本公司的微机系统时所采用的一种 总线,由于其性能优越,得到用户普遍接受,逐渐形成一种 被业界广泛支持和承认的事实上的总线标准,典型的例子如 ISA总线;二是在国际标准组织或机构主持下开发和制定的总 线标准,公布后由厂家和用户使用,例如 PCI Express总线。 随着微处理器技术的发展,总线技术和总线标准也在不断 发展和完善,原先的一些总线标准已经或正在被淘汰,新的 性能优越的总线标准及技术也在不断产生

第 章 总 线 结 构 总线标准的产生通常有两种途径： 一是某计算机制造厂 家（或公司）或集团在研制本公司的微机系统时所采用的一种 总线， 由于其性能优越， 得到用户普遍接受， 逐渐形成一种 被业界广泛支持和承认的事实上的总线标准， 典型的例子如 ISA总线； 二是在国际标准组织或机构主持下开发和制定的总 线标准， 公布后由厂家和用户使用， 例如PCI Express总线。 随着微处理器技术的发展， 总线技术和总线标准也在不断 发展和完善， 原先的一些总线标准已经或正在被淘汰， 新的 性能优越的总线标准及技术也在不断产生

第⑤章>总线结构 冬冬冬 613总线的分类 按总线相对于CPU的位置可将总线分为内部总线( internal bus)和外部总线( external bus)两种。在CPU内部,各寄存 器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的 总线称为内部总线;而外部总线是指CPU与内存和输入/输出 设备接口之间进行通信的通路。 由于CPU通过总线实现取指令和与内存/外设的数据交换 在CPU与外设一定的情况下,总线速度是制约计算机整体性 能的主要因素

第 章 总 线 结 构 6.1.3 按总线相对于CPU的位置可将总线分为内部总线（internal bus）和外部总线（external bus）两种。 在CPU内部， 各寄存 器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的 总线称为内部总线；而外部总线是指CPU与内存和输入/输出 设备接口之间进行通信的通路。 由于CPU通过总线实现取指令和与内存/外设的数据交换， 在CPU与外设一定的情况下， 总线速度是制约计算机整体性 能的主要因素