湖南农业大学：《计算机组成原理教案》第六章 总线的基本概念（蒋邵平）

总线的基本概念 总线的定义: 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。 总线的定义：

个单处理器系统中的总线,大致分为三类: (1)内部总线:CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的 总线。 (2)系统总线:CPU同计算机系统的其他高速功能部件, 如存储器、通道等互相连接的总线 (3)O总线:中、低速O设备之间互相连接的总线

一个单处理器系统中的总线，大致分为三类： (1)内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的 总线。 (2)系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件， 如存储器、通道等互相连接的总线。 (3)I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线

总线带宽:总线本身所能达到的最高传输速率,是衡量总线性 能的重要指标,单位兆字节每秒(MB/s) 【例1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据, 假设一个总线周期等于一个总线时钟周期,总线时钟频率为 33MHz,则总线带宽是多少?(2)如果一个总线周期中并行传送64 位数据,总线时钟频率升为66MHz,则总线带宽是多少? (1)设总线带宽用D表示,总线时钟周期用T=1表示,一个总线 周期传送的数据量用D表示, 根据定义可得Dr=D/T=DX1/T=D×f =4BX33×1000000/s=132MB/s (2)64位=8B,Dr=DXf=8B×66×10000028MB

总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总线性 能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。 【例1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据， 假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为 33MHz，则总线带宽是多少? (2)如果一个总线周期中并行传送64 位数据，总线时钟频率升为66MHz，则总线带宽是多少? (1)设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线 周期传送的数据量用D表示， 根据定义可得 Dr = D/T = D×1/T = D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s (2)64位=8B， Dr= D×f =8B×66×1000000/s=528MB/s

6.1.2总线的连接方式 1.单总线结构是作控制常闭于单总线结构访存和外设 DMA操作如果一个由外围设备指定的地址对应于一个 主存单元,则主存予以响应,于是在主存和外设间将进 行直接存储器传送(DMA)。 单总线结构容易扩展成多CPU系统:这只要在系统总线 上挂接多个CPU即可 在单总线的计算机系统中,外设和主存统一编址所以不 需要IO指令

6.1.2 总线的连接方式 1.单总线结构 DMA操作:如果一个由外围设备指定的地址对应于一个 主存单元，则主存予以响应，于是在主存和外设间将进 行直接存储器传送(DMA)。 单总线结构容易扩展成多CPU系统：这只要在系统总线 上挂接多个CPU即可。 在单总线的计算机系统中，外设和主存统一编址所以不 需要I/O指令

2.双总线结构 这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点,但又在 CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。增加线数 为代价。 3.三总线结构(吞吐率最大) 它是在双总线系统的基础上增加IO总线和通道形 成的。增加线数和仲裁开销为代价。 在多总线结构中,存储器最好采用双端口

2.双总线结构 这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又在 CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。增加线数 为代价。 3.三总线结构 它是在双总线系统的基础上增加I/O总线和通道形 成的。增加线数和仲裁开销为代价。 在多总线结构中，存储器最好采用双端口

6.1.3总线结构刚计算机系统性能的影响 1.最大存储容量 在单总线系统中,最大主存容量必须小于由计算机字长所 决定的可能的地址总数 在双总线系统中,对主存和外设进行存取的判断是利用各 自的指令操作码。由于主存地址和外设地址出现于不同 的总线上,所以存储容量不会受到外围设备多少的影响

6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响 1. 最大存储容量 在单总线系统中，最大主存容量必须小于由计算机字长所 决定的可能的地址总数。 在双总线系统中，对主存和外设进行存取的判断是利用各 自的指令操作码。由于主存地址和外设地址出现于不同 的总线上，所以存储容量不会受到外围设备多少的影响

2指令系统 在双总线系统中,CPU对存储总线和系统总线必须有不 同的指令系统 在单总线系统中,访问主存和IO传送可使用相同的操作 码,使用相同的指令,但它们使用不同的地址

2 指令系统 在双总线系统中，CPU对存储总线和系统总线必须有不 同的指令系统。 在单总线系统中，访问主存和I/O传送可使用相同的操作 码，使用相同的指令，但它们使用不同的地址

3吞吐量 计算机系统的吞吐量是指流入、处理和流出系统的信息的 速率。它取决于信息能够多快地输入内存,CPU能够多快地取 指令,数据能够多快地从内存取出或存入,以及所得结果能够 多快地从内存送给一台外围设备。主要取决于主存的存取周 期 由于上述原因,采用双端口存储器可以增加主存的有效速度

3 吞吐量 计算机系统的吞吐量是指流入、处理和流出系统的信息的 速率。它取决于信息能够多快地输入内存，CPU能够多快地取 指令，数据能够多快地从内存取出或存入，以及所得结果能够 多快地从内存送给一台外围设备。 主要取决于主存的存取周 期 由于上述原因，采用双端口存储器可以增加主存的有效速度

61.4总线的内部结构 这些线按其功能可分为三类:地址线、数据线和控制线 三线的定义

6.1.4 总线的内部结构 这些线按其功能可分为三类：地址线、数据线和控制线。 三线的定义

当代流行的总线内部结构它是一些标准总线,追求与结 构、CPU、技术无关的开发标准,并满足包括多个CPU 在内的主控者环境需求。 在当代总线结构中,CPU和它私有的 cache-起作 为一个模块与总线相连。系统中允许有多个这样的处理 器模块。而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调 与仲裁

当代流行的总线内部结构它是一些标准总线，追求与结 构、CPU、技术无关的开发标准，并满足包括多个CPU 在内的主控者环境需求。 在当代总线结构中，CPU和它私有的cache一起作 为一个模块与总线相连。系统中允许有多个这样的处理 器模块。而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调 与仲裁