計(jì)算機(jī)組成原理第三章2014-2015

1、3.1 總線的基本概念總線的基本概念3.2 總線的分類總線的分類3.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)3.5 總線控制總線控制馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖程序程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)果計(jì)算計(jì)算一、為什么要用總線一、為什么要用總線二、什么是總線二、什么是總線三、總線上信息的傳送三、總線上信息的傳送總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線是是 各個(gè)部

2、件共享的傳輸介質(zhì)各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)串行串行并行并行四、總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)舉例四、總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)舉例1. 面向面向 CPU 的雙總線結(jié)構(gòu)框圖的雙總線結(jié)構(gòu)框圖中央處理中央處理 器器 CPUI/O總線總線M總總線線主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 M.MI/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備1 外部外部 設(shè)備設(shè)備2I/O接口接口I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備n單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線）2. 單總線結(jié)構(gòu)框圖單總線結(jié)構(gòu)框圖 CPU M.M I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備1 外部外部 設(shè)備設(shè)備2 I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口3. 以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)

3、構(gòu)框圖系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 M.M CPU I/O接口接口 外部外部 設(shè)備設(shè)備1 外部外部 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口存儲(chǔ)總線存儲(chǔ)總線1. .片內(nèi)總線片內(nèi)總線2. .系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線芯片內(nèi)部芯片內(nèi)部 的總線的總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線控制總線控制總線雙向雙向 與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)單向單向 與存儲(chǔ)地址、與存儲(chǔ)地址、 I/O地址有關(guān)地址有關(guān)有出有出 有入有入計(jì)算機(jī)各部件之間計(jì)算機(jī)各部件之間 的信息傳輸線的信息傳輸線存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫總線允許、中斷確認(rèn)總線允許、中斷確認(rèn)中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求3. .通信總線通信總線串行通信總線串行通信

4、總線并行通信總線并行通信總線傳輸方式傳輸方式 用于用于 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間 或或 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動(dòng)通信等）（如控制儀表、移動(dòng)通信等）之間的通信之間的通信CPU 插件板插件板M.M 插件板插件板I/O插件板插件板一、總線物理實(shí)現(xiàn)一、總線物理實(shí)現(xiàn)BUS1. 機(jī)械特性機(jī)械特性2. 電氣特性電氣特性3. 功能特性功能特性4. 時(shí)間特性時(shí)間特性二、總線特性二、總線特性指總線的物理連接方式，包括總指總線的物理連接方式，包括總線的根數(shù)，總線的插頭、插座的線的根數(shù)，總線的插頭、插座的形狀，引腳線的排列方式等。形狀，引腳線的排列方式等。傳輸方向傳輸方向 和有效

5、的和有效的 電平電平 范圍范圍每根傳輸線的每根傳輸線的 功能功能信號(hào)的信號(hào)的 時(shí)序時(shí)序 關(guān)系，在什么時(shí)間關(guān)系，在什么時(shí)間內(nèi)有效內(nèi)有效地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制三、總線的性能指標(biāo)三、總線的性能指標(biāo)1. 總線寬度總線寬度2. 總線帶寬總線帶寬3. 時(shí)鐘同步時(shí)鐘同步/異步異步4. 總線復(fù)用總線復(fù)用5. 信號(hào)線數(shù)信號(hào)線數(shù)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 的根數(shù)的根數(shù)每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBs） 與時(shí)鐘同步、不同步與時(shí)鐘同步、不同步地址線地址線 與與 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 復(fù)用復(fù)用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的 總和總和ISAEISAVL-BUSPCI模塊模塊系統(tǒng)系統(tǒng)總總線線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 四、總

6、線標(biāo)準(zhǔn)四、總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)系統(tǒng)模塊模塊標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 界界 面面不同廠家生產(chǎn)的各功能部件都遵守了相同的不同廠家生產(chǎn)的各功能部件都遵守了相同的系統(tǒng)總線的要求，這就是系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化問題。系統(tǒng)總線的要求，這就是系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化問題。l總線標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)與各模塊、模塊與模塊總線標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)與各模塊、模塊與模塊之間的一個(gè)互連的標(biāo)準(zhǔn)界面之間的一個(gè)互連的標(biāo)準(zhǔn)界面。l1. ISA總線總線l 獨(dú)立獨(dú)立CPU的總線時(shí)鐘，不支持多臺(tái)設(shè)備系的總線時(shí)鐘，不支持多臺(tái)設(shè)備系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸必須經(jīng)過(guò)統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸必須經(jīng)過(guò)CPU或或DMA，最大傳，最大傳輸速率輸速率16MBps，數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線16位，地址線位，地址線24位。位。l2. EISA

7、總線總線l 在在ISA基礎(chǔ)上擴(kuò)充開放的總線標(biāo)準(zhǔn)，分離基礎(chǔ)上擴(kuò)充開放的總線標(biāo)準(zhǔn)，分離出總線控制權(quán)，支持多臺(tái)設(shè)備系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸出總線控制權(quán)，支持多臺(tái)設(shè)備系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸必須經(jīng)過(guò)必須經(jīng)過(guò)CPU或或DMA，支持多主控制器和突，支持多主控制器和突發(fā)方式，最大傳輸速率發(fā)方式，最大傳輸速率33MBps，數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線32位位，地址線，地址線32位。位。l3. PCI總線總線 1) 高性能不依附于具體處理器，支持高性能不依附于具體處理器，支持33MHz和和66MHz的總線時(shí)鐘，數(shù)據(jù)線為的總線時(shí)鐘，數(shù)據(jù)線為32位，可擴(kuò)展到位，可擴(kuò)展到64位，傳輸速率位，傳輸速率132MBps可升級(jí)到可升級(jí)到528Mbps。支持突

8、發(fā)工作模式。支持突發(fā)工作模式。 2）良好的兼容性）良好的兼容性 3）支持即插即用）支持即插即用 4）支持多主設(shè)備，允許主設(shè)備和從設(shè)備之間）支持多主設(shè)備，允許主設(shè)備和從設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等存取。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等存取。l PCI Express是新一代的總線接口。早在是新一代的總線接口。早在2001年的年的春季，英特爾公司就提出了要用新一代的技術(shù)取代春季，英特爾公司就提出了要用新一代的技術(shù)取代PCI總線和多種芯片的內(nèi)部連接，并稱之為第三代總線和多種芯片的內(nèi)部連接，并稱之為第三代I/O總線技術(shù)。總線技術(shù)。l 它采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起它采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起PCI以

9、及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到頻率，達(dá)到PCI所不能提供的高帶寬。所不能提供的高帶寬。l5）具有與處理器和存儲(chǔ)器子系統(tǒng)完全并行操）具有與處理器和存儲(chǔ)器子系統(tǒng)完全并行操作的能力。作的能力。PCI總線可視為總線可視為CPU與外設(shè)之間的與外設(shè)之間的一個(gè)中間層，通過(guò)一個(gè)中間層，通過(guò)PCI橋路（橋路（PCI控制器）與控制器）與CPU連接。連接。PCI具有數(shù)據(jù)緩沖器。具有數(shù)據(jù)

10、緩沖器。l6）提供數(shù)據(jù)和地址校驗(yàn)?zāi)芰Γ┨峁?shù)據(jù)和地址校驗(yàn)?zāi)芰7）可擴(kuò)充性好，總線驅(qū)動(dòng)能力不足，可采用）可擴(kuò)充性好，總線驅(qū)動(dòng)能力不足，可采用多層結(jié)構(gòu)等。多層結(jié)構(gòu)等。內(nèi)存條內(nèi)存條芯片組芯片組BIOS芯片芯片CPU插座插座串行接口串行接口AGP擴(kuò)展槽擴(kuò)展槽PCI擴(kuò)展槽擴(kuò)展槽電池電池l4. AGP總線總線l 加速圖形端口，顯示卡專用局部總線，采加速圖形端口，顯示卡專用局部總線，采用用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道方式，直接與主存聯(lián)系，以主存通道方式，直接與主存聯(lián)系，以主存作幀緩沖器，實(shí)現(xiàn)高速存取。最大數(shù)據(jù)傳輸率作幀緩沖器，實(shí)現(xiàn)高速存取。最大數(shù)據(jù)傳輸率為為266Mbps。l5. USB總線總線l計(jì)算機(jī)串行接口總線標(biāo)

11、準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的快速簡(jiǎn)計(jì)算機(jī)串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的快速簡(jiǎn)單連接單連接l1）具有真正的即插即用特征。）具有真正的即插即用特征。l2）具有很強(qiáng)的連接能力，使用）具有很強(qiáng)的連接能力，使用USB HUB最多最多可鏈?zhǔn)竭B接可鏈?zhǔn)竭B接127個(gè)外設(shè)到同一系統(tǒng)。個(gè)外設(shè)到同一系統(tǒng)。l3）數(shù)據(jù)傳輸速率）數(shù)據(jù)傳輸速率 USB1.0：1.5Mbps，12Mbps。USB2.0數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)480Mbps，USB3.0理論帶寬達(dá)到理論帶寬達(dá)到5Gbps。l4）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，減少了）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，減少了PC主板插槽需求。主板插槽需求。l5）連接電纜輕巧，電源體積小。）連接電纜輕巧，電源體積小。4芯電纜，芯電

12、纜，l6 ）生命力強(qiáng)。）生命力強(qiáng)。25l大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu)。右圖一個(gè)三層大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu)。右圖一個(gè)三層次的多總線結(jié)構(gòu)即有次的多總線結(jié)構(gòu)即有CPU總線、總線、PCI總線和總線和ISA總線總線。26PentiumPentium機(jī)的總線結(jié)構(gòu)分為三層：機(jī)的總線結(jié)構(gòu)分為三層：CPUCPU總線、總線、PCIPCI總線和總線和ISAISA總線。總線。 CPUCPUPCIPCIISAISA北北橋橋南南橋橋l 總線控制由總線控制器控制，負(fù)責(zé)決定哪總線控制由總線控制器控制，負(fù)責(zé)決定哪個(gè)部件發(fā)送信息，如何傳送定時(shí)等。個(gè)部件發(fā)送信息，如何傳送定時(shí)等。l 總線控制包括總線控制包括判

13、優(yōu)控制判優(yōu)控制和和通信控制通信控制。一、總線判優(yōu)控制一、總線判優(yōu)控制 主設(shè)備主設(shè)備(模塊模塊)對(duì)總線有對(duì)總線有 控制權(quán)控制權(quán) 從設(shè)備從設(shè)備(模塊模塊)響應(yīng)響應(yīng) 從主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線命令從主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線命令1. 基本概念基本概念 總線上的信息傳送是由主設(shè)備發(fā)起的，若多個(gè)總線上的信息傳送是由主設(shè)備發(fā)起的，若多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用總線時(shí)，就由設(shè)備同時(shí)使用總線時(shí)，就由總線控制器總線控制器的判優(yōu)、的判優(yōu)、仲裁邏輯按一定的優(yōu)先等級(jí)順序確定總線使用權(quán)。仲裁邏輯按一定的優(yōu)先等級(jí)順序確定總線使用權(quán)。 總線判優(yōu)控制總線判優(yōu)控制分布式分布式集中式集中式鏈?zhǔn)讲樵冩準(zhǔn)讲樵冇?jì)數(shù)器定時(shí)查詢計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式2

14、. 鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞娇偪偩€線控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口nBG數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BS -總線忙總線忙BR-總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求BG-總線同意總線同意I/O接口接口1 0BS -總線忙總線忙BR-總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n設(shè)備地址設(shè)備地址3. 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式I/O接口接口1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器設(shè)備地址設(shè)備地址 1排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)器4. 獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0I/O接

15、口接口1I/O接口接口nBR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-總線同意總線同意BR-總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求l5. 三種總線控制方式比較：三種總線控制方式比較：l1) 鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞?，只需要幾根線就能按照一定，只需要幾根線就能按照一定次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且容易擴(kuò)展設(shè)備，對(duì)電路次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且容易擴(kuò)展設(shè)備，對(duì)電路故障敏感，且優(yōu)先級(jí)別低的設(shè)備可能很難獲得請(qǐng)故障敏感，且優(yōu)先級(jí)別低的設(shè)備可能很難獲得請(qǐng)求。求。 3根線根線l2）計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式）計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式，對(duì)電路故障不如鏈?zhǔn)讲?，?duì)電路故障不如鏈?zhǔn)讲樵兎绞矫舾?，但增加了控制線，控制也比較復(fù)雜詢方式敏感，但增加了控制線，控制也比較復(fù)雜

16、。Log2n根線根線l3）獨(dú)立請(qǐng)求方式）獨(dú)立請(qǐng)求方式，響應(yīng)速度快，優(yōu)先次序控制靈，響應(yīng)速度快，優(yōu)先次序控制靈活，但控制線數(shù)量多，總線控制復(fù)雜。活，但控制線數(shù)量多，總線控制復(fù)雜。2n根線根線 6. 6.分布式仲裁分布式仲裁分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個(gè)潛在的分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個(gè)潛在的主方功能模塊都有自己的主方功能模塊都有自己的仲裁號(hào)和仲裁器仲裁號(hào)和仲裁器。當(dāng)它們有請(qǐng)求的時(shí)候，把它們唯一的仲裁號(hào)當(dāng)它們有請(qǐng)求的時(shí)候，把它們唯一的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁總線上。發(fā)送到共享的仲裁總線上。 每個(gè)仲裁器將仲裁總線上得到的號(hào)與自己每個(gè)仲裁器將仲裁總線上得到的號(hào)與自己的號(hào)進(jìn)行比較。如果仲裁總線上的號(hào)

17、大，則它的的號(hào)進(jìn)行比較。如果仲裁總線上的號(hào)大，則它的總線請(qǐng)求不予響應(yīng)，撤銷它的總裁號(hào)?？偩€請(qǐng)求不予響應(yīng)，撤銷它的總裁號(hào)。 最后獲勝的仲裁號(hào)保留在總線上。最后獲勝的仲裁號(hào)保留在總線上。 分布式仲裁是分布式仲裁是以優(yōu)先級(jí)仲裁策略以優(yōu)先級(jí)仲裁策略為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)。二、總線通信控制二、總線通信控制 （分時(shí)控制）（分時(shí)控制）1. 目的目的2. 總線周期：總線周期：完成一次總線操作的時(shí)間完成一次總線操作的時(shí)間主模塊申請(qǐng)主模塊申請(qǐng)，總線仲裁決定，總線仲裁決定主模塊向從模塊主模塊向從模塊 給出地址給出地址 和和 命令命令啟動(dòng)從模塊啟動(dòng)從模塊主模塊和從模塊主模塊和從模塊 交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)主模塊主模塊 撤銷有關(guān)信息，

18、撤銷有關(guān)信息，讓出總線使用權(quán)。讓出總線使用權(quán)。申請(qǐng)分配階段申請(qǐng)分配階段尋址階段尋址階段傳數(shù)階段傳數(shù)階段結(jié)束階段結(jié)束階段解決通信雙方解決通信雙方 協(xié)調(diào)配合協(xié)調(diào)配合 問題問題由由 統(tǒng)一時(shí)標(biāo)統(tǒng)一時(shí)標(biāo) 控制數(shù)據(jù)傳送控制數(shù)據(jù)傳送, 一般一般由總線控制部件發(fā)出。由總線控制部件發(fā)出。充分充分 挖掘挖掘 系統(tǒng)系統(tǒng) 總線每瞬間總線每瞬間 的的 潛力潛力同步通信同步通信 異步通信異步通信 半同步通信半同步通信 分離式通信分離式通信 3. 總線通信的四種方式總線通信的四種方式采用采用 應(yīng)答方式應(yīng)答方式，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)同步、異步結(jié)合。同步、異步結(jié)合。 總線通信控制總線通信控制主要解決通信雙方如何獲

19、知傳輸開主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結(jié)束，以及通信雙方如何始和傳輸結(jié)束，以及通信雙方如何協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)如何配合。如何配合。(1) 同步式輸入設(shè)備向同步式輸入設(shè)備向CPU傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)T1總線傳輸周期總線傳輸周期T2T3T4 時(shí)鐘時(shí)鐘 地址地址 讀讀命令命令 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 總線傳輸周期總線傳輸周期是連接在總線上的兩個(gè)部件完是連接在總線上的兩個(gè)部件完成一次完整且可靠的信息傳輸時(shí)間。成一次完整且可靠的信息傳輸時(shí)間。 包含包含4個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期T1，T2，T3，T4 對(duì)于讀命令對(duì)于讀命令,傳輸周期如下傳輸周期如下: 1）T1 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址 2）T2 主模塊發(fā)讀命令主模塊發(fā)讀命令 3）

20、T3 從模塊提供數(shù)據(jù)從模塊提供數(shù)據(jù) 4）T4 主模塊撤銷讀命令，從模塊撤銷數(shù)據(jù)主模塊撤銷讀命令，從模塊撤銷數(shù)據(jù)(2) 同步式數(shù)據(jù)輸出傳輸同步式數(shù)據(jù)輸出傳輸T1總線傳輸周期總線傳輸周期T2T3T4 時(shí)鐘時(shí)鐘 地址地址 寫寫命令命令 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)于寫命令，傳輸周期如下：對(duì)于寫命令，傳輸周期如下：T1 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址T1.5 主模塊提供數(shù)據(jù)主模塊提供數(shù)據(jù)T2 主模塊發(fā)出寫命令，從模塊接收命令后，主模塊發(fā)出寫命令，從模塊接收命令后，必須在必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)規(guī)定時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到地址總線指明的單元中。地址總線指明的單元中。T4 主模塊撤銷寫命令和數(shù)據(jù)等信號(hào)主模塊撤銷

21、寫命令和數(shù)據(jù)等信號(hào)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：規(guī)定明確、統(tǒng)一、模塊間配合簡(jiǎn)單一致。規(guī)定明確、統(tǒng)一、模塊間配合簡(jiǎn)單一致。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：主從模塊之間的配合屬于強(qiáng)制主從模塊之間的配合屬于強(qiáng)制“同步同步”，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)不同速度的部件，必必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)不同速度的部件，必須按照須按照最慢速度最慢速度的部件設(shè)計(jì)的部件設(shè)計(jì)公共時(shí)鐘公共時(shí)鐘。一般用于：一般用于：總線周期較短，各部件存取周期比較總線周期較短，各部件存取周期比較一致的場(chǎng)合。一致的場(chǎng)合。例例3.1 假設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為假設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為100MHz，總線的，總線的傳輸周期為傳輸周期為4個(gè)時(shí)鐘周期，總線的寬度為個(gè)時(shí)鐘周期，總線的寬度為32位，位，

22、試求總線的數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高一倍數(shù)據(jù)傳輸試求總線的數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高一倍數(shù)據(jù)傳輸率，可采取什么措施？率，可采取什么措施？ 例例1： (1)某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線傳輸周期等于的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線傳輸周期等于4個(gè)總線時(shí)鐘個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為周期，總線時(shí)鐘頻率為33MHz，則總線帶寬是多，則總線帶寬是多少少? (2)如果一個(gè)總線傳輸周期中并行傳送如果一個(gè)總線傳輸周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為，總線時(shí)鐘頻率升為66MHz，則總線帶寬是多少，則總線帶寬是多少?(3) 異步通信異步通信 異步通信允許多模

23、塊的速度不一致性，沒有公異步通信允許多模塊的速度不一致性，沒有公共的共的時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，不要求所有部件嚴(yán)格的統(tǒng)一操作，不要求所有部件嚴(yán)格的統(tǒng)一操作時(shí)間，而是采用應(yīng)答式（握手方式）。時(shí)間，而是采用應(yīng)答式（握手方式）。 主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，一直等待從模塊反饋主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，一直等待從模塊反饋回來(lái)響應(yīng)信號(hào)后，才開始通信?；貋?lái)響應(yīng)信號(hào)后，才開始通信。 主從模塊之間增加主從模塊之間增加兩條應(yīng)答線兩條應(yīng)答線。1） 不互鎖方式不互鎖方式 主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，不必等待接到從模塊的主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，不必等待接到從模塊的回答信號(hào)，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，確認(rèn)從模塊已經(jīng)收回答信號(hào)，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，確認(rèn)從模塊

24、已經(jīng)收到請(qǐng)求信號(hào)后，便撤除其請(qǐng)求信號(hào)。到請(qǐng)求信號(hào)后，便撤除其請(qǐng)求信號(hào)。 從模塊接收到請(qǐng)求信號(hào)，在條件允許時(shí)發(fā)出回從模塊接收到請(qǐng)求信號(hào)，在條件允許時(shí)發(fā)出回答信號(hào)，而且是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，確認(rèn)主模塊已收到答信號(hào)，而且是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，確認(rèn)主模塊已收到回答信號(hào)后，主動(dòng)撤銷回答信號(hào)?；卮鹦盘?hào)后，主動(dòng)撤銷回答信號(hào)。半互鎖方式半互鎖方式 主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，必須待接到從模塊的主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，必須待接到從模塊的回回答信號(hào)答信號(hào)后再撤銷其請(qǐng)求信號(hào)，后再撤銷其請(qǐng)求信號(hào)，有互鎖關(guān)系有互鎖關(guān)系。 從模塊在接到請(qǐng)求信號(hào)后發(fā)出回答信號(hào)，但不從模塊在接到請(qǐng)求信號(hào)后發(fā)出回答信號(hào)，但不必等待獲知主模塊的請(qǐng)求信號(hào)已經(jīng)撤銷，而是過(guò)

25、必等待獲知主模塊的請(qǐng)求信號(hào)已經(jīng)撤銷，而是過(guò)段時(shí)間自動(dòng)撤銷其回答信號(hào)，段時(shí)間自動(dòng)撤銷其回答信號(hào)，無(wú)互鎖關(guān)系無(wú)互鎖關(guān)系。3）全互鎖方式）全互鎖方式 主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，必須待接到從模塊的回主模塊發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，必須待接到從模塊的回答信號(hào)后再撤銷其請(qǐng)求信號(hào)，有互鎖關(guān)系。答信號(hào)后再撤銷其請(qǐng)求信號(hào)，有互鎖關(guān)系。 從模塊發(fā)出回答信號(hào)，必須等待獲知主模塊的從模塊發(fā)出回答信號(hào)，必須等待獲知主模塊的請(qǐng)求信號(hào)已經(jīng)撤銷，再撤銷其回答信號(hào)。請(qǐng)求信號(hào)已經(jīng)撤銷，再撤銷其回答信號(hào)。 不互鎖不互鎖半互鎖半互鎖全互鎖全互鎖主設(shè)備主設(shè)備從設(shè)備從設(shè)備請(qǐng)請(qǐng)求求回回答答異步通信可用于異步通信可用于并行傳送并行傳送和和串行傳送串行傳送。串

26、行異步串行異步?jīng)]有時(shí)鐘信號(hào)，不需傳送同步信號(hào)，沒有時(shí)鐘信號(hào)，不需傳送同步信號(hào)，1）約定字符格式：）約定字符格式：1個(gè)起始位（低電平），個(gè)起始位（低電平），58個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)校驗(yàn)個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)校驗(yàn)位，位，1或或1.5或或2個(gè)終止位（高電平），起始位至終個(gè)終止位（高電平），起始位至終止位構(gòu)成一幀，兩幀之間的間隔可以是任意長(zhǎng)度。止位構(gòu)成一幀，兩幀之間的間隔可以是任意長(zhǎng)度。2）波特率：）波特率：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳送單位時(shí)間傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，用的位數(shù)，用bps（位（位/秒）秒）表示，記作表示，記作波特率波特率。例例 3.2 在異步串行通信系統(tǒng)中，假設(shè)每秒傳送在異步串行通信系統(tǒng)中，假設(shè)每秒傳送120

27、個(gè)數(shù)據(jù)幀，其字符格式規(guī)定包含個(gè)數(shù)據(jù)幀，其字符格式規(guī)定包含1個(gè)起始位，個(gè)起始位，7個(gè)數(shù)據(jù)位，個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇校驗(yàn)位，個(gè)奇校驗(yàn)位，1個(gè)終止位，計(jì)算個(gè)終止位，計(jì)算波特率。波特率。例例3.3 畫圖說(shuō)明用異步串行傳輸方式發(fā)送畫圖說(shuō)明用異步串行傳輸方式發(fā)送8位十位十六進(jìn)制數(shù)據(jù)六進(jìn)制數(shù)據(jù)95H。要求字符格式為：。要求字符格式為：1位起始位、位起始位、8位數(shù)據(jù)位、位數(shù)據(jù)位、1位偶校驗(yàn)位、位偶校驗(yàn)位、1位終止位。位終止位。 3）比特率）比特率 異步通信字符格式包含若干附加位，只考慮異步通信字符格式包含若干附加位，只考慮有效數(shù)字位。用有效數(shù)字位。用比特率比特率來(lái)衡量異步串行通信的數(shù)來(lái)衡量異步串行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率

28、，即據(jù)傳輸速率，即單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制有效數(shù)據(jù)單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制有效數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位的位數(shù)，單位bps。 例例3.4 在異步串行傳輸系統(tǒng)中，若字符格式為在異步串行傳輸系統(tǒng)中，若字符格式為:1 位起始位、位起始位、8位數(shù)據(jù)位、位數(shù)據(jù)位、1位奇校驗(yàn)位、位奇校驗(yàn)位、1位終止位終止位。假設(shè)波特率位。假設(shè)波特率1200bps，求此時(shí)的，求此時(shí)的比特率比特率。(4) 半同步通信半同步通信同步同步 發(fā)送方發(fā)送方 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 時(shí)鐘前沿時(shí)鐘前沿 發(fā)信號(hào)發(fā)信號(hào) 接收方接收方 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 時(shí)鐘后沿時(shí)鐘后沿 判斷、識(shí)別判斷、識(shí)別（同步同步、異步異步 結(jié)合）結(jié)合）異步異步 允許不同速度的模塊和諧工作允許不同速度的

29、模塊和諧工作 增加一條增加一條 “等待等待”響應(yīng)信號(hào)響應(yīng)信號(hào) WAIT以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序T1 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址T2 主模塊發(fā)讀命令主模塊發(fā)讀命令T3 從模塊提供數(shù)據(jù)從模塊提供數(shù)據(jù)T4 從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令Tw 當(dāng)當(dāng) 為低電平時(shí)，等待一個(gè)為低電平時(shí)，等待一個(gè) TWAITTw 當(dāng)當(dāng) 為低電平時(shí)，等待一個(gè)為低電平時(shí)，等待一個(gè) TWAITT1總線傳輸周期總線傳輸周期T2TwTw 時(shí)鐘時(shí)鐘 地址 WAIT讀讀T3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 半同步通信適合于系統(tǒng)工作速度不高又包含了半同步通信適合于系統(tǒng)工作速度不高又包含了許多工作速度差

30、異較大的各類設(shè)備組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。許多工作速度差異較大的各類設(shè)備組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比異步通信比異步通信簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單，在全系統(tǒng)內(nèi)各模塊在，在全系統(tǒng)內(nèi)各模塊在統(tǒng)一的系統(tǒng)個(gè)時(shí)鐘控制下同步工作，統(tǒng)一的系統(tǒng)個(gè)時(shí)鐘控制下同步工作，可靠性較高可靠性較高，同步結(jié)構(gòu)方便。同步結(jié)構(gòu)方便。 缺點(diǎn)缺點(diǎn): 對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率不能要求太高，故從整對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率不能要求太高，故從整體上來(lái)看，系統(tǒng)工作的速度還不是很高。體上來(lái)看，系統(tǒng)工作的速度還不是很高。 總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例）總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例） 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址 、命令、命令 從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)從模塊向主模塊發(fā)數(shù)

31、據(jù)總線空閑總線空閑占用總線占用總線不占用總線不占用總線占用總線占用總線(5) 分離式通信分離式通信(5) 分離式通信分離式通信充分挖掘系統(tǒng)總線每瞬間的潛力充分挖掘系統(tǒng)總線每瞬間的潛力主模塊主模塊A 獲得總線使用權(quán)，將命令、地獲得總線使用權(quán)，將命令、地址以及其他有關(guān)信息，包括主設(shè)備址以及其他有關(guān)信息，包括主設(shè)備A編號(hào)編號(hào)，發(fā)到系統(tǒng)總線上，經(jīng)總線傳輸后，從模發(fā)到系統(tǒng)總線上，經(jīng)總線傳輸后，從模塊塊B接收下來(lái)，即接收下來(lái)，即 放棄總線放棄總線 的使用權(quán)。的使用權(quán)。一個(gè)總線傳輸周期一個(gè)總線傳輸周期子周期子周期1子周期子周期2(5) 分離式通信分離式通信從模塊從模塊B準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，申請(qǐng)總線使用準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，申

32、請(qǐng)總線使用權(quán)，將主模塊權(quán)，將主模塊A地址、從模塊地址、從模塊B地址、地址、主模塊主模塊A所需要的數(shù)據(jù)，所需要的數(shù)據(jù)， 送到總線上，送到總線上，由由A模塊接收。模塊接收。一個(gè)總線傳輸周期一個(gè)總線傳輸周期子周期子周期1子周期子周期2主模塊主模塊從設(shè)備地址從設(shè)備地址主設(shè)備編號(hào)主設(shè)備編號(hào)1. 各模塊占用總線，先申請(qǐng)占用總線各模塊占用總線，先申請(qǐng)占用總線分離式通信特點(diǎn)分離式通信特點(diǎn)充分發(fā)揮了總線的有效占用。充分發(fā)揮了總線的有效占用。2. 采用同步方式通信，不等對(duì)方回答采用同步方式通信，不等對(duì)方回答3. 各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)時(shí)，不占用總線各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)時(shí)，不占用總線4. 總線被占用時(shí)，無(wú)空閑總線被占用時(shí)，無(wú)空閑

33、1馮馮諾伊曼機(jī)工作方式的基本特點(diǎn)是諾伊曼機(jī)工作方式的基本特點(diǎn)是_。 A多指令流單數(shù)據(jù)流；多指令流單數(shù)據(jù)流； B按地址訪問并順序執(zhí)行指令；按地址訪問并順序執(zhí)行指令； C堆棧操作；堆棧操作； D存儲(chǔ)器按內(nèi)容選擇地址。存儲(chǔ)器按內(nèi)容選擇地址。2總線復(fù)用方式可以總線復(fù)用方式可以_。 A提高總線的傳輸帶寬；提高總線的傳輸帶寬； B增加總線的功能；增加總線的功能； C減少總線中信號(hào)線的數(shù)量；減少總線中信號(hào)線的數(shù)量； D提高提高CPU利用率。利用率。3三種集中式總線控制中，三種集中式總線控制中，_方式對(duì)電方式對(duì)電路故障最敏感。路故障最敏感。 A鏈?zhǔn)讲樵?；鏈?zhǔn)讲樵儯?B計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢； C獨(dú)立請(qǐng)

34、求；獨(dú)立請(qǐng)求； D以上都不對(duì)。以上都不對(duì)。4在各種異步通信方式中，在各種異步通信方式中，_速度最快。速度最快。 A全互鎖；全互鎖； B半互鎖；半互鎖； C不互鎖。不互鎖。5在三種集中式總線控制中，在三種集中式總線控制中，_方式響應(yīng)時(shí)方式響應(yīng)時(shí)間最快。間最快。 A鏈?zhǔn)讲樵?；鏈?zhǔn)讲樵儯?B計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢； C獨(dú)立請(qǐng)求；獨(dú)立請(qǐng)求； D以上都不是。以上都不是。6. 系統(tǒng)總線是指系統(tǒng)總線是指_。A運(yùn)算器、控制器和寄存器之間的信息傳送線運(yùn)算器、控制器和寄存器之間的信息傳送線B運(yùn)算器、寄存器和主存之間的信息傳送線運(yùn)算器、寄存器和主存之間的信息傳送線C運(yùn)算器、寄存器和外圍設(shè)備之間的信息傳送線運(yùn)

35、算器、寄存器和外圍設(shè)備之間的信息傳送線DCPU、主存和外圍設(shè)備之間的信息傳送線、主存和外圍設(shè)備之間的信息傳送線7在計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式下，若計(jì)數(shù)從在計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式下，若計(jì)數(shù)從0開始，則開始，則_。 A設(shè)備號(hào)小的優(yōu)先級(jí)高；設(shè)備號(hào)小的優(yōu)先級(jí)高； B每個(gè)設(shè)備使用總線的機(jī)會(huì)相等；每個(gè)設(shè)備使用總線的機(jī)會(huì)相等； C設(shè)備號(hào)大的優(yōu)先級(jí)高。設(shè)備號(hào)大的優(yōu)先級(jí)高。8. 總線中的地址線的作用是總線中的地址線的作用是_。A. 只用于選擇存儲(chǔ)器單元只用于選擇存儲(chǔ)器單元B. 由設(shè)備向主機(jī)提供地址由設(shè)備向主機(jī)提供地址C. 用于選擇指定存儲(chǔ)器單元和用于選擇指定存儲(chǔ)器單元和I/O設(shè)備接口電路設(shè)備接口電路的地址。的地址。9. 系

36、統(tǒng)總線中的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線是根據(jù)系統(tǒng)總線中的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線是根據(jù)_來(lái)劃分的。來(lái)劃分的。A. 總線所處的位置總線所處的位置B. 總線的傳輸方向總線的傳輸方向C. 總線的傳輸內(nèi)容總線的傳輸內(nèi)容10. 總線中數(shù)據(jù)信號(hào)和地址信號(hào)分別用一組線路總線中數(shù)據(jù)信號(hào)和地址信號(hào)分別用一組線路傳輸，這種傳輸方式稱為傳輸，這種傳輸方式稱為_。A. 串行通信串行通信B. 并行通信并行通信C. 復(fù)用通信復(fù)用通信 l 考研考點(diǎn)：考研考點(diǎn)：l (一一) 總線概述總線概述l 1) 總線的基本概念總線的基本概念l 2）總線的分類）總線的分類l 3）總線的組成及其性能指標(biāo)）總線的組成及其性能指標(biāo)l（二）總線仲裁（二）

37、總線仲裁l 1）集中仲裁方式）集中仲裁方式 2）分布仲裁方式）分布仲裁方式l（三）總線操作和定時(shí)（三）總線操作和定時(shí)l 1）同步定時(shí)方式）同步定時(shí)方式l 2）異步定時(shí)方式）異步定時(shí)方式l（四）（四） 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)l1. 假設(shè)某計(jì)算機(jī)的假設(shè)某計(jì)算機(jī)的CPU主頻為主頻為80MHz，CPI為為4。該計(jì)算機(jī)的。該計(jì)算機(jī)的MIPS數(shù)是多少數(shù)是多少 ？l2.設(shè)總線頻率為設(shè)總線頻率為100MHz，數(shù)據(jù)總線和地址總線，數(shù)據(jù)總線和地址總線共用一組總線，共用一組總線，32寬，存儲(chǔ)字長(zhǎng)也是寬，存儲(chǔ)字長(zhǎng)也是32位，傳送位，傳送一次地址或者一次數(shù)據(jù)需要一個(gè)時(shí)鐘周期，采用一次地址或者一次數(shù)據(jù)需要一個(gè)時(shí)鐘周期，采用突發(fā)

38、式發(fā)送，則傳送突發(fā)式發(fā)送，則傳送128位數(shù)據(jù)需要的時(shí)間是：位數(shù)據(jù)需要的時(shí)間是：A.20ns B.40ns C.50ns D.80nsl3. 下列關(guān)于下列關(guān)于USB總線的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是：總線的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是：lA.支持熱拔插，即插即用支持熱拔插，即插即用lB. 可以連接多級(jí)外部設(shè)備可以連接多級(jí)外部設(shè)備lC.可以擴(kuò)展接口可以擴(kuò)展接口lD. 速度快，可以同時(shí)傳輸兩位數(shù)據(jù)速度快，可以同時(shí)傳輸兩位數(shù)據(jù)l4. 馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)中指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制諾依曼計(jì)算機(jī)中指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中，形式存放在存儲(chǔ)器中，CPU區(qū)分它們的依據(jù)是區(qū)分它們的依據(jù)是 ( )lA.指令操作碼的譯碼結(jié)果指令操作碼的譯碼結(jié)果 lB.指令和數(shù)據(jù)的尋址方式指令和數(shù)據(jù)的尋址方式lC.指令周期的不同階段指令周期的不同階段 D.指令和數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元指令和數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元l5. 下列選項(xiàng)中的英文縮寫均為總線標(biāo)準(zhǔn)的是下列選項(xiàng)中的英文縮寫均為總線標(biāo)準(zhǔn)的是( ) lA.PCI、CRT、USB、EISA lB.ISA、CPI、VESA、EISAlC.ISA、SCSI、R