计算机组成原理(华科)chap7.ppt

* 第七章 系统总线 一、总线基本概念 ?总线： 计算机系统中多个功能部件之间的连接线，通过它可以实现部件 之间地址信息、数据和控制信息的传送。 ?总线的分类 a.内部总线(又称芯片总线) 在集成电路芯片内部（含CPU、运算器等）或将不同的组成连接 在一起的总线 b.系统总线 指计算机系统中模板与模板之间的连接总线，包含诸如ISA、 PCI、AGP等总线方式 c.外部总线 外总线是指计算机系统之间或计算机系统与其外设通信的 总线，如RS232通信总线、网线总线等。 1、总线的特性 ?物理特性 描述总线的形状、数量、插头的形式等特性, 如地址总线有18根，RS-232的接口使用9针D型接口等。 ?功能特性 描述每一根线的功能 如：地址线的数量指明了CPU能访问的主存范围，数据总线指 明了一次交换的数据位数 ?电气特性 描述每一根线的有效电平及传送信号的方向。如： 地址线单向传输，数据线双向传输，高电平有效、低电平有效。 ?时间特性 各线什么时间有效及相互之间的时序关系 2、总线的标准化问题 总线的标准化是实现兼容的一个重要的组成部分 3、总线带宽 指总线在单位时间内所能达到的最高传输速率，单位是MB/S。 它是衡量总线性能的重要技术指标。 例1 设一个32位的处理器有16位外部数据总线,时钟频率为50MHZ,若总线传输的最短周期为4个时钟周期,问处理器的最大数据传输率是多少?若想提高一倍数据传输率,可采用什么措施? 解:数据传输率即单位时间内(1秒)传输的数据量 数据传输率= 2B * 50MHZ/ 4 = 25MB/s 要把总线的数据传输率提高一倍,可采取的方法有三种: 1)数据总线的宽度提高到32位,此时: 数据传输率= 4B * 50MHZ/ 4 = 50MB/s 2)将总线的时钟频率提高到100MHZ,此时: 数据传输率= 2B * 100MHZ/ 4 = 50MB/s 3)将传输的最短时间缩短为2个时钟周期,此时: 数据传输率= 2B * 50MHZ/ 2 = 50MB/s 例2 某网络每秒发出30次访问请求，每次请求的数据量为64KB。问100M的网络能否承受该访问？ 30*64K*8 = 15360Kb = 15Mb 100Mb 二、总线的连接方式 1、单总线结构 ?特点 a.访内和访外指令相同,由地址来处分,减少了一类I/O指令 b.总线简单，使用灵活，易于扩展 c. 所有设备分时工作，适用于慢速的小型或微型计算机系统中 d.适用于高速外设的情况 e.任意两外设之间可以直接交换信息(其中主设备需有总线控制能力) 2、双总线结构 ?在单总线结构的基础上增加主存总线组成 ?特点 a.由于外设和内存分处与不同总线，分访内和访外指令。 b.主存总线的增加减轻了系统总线的负担，提高了并行性。 c.仍然保持了单总线结构的系统简单、易于扩充的优点。 3、三总线结构 ?在双总线结构的基础上增加I/O总线组成 ?特点 a.由于外设和内存分处与不同总线，分访内和访外指令。 b. 并行性进一步提高，通道处理机分担了部分CPU的I/O功能。 4、总线结构对计算机系统性能的影响 ? 对最大存储容量的影响 单总线结构对最大存储容量有影响 双总线和三总线结构对最大存储容量没有影响 ? 对指令系统的影响 单总线结构没有访内/访外指令之分 双总线和三总线结构访内和访外用不同的指令来区分 ?吞吐量 单总线结构的吞吐量小 三总线结构的吞吐量大 双总线结构的吞吐量居中 三、总线的控制 1、总线的控制方式 总线的控制主要是解决连接在公共总线上多个设备之间使用总线的仲裁问题，完成这一功能的部件是总线控制器。 1)串行链接方式 ?在单总线和双总线结构的计算机中,总线控制器是CPU的一部分,在三总线结构的计算机中,它还是通道处理机的一部分。现在，总线总裁器一般是一个单独的功能模块。 ?工作过程分析: 设备N向总线控制器发总线使用请求 ? 总线控制器检查BS信 号 ? 若BS=0 ? 总线控制器发BG信号 ? BG按照设备的物理 连接次序查询,直到找到第一个发出BR的设备? 置BS=1. ? 如果有2个设备都发出了总线使用请求,此时响应哪一个设备? 离总线控制器近的设备. ?优点: a. 设备扩充容易。 b.控制器简单 ?缺点: a.优先级由设备的物理位置确定，设置不灵活。 b.单点故障明显 c.响应速度慢 2)计数器定时查询方式 ?工作过程分析: 设备N向总线控制器发总线使用请求 ? 总线控制器检查BS信 号 ? 若BS=0 ? 计数器开始计数 ? 当计数值等于发出BR请 求的设备号时，设备得到总线使用权? 置BS=1 ? 设备的优先级别能否改变，若能，则如何改变? 改变