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1、 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社第7章 总线系统 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社主要内容主要内容总线的基本概念和结构形态总线接口总线的仲裁、定时与数据传送典型总线标准PCI总线和AGP总线 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.1 总线的基本概念总线的基本概念 在计算机系统中，各部件之间传输信息的通路叫总线。即一个或多个信息源传送信息到多个目的
2、地的数据通路。它和一般传输线的不同之处在于，可以把来自不同的源部件的信息，集中在一组统一的传输线上，分时送往不同的部件，由于CPU本身也是由多个小部件组成的，所以CPU的各个部件（如内部寄存器和算术逻辑部件）之间也要用总线相连，这种位于芯片内部的总线叫内部总线（片内总线）。还有连接计算机各大部件的总线（如CPU、主存、I/O接口等）叫系统总线（芯片总线），另外，还有连接计算机和计算机，计算机和其他系统的总线，叫外部总线。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.1.1 总线的分类总线的分类 1按总线的位置分按总线的位
3、置分：片内总线和片外总线 2按总线的功能分按总线的功能分：地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）3 3按总线的层次结构分按总线的层次结构分：CPU总线、存储总线、系统总线、外部总线 4 4按总线在计算机系统中的位置分按总线在计算机系统中的位置分：机内总线和机外总线 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.1.2 总线的主要参数总线的主要参数 内部总线总是位于大规模集成电路的内部，所以，片内系统总线和器件本身有关。物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的
4、根数、总线的插头、插座的形状、引脚线的排列方式等等。功能特性：描述总线中每一根线的功能。从功能上看，总线分为地址总线、数据总线、控制总线三大类。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），外设与主机的同步匹配信号、中断信号、DMA控制信号等等。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.1.2 总线的主要参数总线的主要参数电器特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。
5、一般规定送入CPU的信号叫输入信号（IN），从CPU发出的信号叫输出信号（OUT），例如地址总线是输出线，数据总线是双向传送的信号线，这两类信号线都是高电平有效。控制总线中各条线一般是单向的，有CPU发出的，也有进入CPU的。有高电平有效的，也有低电平有效的，总线的电平特性都符合TTL电平的定义。时间特性：定义了每根线在什么时间有效。即，只有规定了总线上个信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.1.3 总线的标准化总线的标准化 为了充分发挥总线连接的优越性，使不同供应商
6、的总线产品能够互换，以给用户更多的选择，必须对总线的技术规范进行标准化。为此，人们指定了各种总线标准。总线标准是国际上正式公布、推荐或工业界广泛认可的互连各个部件的总线规范。总线的标准制定要经周密考虑，要有严格的规定。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社标准化内容标准化内容机械结构规范。对总线的模块尺寸、总线插头、总线接插件以及安装尺寸进行统一规定。功能规范。对总线每条信号线名称、功能、逻辑关系、时序要求甚至信号线的排列次序等细节都进行明确定义。电气规范。对总线每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力和抗干扰性
7、等都作明确定义。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社标准化的好处标准化的好处（1）简化系统结构（2）简化系统设计（3）提高系统的可扩展性 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2 总线的连接方式总线的连接方式 大多数总线都是以相同方式构成的，其不同之处仅在于总线中数据线和地址线的数目，以及控制线的多少及功能。然而，总线的排列布置与其他各类部件的连接方式对计算机系统的性能来说，将起着十分重要的作用。根据连接方式不同，单机系统中采用的总线
8、结构有三种类型：（1）单总线结构；（2）双总线结构；（3）三总线结构。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.1 单总线结构单总线结构 计算机系统中所有的部件都用一条总线相连。在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时，能迅速获得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权，由于一条总线由多种功能共用，可能导致很大的时间延迟。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机
9、组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社单总线结构单总线系统中，当CPU取一条指令时，首先把程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总线上，带地址不仅加至内存，同时也加至总线上所有的外部设备。然而，只有与出现在总线上的地址相对应的设备，才执行数据传送操作。在“取指令”情况下的地址是内存地址，所以，此时该地址所指定的内存单元一定是一条指令，而且将被传送给CPU。取指令后，CPU将检查操作码，以便确定下一次要执行什么操作。对采用单总线的计算机来说，操作码规定了对数据要执行什么操作，以及数据是流进CPU还是流出CPU，但是操作码并不规定该指令是
10、访问内存还是访问外围设备。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社单总线结构在单总线系统中，访内指令与输入/输出指令在形式上完全相同，区别仅在于地址的数值。即，对输入/输出操作，完全和内存的操作方法一样来处理。这样，当CPU把指令的地址地段送至总线上时，如果该地址字段所对应的地址是内存地址，则内存予以响应。此时，在CPU和内存之间将发生数据传送，而数据传送的方向由指令操作码指定。如果该指令字段对应的是外围设备地址，则外围设备译码器予以响应。此时，CPU和与该地址对应的外围设备之间，将发生数据传送，而数据传送的方向由指令
11、操作码决定。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社单总线结构在单总线系统中，某些外围设备也可以指定地址。此时外围设备通过与CPU中的总线控制部件交换控制信号的方式占有总线。一旦外围设备得到总线控制权后，就可以向总线发送地址信息，使总线上的地址线置为适当的代码状态，以便指定它将要与哪一个设备进行信息交换。如果一个由外围设备指定的地址对应于一个内存单元，则内存予以响应，于是在内存和外设之间将进行内存传送（DMA）。如果由外围设备指定的地址对应于另一台外设，则该外设予以响应，于是在这两台外围设备之间将进行直接的数据传送。计
12、算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.2 双总线结构双总线结构 系统中有两条总线，一种是为了改进单总线的传送速度，采用面向主存的双总线结构，另一种是采用通道方式的中型机的一种双总线结构，中小型机都可采用双总线结构。双总线结构保持了单总线系统简单、易于扩充的特点，但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速存储总线，使CPU可通过专门总线与存储器交换信息，并减轻了系统总线的负担，同时主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。当然这种双总线系统以增加硬件为代价。计算机组成原理计算机组成原理计算机组
13、成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.3 三总线结构与局部总线三总线结构与局部总线 1三总线结构三总线结构三总线结构在双总线系统的基础上增加I/O总线形成。包括内存总线（连接CPU与主存的通路），I/O总线（连接CPU与外设接口的通路），DMA总线（把内存同一个或多个高速的外设连接起来，实现直接存储器存取）。由于
14、总线专用，可以提高速度，但控制上比较复杂。三总线结构为许多机器所采用。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第
15、第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2局部总线局部总线 局部总线是在ISA总线和CPU总线之间增加的一级总线或管理层。用户可将一些高速外设，如图形卡、硬盘控制器等从ISA总线上卸下而通过局部总线直接挂接到CPU总线上，使之与高速的CPU总线相匹配。局部总线是计算机体系结构的重大发展，它打破了数据I/O的瓶颈，使高性能CPU的功能得以充分发挥。目前标准的局部总线有两种：一种是1993年Intel公司发布的PCI(Peripheral Component Interconnect)总线。另一种局部总线是由VESA于1992年5月推出的VL-BUS(VESA L-ocal BU
16、S)。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.3 总线结构对计算机系统性能的影响最大存储容量：总线结构会对最大存储容量产生一定的影响。指令系统：双总线中，CPU对存储总线和系统总线必须有不同的指令系统，这是因为操作码规定了要使用哪一条总线，所以在双总线中，访存操作和输入/输出操作各有不同的指令。另一方面，在单总线系统中，访问内存和I/O传送可使用相同的操作码，或者说使用相同的指令，但它们使用不同的地址。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
17、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。这些步骤的每一步都关系到主存，因此，系统吞吐量主要取决于主存的存取周期。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.3 总线结构对计算机系统性能的影响由于上述原因，采用双端口存储器可以增加主存的有效速度。这意味着，如果把每个端口连到不同的总线上，那么主存可以在同一时间内对两个端口完成读操作或写操作。比起一个入口来说，双端口存储器可以使更多的信息由主存输入或 输出。在三系统总线中，由于将CPU的一部分功能下放给通道，由通道对外围设
18、备统一管理并实现外围设备与主存之间的数据传送，因而系统的吞吐能力比单总线强得多。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.3 总线的内部结构早期的总线实际是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。一般由50-100根线组成，按功能分，可分为三类：地址线：单向，用于传送主存与设备的地址数据线：双向，传送数据控制线：对每一根线来说是单向的（CPU发向接口或接口发向CPU），用来指明数据传送的方向（存储器读、存储器写、I/O读、I/O写），中断控制（请求，识别）和定时控制等。计算机组成原理计算机组成原理
19、计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.3 总线的内部结构当代总线结构中，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。整个总线分成如下四个部分：（1）数据传送总线：由地址线、数据线、控制线组成，一般是32条地址线，32和64条数据线。为了减少布线，64位地址线和低的32位数据线常常和地址线采用多路复用方式。（2）仲裁总线：包括总线请
20、求线和总线授权线。（3）中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线。（4）公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.4 总线的层次结构总线的层次结构 大多数计算机采用了分层次的多总线结构。在这种结构中，速度差异较大的设备模块使用不同的速度的总线，而速度相近的设备模块使用同一类总线。显然，这种结
21、构的优点不仅解决了总线负载过重的问题，而且使总线设计简单，并能充分发挥每类总线的效能。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.4 总线的层次结构总线的层次结构-pentinumCPU总线，也称CPU-存储器总线，是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。总线时钟频率为66.6MHz（或60MHz)，CPU内部时钟是此时钟频率的倍频。此总线可连接4-128MB的主存。主存扩充容量是以内存条形式插入主板有关插座来实现的。CPU总线有L2级cache。主存控制器和cache芯片用来管理CPU对主存cache的存取操
22、作。CPU是这条总线的主控者，但必要时可放弃总线控制权，从传统观点看，可以把CPU总线看成是CPU引脚信号的延伸。PCI总线：用于连接高速的I/O模块，如图形显示适配器、网络接口控制器、硬盘控制器等。通过“桥”芯片，上面与更高速CPU总线相连，下面与低速的ISA总线相连，PCI总线是一个32（或64位）的同步总线，32位（或64位）数据/地址线是同一组线，分时复用。总线时钟频率为33.3MHz，带宽132MB/s,PCI总线采用集中式仲裁方式，有专门的PCI总线仲裁器。主板上一般有几个PCI总线扩展槽。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原
23、理与实验 冶金工业出版社7.2.4 总线的层次结构总线的层次结构-pentinumISA总线：pentium机使用该总线与低速I/O设备相连。主板上一般有3-4个ISA总线扩展槽，以便使用各种16位/8位适配器卡。该总线支持7个DMA通道和15级可屏蔽硬件中断。另外，ISA总线控制逻辑还通过主板上的片级总线与实时钟/日历、ROM、键盘和鼠标控制器等芯片相连。CPU总线、PCI总线、ISA总线通过两个“桥”芯片连成整体。桥芯片在此起到了信号速度缓冲、电平转接和控制协议的转换作用。一般将CPU总线-PCI总线的桥称为北桥，将PCI总线-ISA总线的桥称为南桥，通过桥将两类不同的总线“粘合”在一起的
24、技术特别适合于系统的升级换代。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.2.4 总线的层次结构总线的层次结构-pentinum 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.3 总线控制总线控制 分时和共享是总线最重要的两个特点。连接到总线上的所有部件都分时地使用总线。但要保证各个部件正确地分时共享总线，必须有一个总线控制机构，由它对总线的使用进行合理的分配。7.3.1 7.3.1 总线的仲裁总线的仲裁任何总线都主要由地址线、数据线和控制线组成
25、。总线的主要操作过程是：如果一个部件希望向另一个部件发送数据，它必须首先获得总线的使用权，然后通过总线传送数据；如果一个部件希望向另一个部件请求数据，它也必须首先获得总线的使用权，然后通过适当的控制线和地址线向其他模块发送请求，最后等待另一个部件发送数据。另一方面，在多数情况下，请求使用总线的部件不止一个。而总线上每次只能有一个部件发送信号（数据或指令），因此需要进行仲裁，以决定哪个模块可以使用总线。这也属于总线控制的内容。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.3.1 7.3.1 总线的仲裁总线的仲裁根据总线仲裁
26、电路所处位置的不同，仲裁方法可分为集中式和分布式两种。1 1集中式仲裁集中式仲裁 集中式仲裁的总线仲裁电路集中在一处，称为中央仲裁器（也称为总线控制器）。由中央仲裁器对总线进行集中控制。这是大多数单总线结构和双总线结构的机器普遍采用的仲裁方法。集中式仲裁的仲裁方式则分为链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求方式3种。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社1、链式查询方式链式查询方式中总线授权信号BG串行地从一个I/O接口传送到下一个I/O接口。如BG 到达的接口无总线请求，则继续往下查询；假如BG到达的接口有总线
27、请求，BG信号便不再往下查询。这意味着I/O接口就获得了总线控制权。查询链中离中央仲裁器最近的设备具有最高优先级，离中央仲裁器越远，优先级越低。因此，链式查询电路是通过接口的优先级排队电路来实现的。链式查询电路的优点；只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁，并且这种链式结构很容易扩充设备。链式查询的缺点：对询问链的电路故障很敏感，如果第i个设备的接口中有关链的电路有故障，则第i个以后的设备都不能工作。另外查询链的优先级是固定的，如果优先级高的设备出现频繁的请求时，优先级低的设备可能长期不能使用总线。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成
28、原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2、计数器定时查询方式总线上 的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号后，BS线“0”的情况下让计数器开始记数，记数值通过一组地址线发给各设备。每个设备都有一个设备判别电路，当地址线上的记数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备置“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止记数查询。每次记数从“0”开始，也可以从中止点开始。如果从“0”开始，个设备的优先次序与链式查询方法相同，优先级的顺序也是固定的。如果从中止点开始，则每个
29、设备使用总线的优先级相等。计数器的初值可用程序设置，这样可以方便地改变优先次序，显然，这种灵活性是以增加线数为代价的。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2、计数器定时查询方式 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社3、独立请求方式独立请求方式中，每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BGi和总线授权线BGi。当设备要求是使用总线时，便发出该设备的请求信号。中央仲裁器中有一个排队电路，它根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求，给设备
30、以授权信号BGi。独立请求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着轮流对每个设备进行查询。其次，对优先次序的控制相当灵活。它可以预先固定，也可以通过程序来改变优先次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的方法，不响应来自无效设备的请求。因此当代总线标准普遍采用独立请求方式。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2.分布式仲裁分布式仲裁 不需中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己
31、的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁好发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁好保留在仲裁总线上。分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.3.2 总线定时协议总线定时协议 所谓定时，是指事件出现在总线上的时序关系。1.同步定时协议同步定时协议 同步定时：总线上的部件通过总线进行信息传送时，用一个公共时钟信号进行同步，这种方法称为同步定时。这个公共的
32、时钟可以由CPU总线控制部件发送到每一个部件（设备），也可以让每个部件有各自的时钟发生器，然而它们必须由总线控制部件发出的时钟信号进行同步。由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定，因此，同步定时具有较高的效率。同步定时使用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况。这是因为同步方式对任何两个功能模块的通信都给予同样的时间安排。就总线长度来讲，必须按距离最长的两个设备的传输延迟来设计公共时钟。但是总线长了势必会降低传输效率。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算
33、机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2.异步定时协议异步定时协议 也叫异步定时，允许总线上的各部件有各自的时钟，在部件之间进行通信时没有公共的时间标准，而是靠发送信息时同时发出本设备的时间标志信号，用“应答方式”来进行。总线的长度是可变的。如图，CPU发出读命令信号和存储地址信号，经一段时间延迟，带信号稳定后，它启动主同步（MSYN）信号，这个信号引发存储器以从同步（SSYN）信号 予以响应，并将数据放到数据线上。这
34、个SSYN信号使CPU读数据，然后撤消MSYN信号，MSYN信号的撤消又使SSYN信号撤消，最后地址线、数据线上不再有有效信息，于是读数据总线周期结束。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2.异步定时协议异步定时协议 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2.异步定时协议异步定时协议异步定时的优点是总线周期长度可变，不把响
35、应时间强加到功能模块上，因而允许快速和慢速的功能模块都能连接在同一总线上，但这以增加总线的复杂性和成本为代价。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.3.3 总线的数据传输总线的数据传输 读、写操作：读操作是由从方到主方的数据传送；写操作是由主方到从方的数据传送。块传送操作：只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据一个接一个地读出或写入。写后读、读修改写操作：只给出地址一次，或进行先写后读操作，或进行先读后写操作。前者用于校验目的，后者用于多道程序系统中对共享资源的保护。广播、广集操作：一般而言，数据传送只在一
36、个主方和一个从方之间进行。但有的总线允许一个主方和多个从方进行写操作，这种操作称为广播。与广播相反的操作称为广集，它将选定的多个从方数据在总线上完成AND或OR 操作，用以检测多个中断源。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4 典型总线典型总线 ISA总线总线 MCA总线总线 EISA总线总线 PCI总线总线 AGP总线总线 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.1 ISA总线总线 I/O地址空间0100H-03FFH24位地
37、址线可直接寻址的内存容量为16MB8/16位数据线62+36引脚最大位宽16位(bit)最高时钟频率8MHz最大稳态传输率16MB/s中断功能DMA通道功能开放式总线结构，允许多个CPU共享系统资源 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社ISA总线信号线示意图 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.2 MCA总线总线 将数据线和地址线都扩展到32位，成为标准的32位扩展总线系统，同时系统的寻址范围增加到4GB。它的传输速率为40MB
38、S，且具有多总线功能；有总线仲裁机构，可支持多任务处理；支持多处理器，具有并行处理能力；具有附加卡定义档案，易于机器识别和系统诊断；具有可编程任选机制，可自动进行系统配置和安装。与目前已广泛使用的ISA总线不兼容，而且为防止仿制没有公开MCA的技术标准,从而影响了MCA总线的推广。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.3 EISA总线总线 EISA在结构上与ISA有良好的兼容性，保护了厂商和用户巨大的软硬件投资；同时又充分发挥和利用32位微处理机的功能，使之在图形技术、光存储器、分布处理、网络、数据处理等需要
39、高速处理能力的地方发挥作用。EISA的推出打破了IBM MCA结构对微计算机发展的垄断。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.3 EISA总线总线EISA插槽既与ISA插卡兼容，又与EISA插卡兼容。在插EISA卡时使用32位数据线，能达到33MB/s的传输率。EISA的主要性能指标与ISA相比，有以下优点：开放式结构。EISA和ISA兼容，现有的ISA扩充板可以用于EISA总线上32位地址线，直接寻址范围为4GB32位数据线最大时钟频率8.3MHz最大传输率 33MB/s 计算机组成原理计算机组成原理计算机
40、组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.3 EISA总线总线EISA总线的主要特点是：支持新一代智能总线主控技术，使外设控制卡可以控制系统 总线；可以实现32位内存寻址，实现对CPU、DMA和总线控制器的32位数据传送，支持猝发式传输访问，最高数据传输速率为33MBs；支持电子触发中断方式、多处理器和自动配置等。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.4 PCI总线总线 PCI总线是一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线。它采用同步时序协议和集中
41、式仲裁策略，并具有自动配置能力。1 1PCIPCI总线的特点总线的特点PCI总线的特点归纳如下：数据总线32位，可扩充到64位。地址总线32位，数据总线和地址总线是一组线，分时复用。使用同步定时协议，总线时钟频率33MHz或66MHz，采用方波信号。总线所有信号均出现在时钟信号的下降沿。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.4 PCI总线总线可进行猝发式数据传输。总线操作与处理器-存储器子系统操作并行。采用集中式总线仲裁方式全自动配置、资源分配、PCI卡内有设备信息寄存器组为系统提供卡的信息，可实现即插即用（
42、PNP）。PCI总线规范独立于微处理器，通用性好。PCI设备可以完全作为主控设备控制总线。PCI总线引线为高密度接插件，分基本插座（32位）及扩充插座（64位）。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社2PCI总线总线连接方式连接方式 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社3 3PCIPCI总线的数据传输过程总线的数据传输过程 PCI的数据传输过程包括读传送、写传送、传送终止等。PCI总线的基本读操作 计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原
43、理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.5 AGP总线总线 AGP（Accelerated Graphics Port）即加速图形端口。它是一种为了提高视频带宽而设计的总线规范。是Intel 公司开发的新一代总线标准，它是建立在PCI的基础上的，专门针对3D图形处理而开发的高效能总线。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社7.4.5 AGP总线总线同PCI总线相比，AGP总线具有如下一些特点：(1)在电气信号上，AGP标准完全兼容PCI标准。一个AGP设备既可通过AGP规范，也可通过PCI规范与主存进行数据交换。(2)对于在PCI标准中保留的管脚，AGP也不予占用。(3)AGP不是PCI的升级版本，它的插槽与PCI不兼容。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第 7 7章章章章计算机组成原理与实验 冶金工业出版社The End