计算机原理 “总线的概念和结构形态”的相关知识

发布时间:2024-01-30 12:01:39浏览次数:5
计算机原理辅导资料八主 题:第六章第 1—3 节“总线的概念和结构形态”的相关知识二、主要内容(一)总线的概念和结构形态1.总线的概念总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束,按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是 cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。2.总线的结构形态总线的内部结构 总线按功能分类可分为:地址线(单向)、数据线(双向)和控制线(每一根是单向的)。早期总线实际上就是 CPU 芯片引脚的延伸和驱动能力的增强,存在以下不足:1)CPU 是总线上唯一的主控者。2)总线结构与 CPU 紧密相关,通用性较差。现代总线的趋势是标准总线,与结构、 CPU、技术无关,又被称为底板总线。现代总线可分为四个部分:数据传送总线:由地址线、数据线、控制线组成。仲裁总线:包括总线请求线和总线授权线。中断和同步总线:包括中断请求线和中断认可线。公用线:时钟信号、电源等。(二)总线的接口和总线的仲裁 1.总线的接口信息的传送方式计算机系统中,传输信息基本有三种方式:串行传送、并行传送和分时传送。但是出于速度和效率上的考虑,系统总线上传送的信息必须采用并行传送方式。分时传送即总线的分时复用。--串行传送:使用一条传输线,采用脉冲传送。主要优点是只需要一条传输线,这一点对长距离传输显得特别重要,不管传送的数据量有多少,只需要一条传输线,成本比较低廉。缺点就是速度慢。--并行传送:每一数据位需要一条传输线,一般采用电位传送。--分时传送:总线复用或是共享总线的部件分时使用总线。接口的典型功能:控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断。一个适配器的两个接口:一个同系统总线相连,采用并行方式,另外一个同设备相连,可能采用并行方式或是串行方式。2.总线的仲裁连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态,其中主方可以启动一个总线周期,而从方只能响应主方请求。每次总线操作,只能有一个主方,但是可以有多个从方。为了解决多个功能模块争用总线的问题,必须设置总线仲裁部件。总线占用期:主方持续控制总线的时间。按照总线仲裁电路的位置不同,仲裁方式分为集中式和分布式两种。--集中式仲裁有:链式查询方式特点:离中央仲裁器最近的设备具有最高优先权,离总线控制器越远,优先权越低。优点:只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且这种链式结构很容易扩充设备。缺点:是对询问链的电路故障很敏感,优先级固定。计数器定时查询方式:可方便的改变优先级。独立请求方式: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。对优先次序的控制也是相当灵活的。 在单机系统中,中央仲裁器即为总线控制器。--分布式仲裁:不需要中央仲裁器,而是多个仲裁器竞争使用总线。三、习题(一)选择题1.总线的定时方式有( )。A.同步定时 B.交错定时C.多方案定时 D.异步定时答案:AD2.接口的典型功能有( )几种。A.控制和缓冲 B.状态和转换C.整理 D.程序中断答案:ABCD3.总线按功能分类可分为( )。A.地址线 B.数据线C.控制线 D.I/O 线答案:ABC(二)简答题1.总线的分类有哪些?答:总线按功能和规范可分为三大类型:(1)片总线(Chip Bus, C-Bus)又称元件级总线,是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如 CPU 模块)的信息传输通路。(2)内总线(Internal Bus, I-Bus)又称系统总线或板级总线,是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如 CPU 模块和存储器模块或 I/O 接口模块之间的传输通路。 (3) 外总线(External Bus, E-Bus)又称通信总线,是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路,如 EIA RS-232C、IEEE-488 等。四、知识扩展(一)总线的主要技术指标1.总线的带宽(总线数据传输速率)总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量,即每钞钟传送 MB 的最大稳态数据传输率。与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率,它们之间的关系: 总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/8或者总线的带宽=(总线的位宽/8 )/总线周期2.总线的位宽 总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数,或数据总线的位数,即 32 位、64 位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽,每秒钟数据传输率越大,总线的带宽越宽。3.总线的工作频率总线的工作时钟频率以 MHZ 为单位,工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越宽。(二)总线的优点与缺点1.采用总线结构的主要优点(1)简化了硬件的设计。便于采用模块化结构设计方法,面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作 cpu 插件、存储器插件以及 I/O 插件等,将它们连入总线就可工作,而不必考虑总线的详细操作。 (2)简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少,底板连线可以印制化。 (3)系统扩充性好。一是规模扩充,规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充,功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件,插件插入机器的位置往往没有严格的限制。 (4)系统更新性能好。因为 cpu、存储器、I/O 借口等都是按总线规约挂到总线上的,因而只要总线设计恰当,可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件,新的插件插到底板上对系统进行更新,其他插件和底板连线一般不需要改。(5)便于故障诊断和维修。用主板测试卡可以很方便找到出现故障的部位,以及总线类型。2.采用总线结构的缺点:(1)利用总线传送具有分时性。当有多个主设备同时申请总线的使用是必须进行总线的仲裁。(2)总线的带宽有限,如果连接到总线上的硬件设备没有资源调控机制容易造成信息的延时(这在某些即时性强的地方是致命的)。(3)连到总线上的设备必须有信息的筛选机制,要判断该信息是否是传给自己的。
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