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计算机组成原理 第6章 总线系统 课程教学要求 本章内容： 6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁 6.4 定时和数据传送模式 6.5 HOST总线和PCI总线 6.6 总线 InfiniBand标准 本章小结 6.1? 总线的概念和结构形态 6.1.1? 总线的基本概念 6.1.2? 总线的连接方式 6.1.3? 总线结构对计算机系统性能的影响 6.1.4? 总线的内部结构 6.1.5? 总线结构实例 6.1.1 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。 　　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。 1.总线的特性 物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等。 功能特性：描述总线中每一根线的功能。 电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。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)。 时间特性: 定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。 2.总线的标准化  相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的，但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因在于它们都遵守了相同的系统总线的要求，这就是系统总线的标准化问题。 总线的标准化问题； 例如：ISA,EISA,VESA,PCI等等 总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率。单位是兆字节/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? 6.1.2 总线的连接方式 单总线特点： 1.结构简单，容易扩充 2.由于若干逻辑部件共用一条总线，因此，总线为分时工作状态，会使整机工作速度降低。 多总线： 在CPU、主存、I/O之间互联采用多条总线。 图6.2 多总线结构 多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线。 1.CPU和cache之间采用高速的CPU总线 。 2.主存连在系统总线上。 3.高速总线上可以连接高速LAN（100Mb/s局域网）、视频接口、图形接口、SCSI接口（支持本地磁盘驱动器和其他外设）、Firewire接口（支持大容量I/O设备）。 4.高速总线通过扩充总线接口与扩充总线相连，扩充总线上可以连接串行方式工作的I/O设备。 5.通过桥CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连。桥实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。 6.1.3 总线的内部结构 它是一些标准总线，其追求的是与结构、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。 总线结构实例? 大多数计算机采用了分层次的多总线结构。 Pentium机的总线结构分为三层：CPU总线、PCI总线和ISA总线。 6.2? 总线接口 6.2.1? 信息的传送方式 6.2.2? 接口的基本概念 6.2.1 信息的传送方式 数字计算机使用二进制数，它们或用电位的高、低来表示，或用脉冲的有、无来表示。  计算机系统中，传输信息采用三种方式： 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。 1.串行传送 当信息以串行方式传送时，只有一条传输线，且采用脉冲传送。在串行传送时，按顺序来传送表示一个数码的所有二进制位(bit)的脉冲信号，每次一位。 2.并行传送 并行方式传送二进制信息时，每个数据位都需要单独一条传输线。二进制数“0”或“1”在不同的线上同时进行传送。 　 并行传送采用电位传送。并行传送比串行传送快得多。 3.分时传送 分时传送有两种概念: 　　1、总线复用方式?? ??? 某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息。为此必须划分时间片，以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务。 　　2、部件分时使用方式 ?? 由于多部件共享总线，因而各部件根据