第8章系統(tǒng)總線

1、2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理1 第第8 8章章 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理2第第8 8章章 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，無論是在計(jì)算機(jī)內(nèi)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，無論是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間，還是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間，部各部件之間，還是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間，地址、數(shù)據(jù)、控制信息的傳送都是通過總線進(jìn)地址、數(shù)據(jù)、控制信息的傳送都是通過總線進(jìn)行的，總線是信息傳送的公共通路。因此，總行的，總線是信息傳送的公共通路。因此，總線也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。本章介紹線也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。本章介紹系統(tǒng)總線，包括系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，總線的控制和系統(tǒng)總線，包

2、括系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，總線的控制和通信方式，信息在總線中的傳送方式，微型機(jī)通信方式，信息在總線中的傳送方式，微型機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)，以及常用總線舉例。的總線標(biāo)準(zhǔn)，以及常用總線舉例。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理3目目 錄錄8.1 8.1 總線概述總線概述8.2 8.2 總線的組成總線的組成8.3 8.3 微機(jī)總線微機(jī)總線2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理48.1 8.1 總線概述總線概述8.1.1 8.1.1 總線原理總線原理8.1.2 8.1.2 總線結(jié)構(gòu)類型總線結(jié)構(gòu)類型8.1.3 8.1.3 總線的分類總線的分類8.1.4 8.1.4 數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線數(shù)據(jù)總線、地址總線

3、和控制總線 2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理58.1.1 8.1.1 總線原理總線原理 總線，也叫母線，是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部總線，也叫母線，是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部件和裝置的線路，它是一個(gè)或多個(gè)信息源傳送件和裝置的線路，它是一個(gè)或多個(gè)信息源傳送信息到多個(gè)目的地的數(shù)通路。信息到多個(gè)目的地的數(shù)通路。 每一位二進(jìn)制數(shù)碼由總線中的一根線來傳送，每一位二進(jìn)制數(shù)碼由總線中的一根線來傳送，我們稱為我們稱為1 1位總線。每位總線。每1 1位總線都有若干發(fā)送端位總線都有若干發(fā)送端和接收端。在發(fā)送端和接收端都設(shè)有控制門，和接收端。在發(fā)送端和接收端都設(shè)有控制門，分別叫做發(fā)送門和接收門。分別叫做發(fā)送門和接收

4、門。1 1位總線傳輸數(shù)據(jù)位總線傳輸數(shù)據(jù)的示意圖如下圖所示。的示意圖如下圖所示。 2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理6 圖中發(fā)送端有圖中發(fā)送端有3 3個(gè)發(fā)送門個(gè)發(fā)送門a a、b b、c c，接收端有，接收端有3 3個(gè)接個(gè)接收門收門d d、e e、f f，數(shù)據(jù)可從發(fā)送端的任一個(gè)發(fā)送門發(fā)，數(shù)據(jù)可從發(fā)送端的任一個(gè)發(fā)送門發(fā)出，可被接收端的一個(gè)或幾個(gè)接收門接收。出，可被接收端的一個(gè)或幾個(gè)接收門接收。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理7 同一時(shí)刻總線只能傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，否則總線輸出要同一時(shí)刻總線只能傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，否則總線輸出要發(fā)生混亂。因此，在發(fā)送端應(yīng)設(shè)有判優(yōu)或仲裁邏輯，發(fā)生混亂。因此，在發(fā)送

5、端應(yīng)設(shè)有判優(yōu)或仲裁邏輯，當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)在發(fā)送端要求發(fā)送時(shí)，由判優(yōu)或仲裁邏輯當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)在發(fā)送端要求發(fā)送時(shí)，由判優(yōu)或仲裁邏輯選擇一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送出去，以保證傳送的正確性。在上選擇一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送出去，以保證傳送的正確性。在上圖中，發(fā)送端的圖中，發(fā)送端的a a、b b、c c的的3 3個(gè)發(fā)送門中，同一時(shí)刻只個(gè)發(fā)送門中，同一時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送門打開，不能同時(shí)打開兩個(gè)以上的發(fā)送能有一個(gè)發(fā)送門打開，不能同時(shí)打開兩個(gè)以上的發(fā)送門，這叫做發(fā)送端的分時(shí)性。而接收端沒有上述限制，門，這叫做發(fā)送端的分時(shí)性。而接收端沒有上述限制，也即可以同時(shí)打開幾個(gè)門。如某一時(shí)刻，若端口也即可以同時(shí)打開幾個(gè)門。如某一時(shí)刻，若端口a a作為作為發(fā)

6、送端，則作為接收端的發(fā)送端，則作為接收端的d d、e e、f f這這3 3個(gè)門可以同時(shí)接個(gè)門可以同時(shí)接收到從收到從a a發(fā)送門所傳送的數(shù)據(jù)，發(fā)送門所傳送的數(shù)據(jù)，b b和和c c這兩個(gè)端口也可以這兩個(gè)端口也可以作為接收端接收到從作為接收端接收到從a a發(fā)送門所傳送的數(shù)據(jù)發(fā)送門所傳送的數(shù)據(jù)1 1位二位二進(jìn)制數(shù)碼。進(jìn)制數(shù)碼。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理8 單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu) 單總線結(jié)構(gòu)是用一組總線連接整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的單總線結(jié)構(gòu)是用一組總線連接整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各大功能部件，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有設(shè)備都掛在這條總各大功能部件，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有設(shè)備都掛在這條總線上，各大部件之間的所有的信息傳送都

7、通過這組總線上，各大部件之間的所有的信息傳送都通過這組總線。如下圖所示。線。如下圖所示。8.1.2 8.1.2 總線結(jié)構(gòu)類型總線結(jié)構(gòu)類型2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理9 所有連接到單總線上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部件都共享同一地址所有連接到單總線上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部件都共享同一地址空間?？臻g。i/oi/o設(shè)備地址都采取存儲器映射方式編址，因而設(shè)備地址都采取存儲器映射方式編址，因而指令系統(tǒng)中沒有輸入輸出指令，任何訪問存儲器的指令指令系統(tǒng)中沒有輸入輸出指令，任何訪問存儲器的指令都可以訪問連接到總線上的任何設(shè)備。都可以訪問連接到總線上的任何設(shè)備。 單總線采用異步通信方式，其傳輸速率只與設(shè)備固有速單總線采

8、用異步通信方式，其傳輸速率只與設(shè)備固有速率有關(guān)，而與總線上其它子系統(tǒng)、總線的物理長度無關(guān)。率有關(guān)，而與總線上其它子系統(tǒng)、總線的物理長度無關(guān)。 單總線不僅用在處理器級部件間互連，而且也可以用于單總線不僅用在處理器級部件間互連，而且也可以用于各單元部件之間的連接。它們都具有標(biāo)準(zhǔn)總線的接口。各單元部件之間的連接。它們都具有標(biāo)準(zhǔn)總線的接口。 與總線連接的所有部件是互相獨(dú)立的，這種總線結(jié)構(gòu)便與總線連接的所有部件是互相獨(dú)立的，這種總線結(jié)構(gòu)便于系統(tǒng)部件的擴(kuò)充。于系統(tǒng)部件的擴(kuò)充。單總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)單總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理10 單總線結(jié)構(gòu)的單總線結(jié)構(gòu)的缺陷是系統(tǒng)效率和缺陷是系統(tǒng)效

9、率和連接到總線上的各連接到總線上的各設(shè)備的利用率不高。設(shè)備的利用率不高。為了克服這一缺陷，為了克服這一缺陷，在有些小型機(jī)和大、在有些小型機(jī)和大、中型機(jī)中，讓中型機(jī)中，讓i/oi/o總線與內(nèi)存總線分總線與內(nèi)存總線分開，形成了雙總線開，形成了雙總線結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理11 這種總線結(jié)構(gòu)有兩條總線，一條是內(nèi)存總線，這種總線結(jié)構(gòu)有兩條總線，一條是內(nèi)存總線，用于用于cpucpu、內(nèi)存和通道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；另一條、內(nèi)存和通道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；另一條是是i/oi/o總線，用于多個(gè)外圍設(shè)備與通道之間進(jìn)行數(shù)總線，用于多個(gè)外圍設(shè)備與通道之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。據(jù)

10、傳送。 在雙總線結(jié)構(gòu)中，通道是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一在雙總線結(jié)構(gòu)中，通道是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)獨(dú)立部件，使個(gè)獨(dú)立部件，使cpucpu的效率大為提高，并可以實(shí)現(xiàn)的效率大為提高，并可以實(shí)現(xiàn)形式多樣而更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳送。雙總線的優(yōu)點(diǎn)形式多樣而更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳送。雙總線的優(yōu)點(diǎn)是以增加通道這一設(shè)備為代價(jià)的，通道實(shí)際上是是以增加通道這一設(shè)備為代價(jià)的，通道實(shí)際上是一臺具有特殊功能的處理器，所以雙總線通常在一臺具有特殊功能的處理器，所以雙總線通常在大、中型計(jì)算機(jī)中采用。大、中型計(jì)算機(jī)中采用。雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理12 三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)是基于上述思想，在三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)是基于上述

11、思想，在cpucpu和主存之和主存之間設(shè)置了一條獨(dú)立總線，以進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)的效率。間設(shè)置了一條獨(dú)立總線，以進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)的效率。這種總線結(jié)構(gòu)是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件之間采用三條各這種總線結(jié)構(gòu)是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件之間采用三條各自獨(dú)立的總線來構(gòu)成信息通路。這三條總線是：內(nèi)存總自獨(dú)立的總線來構(gòu)成信息通路。這三條總線是：內(nèi)存總線，輸入線，輸入/ /輸出（輸出（i/oi/o）總線和內(nèi)存訪問（）總線和內(nèi)存訪問（dmadma）總線。）總線。 三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理13 內(nèi)存總線用于內(nèi)存總線用于cpucpu和內(nèi)存之間傳送地址、數(shù)據(jù)和內(nèi)存之間傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息；

12、和控制信息； i/oi/o總線供總線供cpucpu和各類外設(shè)之間的通信；和各類外設(shè)之間的通信； dmadma總線使內(nèi)存和高速外設(shè)之間能夠直接傳送總線使內(nèi)存和高速外設(shè)之間能夠直接傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 若再把不同速率的外部設(shè)備分類連接建立多條若再把不同速率的外部設(shè)備分類連接建立多條總線，則就是多總線結(jié)構(gòu)了?？偩€，則就是多總線結(jié)構(gòu)了。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理14 數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線 根據(jù)總線所傳輸?shù)男畔?nèi)容的不同，總線可分為地址根據(jù)總線所傳輸?shù)男畔?nèi)容的不同，總線可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線?？偩€、數(shù)據(jù)總線和控制總線。2.2.片級總線、內(nèi)部總

13、線和外部總線片級總線、內(nèi)部總線和外部總線 根據(jù)總線在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所處的位置不同，總線又有根據(jù)總線在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所處的位置不同，總線又有片級總線、內(nèi)部總線和外部總線之分。片級總線、內(nèi)部總線和外部總線之分。v片級總線是指微處理器芯片內(nèi)各部件的連接總線，片級總線是指微處理器芯片內(nèi)各部件的連接總線，v內(nèi)部總線則是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部分之間的連接總線，內(nèi)部總線則是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部分之間的連接總線，內(nèi)部總線也可稱為系統(tǒng)總線或板級總線；內(nèi)部總線也可稱為系統(tǒng)總線或板級總線；v外部總線則是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間互聯(lián)的總線，通常稱為外部總線則是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間互聯(lián)的總線，通常稱為通信總線。通常所討論的總線是后面兩種。通信總

14、線。通常所討論的總線是后面兩種。8.1.3 8.1.3 總線的分類總線的分類2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理15 并行總線和串行總線并行總線和串行總線并行總線：是指一次能同時(shí)傳送多個(gè)二進(jìn)制數(shù)并行總線：是指一次能同時(shí)傳送多個(gè)二進(jìn)制數(shù)位的總線。并行總線根據(jù)其數(shù)據(jù)總線所傳送的位的總線。并行總線根據(jù)其數(shù)據(jù)總線所傳送的二進(jìn)制位數(shù)又可以分為二進(jìn)制位數(shù)又可以分為8 8位總線、位總線、1616位總線、位總線、3232位總線和位總線和6464位總線。位總線。串行總線：是指二進(jìn)制數(shù)的各位在一條線上是串行總線：是指二進(jìn)制數(shù)的各位在一條線上是一位一位傳送的。串行總線的傳輸速度比并行一位一位傳送的。串行總線的

15、傳輸速度比并行總線慢?？偩€慢。crtcrt、電傳打字機(jī)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集、電傳打字機(jī)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集設(shè)備等都采用串行傳送方式。設(shè)備等都采用串行傳送方式。8.1.3 8.1.3 總線的分類總線的分類2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理16 單向總線和雙向總線單向總線和雙向總線單向總線：數(shù)據(jù)只能朝一個(gè)方向傳送的總線。典單向總線：數(shù)據(jù)只能朝一個(gè)方向傳送的總線。典型的單向總線是地址總線，型的單向總線是地址總線， 單向總線僅有一個(gè)固定的發(fā)送門，接收門可以單向總線僅有一個(gè)固定的發(fā)送門，接收門可以有多個(gè)，如下圖所示（圖示的發(fā)送門有有多個(gè)，如下圖所示（圖示的發(fā)送門有3 3個(gè)信號個(gè)信號源）。源）。8.1.3

16、 8.1.3 總線的分類總線的分類2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理17 雙向總線：數(shù)據(jù)可以朝兩個(gè)方向傳送的總線，典型的雙雙向總線：數(shù)據(jù)可以朝兩個(gè)方向傳送的總線，典型的雙向總線是數(shù)據(jù)總線，而控制總線的某些位是單向的，另向總線是數(shù)據(jù)總線，而控制總線的某些位是單向的，另一些位則是雙向的。一些位則是雙向的。 雙向總線可以有多個(gè)發(fā)送門（或收發(fā)門）和接收門。雙向總線可以有多個(gè)發(fā)送門（或收發(fā)門）和接收門。8.1.3 8.1.3 總線的分類總線的分類2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理18 8.1.4 8.1.4 數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)

17、總線是數(shù)據(jù)總線是cpucpu和存儲器、外設(shè)之間傳送指和存儲器、外設(shè)之間傳送指令和數(shù)據(jù)的通道，其寬度反映了令和數(shù)據(jù)的通道，其寬度反映了cpucpu一次處理、一次處理、傳送的二進(jìn)制位數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)總線的寬度傳送的二進(jìn)制位數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)總線的寬度( (條條數(shù)數(shù)) )，可將微機(jī)分成，可將微機(jī)分成4 4、8 8、1616、3232位等種類。位等種類。 數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn)是： 雙向傳輸。例如，在雙向傳輸。例如，在cpucpu和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)線，既可以傳送線，既可以傳送cpucpu到內(nèi)存的數(shù)據(jù)，也可以傳到內(nèi)存的數(shù)據(jù)，也可以傳送內(nèi)存到送內(nèi)存到cpucpu的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)線的數(shù)目與計(jì)算機(jī)的

18、數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)線的數(shù)目與計(jì)算機(jī)字長相同。字長相同。 采用三態(tài)電路。采用三態(tài)電路。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理19 地址總線地址總線 地址總線用來給存儲器、地址總線用來給存儲器、i/oi/o口編號，以便口編號，以便cpucpu按地址對其進(jìn)行讀寫。因此其作用是傳送按地址對其進(jìn)行讀寫。因此其作用是傳送地址信號，不僅用來傳送內(nèi)存地址，還用來選地址信號，不僅用來傳送內(nèi)存地址，還用來選擇將要進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備。擇將要進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備。 地址線的根數(shù)反映了微處理器的尋址能力。地址線的根數(shù)反映了微處理器的尋址能力。用用n n根地址線編址的存儲空間可達(dá)根地址線編址的存儲空間可達(dá)2n2n個(gè)單元。個(gè)單元

19、。 地址總線的其特點(diǎn)是：單向傳輸。地址總線的其特點(diǎn)是：單向傳輸。 2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理20 控制總線控制總線 控制總線的作用是傳送控制總線的作用是傳送cpucpu的控制信號，控制的控制信號，控制所要執(zhí)行的操作的種類和順序，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部所要執(zhí)行的操作的種類和順序，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部件的動作。各種型號的微處理器的數(shù)據(jù)總線和地件的動作。各種型號的微處理器的數(shù)據(jù)總線和地址總線在本質(zhì)上是相同的，但控制總線卻有著很址總線在本質(zhì)上是相同的，但控制總線卻有著很大的差別。三組總線中，控制總線最為復(fù)雜。大的差別。三組總線中，控制總線最為復(fù)雜。 控制總線的特點(diǎn)是：單向傳輸。控制線的數(shù)目控制總線的

20、特點(diǎn)是：單向傳輸?？刂凭€的數(shù)目取決于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。取決于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。 2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理21 控制總線主要包括以下幾方面：控制總線主要包括以下幾方面： 讀寫控制線：讀寫控制線決定數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)流動的讀寫控制線：讀寫控制線決定數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)流動的方向，以及是存儲器讀寫還是方向，以及是存儲器讀寫還是i/oi/o操作。操作。 中斷信號線：包括可屏蔽中斷輸入線、非屏蔽中斷中斷信號線：包括可屏蔽中斷輸入線、非屏蔽中斷輸入線和中斷響應(yīng)線等。輸入線和中斷響應(yīng)線等。 總線控制線：當(dāng)其它主設(shè)備（如總線控制線：當(dāng)其它主設(shè)備（如dmadma控制器）欲使控制器）欲使用總線時(shí)，通過這類控制

21、線使用總線時(shí)，通過這類控制線使cpucpu暫時(shí)掛起，放棄對總暫時(shí)掛起，放棄對總線的占用?？偩€控制線一般包括總線請求線和總線響線的占用?？偩€控制線一般包括總線請求線和總線響應(yīng)線。應(yīng)線。 復(fù)位線：復(fù)位線：cpucpu接收到復(fù)位信號，就進(jìn)行初始化，并接收到復(fù)位信號，就進(jìn)行初始化，并以指定的復(fù)位入口處開始執(zhí)行程序。以指定的復(fù)位入口處開始執(zhí)行程序。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理22 等待線或準(zhǔn)備就緒線：用于等待線或準(zhǔn)備就緒線：用于cpucpu與慢速的存儲與慢速的存儲器和器和i/oi/o設(shè)備同步。設(shè)備同步。主控時(shí)鐘線：產(chǎn)生主控時(shí)鐘線：產(chǎn)生cpucpu各種基本操作的時(shí)基。各種基本操作的時(shí)基。其它

22、控制線：如其它控制線：如8088/80868088/8086的地址鎖存允許信的地址鎖存允許信號（號（aleale）等。）等。 上述三種總線由微處理器芯片的引腳分別引出上述三種總線由微處理器芯片的引腳分別引出。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理238.2 8.2 總線的組成總線的組成 總線是從兩個(gè)或兩個(gè)以上的源部件傳送信息到一總線是從兩個(gè)或兩個(gè)以上的源部件傳送信息到一個(gè)或多個(gè)部件的一組傳輸線，而導(dǎo)線則是僅僅連接一個(gè)或多個(gè)部件的一組傳輸線，而導(dǎo)線則是僅僅連接一個(gè)源部件到一個(gè)或多個(gè)目的部件的傳輸線。個(gè)源部件到一個(gè)或多個(gè)目的部件的傳輸線。 組成總線，除了要有傳輸線外，重要的是總線控組成總線，除

23、了要有傳輸線外，重要的是總線控制線路。制線路。 由于總線有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸出信息的源部件，由于總線有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸出信息的源部件，多個(gè)接收信息的目的部件，對于發(fā)送的信息，必須經(jīng)多個(gè)接收信息的目的部件，對于發(fā)送的信息，必須經(jīng)過選擇判優(yōu)，避免多個(gè)部件同時(shí)發(fā)送信息的矛盾。還過選擇判優(yōu)，避免多個(gè)部件同時(shí)發(fā)送信息的矛盾。還應(yīng)對傳送的信息進(jìn)行定時(shí)，防止信息丟失。這樣，總應(yīng)對傳送的信息進(jìn)行定時(shí)，防止信息丟失。這樣，總線中應(yīng)該設(shè)置總線控制線路?？偩€控制線路包括總線線中應(yīng)該設(shè)置總線控制線路。總線控制線路包括總線判優(yōu)或仲裁控制邏輯、驅(qū)動器和中斷邏輯。判優(yōu)或仲裁控制邏輯、驅(qū)動器和中斷邏輯。2021年10月23

24、日星期六計(jì)算機(jī)組成原理248.2 8.2 總線的組成總線的組成8.2.1 8.2.1 總線驅(qū)動和三態(tài)門總線驅(qū)動和三態(tài)門8.2.2 8.2.2 總線控制總線控制8.2.3 8.2.3 總線通信總線通信8.2.4 8.2.4 出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理25 總線驅(qū)動總線驅(qū)動 總線上可連接多個(gè)部件，具有擴(kuò)充的靈活性，總線總線上可連接多個(gè)部件，具有擴(kuò)充的靈活性，總線上能連接多少部件，是受總線的驅(qū)動能力的限制的。上能連接多少部件，是受總線的驅(qū)動能力的限制的。通常一個(gè)模塊或一個(gè)部件限制在通常一個(gè)模塊或一個(gè)部件限制在1 12 2個(gè)負(fù)載以內(nèi)。個(gè)負(fù)載以內(nèi)。 在總線的傳輸線上至少連

25、接兩個(gè)源部件，而對集成在總線的傳輸線上至少連接兩個(gè)源部件，而對集成電路來說，不是任意兩個(gè)集成電路的輸出端可以短接電路來說，不是任意兩個(gè)集成電路的輸出端可以短接在一起的，使用不當(dāng)，會損壞器件。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在一起的，使用不當(dāng)，會損壞器件。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常采用三態(tài)輸出電路（三態(tài)門）或集極開路輸出電通常采用三態(tài)輸出電路（三態(tài)門）或集極開路輸出電路來驅(qū)動總線。集極開路輸出電路的速度較低，通常路來驅(qū)動總線。集極開路輸出電路的速度較低，通常使用在使用在i/oi/o總線上?？偩€上。8.2.1 8.2.1 總線驅(qū)動和三態(tài)門總線驅(qū)動和三態(tài)門2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理26 三態(tài)門三態(tài)門 三態(tài)

26、門是具有三種輸出狀態(tài)的電路，常用三態(tài)門是具有三種輸出狀態(tài)的電路，常用作總線驅(qū)動器。有作總線驅(qū)動器。有mosmos型的三態(tài)門和雙極型的型的三態(tài)門和雙極型的三態(tài)門兩種。三態(tài)門兩種。 根據(jù)三態(tài)門的輸出特性以及控制端的方式，根據(jù)三態(tài)門的輸出特性以及控制端的方式，常用的三態(tài)門有常用的三態(tài)門有6 6種，下圖表示了種，下圖表示了6 6種三態(tài)門種三態(tài)門的邏輯符號和真值表。的邏輯符號和真值表。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理27 各種三態(tài)門的邏輯符號和真值表各種三態(tài)門的邏輯符號和真值表2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理28 三態(tài)緩沖門是靠三態(tài)緩沖門是靠“允許允許/ /禁止禁止”輸入輸入端上加入

27、邏輯端上加入邏輯“1”1”或邏輯或邏輯“0”0”來禁止來禁止其操作的，禁止時(shí)，其操作的，禁止時(shí)，輸出阻抗呈現(xiàn)高阻抗輸出阻抗呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。用三態(tài)門可以狀態(tài)。用三態(tài)門可以設(shè)計(jì)單向總線或雙向設(shè)計(jì)單向總線或雙向總線。如圖所示?？偩€。如圖所示。（總線的驅(qū)動器也可以（總線的驅(qū)動器也可以由常用的邏輯門，包由常用的邏輯門，包括非門、與非門、與括非門、與非門、與或非門來設(shè)計(jì)）或非門來設(shè)計(jì)）2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理29 由于存在多個(gè)設(shè)備或部件同時(shí)申請對總線的使用權(quán)，為由于存在多個(gè)設(shè)備或部件同時(shí)申請對總線的使用權(quán)，為保證在同一時(shí)內(nèi)只能有一個(gè)設(shè)備獲得總線使用權(quán)，需要設(shè)置保證在同一時(shí)內(nèi)只能有一個(gè)設(shè)備

28、獲得總線使用權(quán)，需要設(shè)置總線判優(yōu)控制機(jī)構(gòu)。總線判優(yōu)控制機(jī)構(gòu)按照申請者的優(yōu)先權(quán)總線判優(yōu)控制機(jī)構(gòu)?？偩€判優(yōu)控制機(jī)構(gòu)按照申請者的優(yōu)先權(quán)選擇設(shè)備。只有獲得了總線使用權(quán)的設(shè)備或部件，才能開始選擇設(shè)備。只有獲得了總線使用權(quán)的設(shè)備或部件，才能開始數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)傳送。 根據(jù)總線控制部件的位置，控制方式可以分為集中式控根據(jù)總線控制部件的位置，控制方式可以分為集中式控制和分布式控制兩種?？偩€控制邏輯基本集中在一處的（如制和分布式控制兩種?？偩€控制邏輯基本集中在一處的（如集中于集中于cpucpu中），稱為集中式總線控制；而總線控制邏輯分中），稱為集中式總線控制；而總線控制邏輯分散在總線各部件的，稱為分散式總線控制。

29、集中式控制是單散在總線各部件的，稱為分散式總線控制。集中式控制是單總線、雙總線和三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)主要采用的方式，也是本總線、雙總線和三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)主要采用的方式，也是本章內(nèi)容的一個(gè)重點(diǎn)。集中式總線的控制方式主要有以下章內(nèi)容的一個(gè)重點(diǎn)。集中式總線的控制方式主要有以下3 3種：種：鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請求總線控制方鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請求總線控制方式。式。8.2.2 8.2.2 總線控制總線控制2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理30 這種總線控制部件在單總線和三總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)這種總線控制部件在單總線和三總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常常是系統(tǒng)中常常是cpuc

30、pu的一部分，而在雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的一部分，而在雙總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它在系統(tǒng)中，它在i/oi/o總線中，是通道的一部分。總線中，是通道的一部分。 鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞降碾娐穲D如下圖所示。鏈?zhǔn)讲樵兎绞降碾娐穲D如下圖所示。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理31 在這種電路中，除一般數(shù)據(jù)總線在這種電路中，除一般數(shù)據(jù)總線d d和地址總線和地址總線a a外，在控制總線中有三根線用于總線的控制，外，在控制總線中有三根線用于總線的控制，它們分別是總線忙（它們分別是總線忙（bsbs）線、總線請求（）線、總線請求（brbr）線和總線同意（線和總線同意（bgbg）線。）線。 bsb

31、s：總線忙：總線忙/ /閑狀態(tài)線，當(dāng)其有效時(shí)，表示總閑狀態(tài)線，當(dāng)其有效時(shí)，表示總線正被某外設(shè)使用。線正被某外設(shè)使用。 brbr：總線請求線，當(dāng)其有效時(shí)，表示至少有：總線請求線，當(dāng)其有效時(shí)，表示至少有一個(gè)外部設(shè)備要求使用總線。一個(gè)外部設(shè)備要求使用總線。 bgbg：總線同意，當(dāng)其有效時(shí)，表示總線控制：總線同意，當(dāng)其有效時(shí)，表示總線控制部件響應(yīng)總線請求（部件響應(yīng)總線請求（brbr）。）。 2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理32 鏈?zhǔn)讲樵兎绞降膬?yōu)點(diǎn)是：只用很少幾根線鏈?zhǔn)讲樵兎绞降膬?yōu)點(diǎn)是：只用很少幾根線就能按一定的優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且這就能按一定的優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容

32、易擴(kuò)充設(shè)備。其缺點(diǎn)是對詢問種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。其缺點(diǎn)是對詢問鏈的電路故障很敏感，如果第鏈的電路故障很敏感，如果第i i個(gè)設(shè)備的接口個(gè)設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路有故障，那么，第中有關(guān)鏈的電路有故障，那么，第i i個(gè)設(shè)備以個(gè)設(shè)備以后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作。另外，查詢鏈的優(yōu)后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作。另外，查詢鏈的優(yōu)先級是固定的，如果優(yōu)先級高的設(shè)備出現(xiàn)頻繁先級是固定的，如果優(yōu)先級高的設(shè)備出現(xiàn)頻繁的請求，優(yōu)先級較低的設(shè)備就可能長期不能使的請求，優(yōu)先級較低的設(shè)備就可能長期不能使用總線。用總線。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理33 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢總線控制方式的電路圖如下。計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢總線控制方式

33、的電路圖如下。計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式 這種總線控制方式的工作原理是：總線上任一設(shè)備這種總線控制方式的工作原理是：總線上任一設(shè)備要求使用總線時(shí)，通過要求使用總線時(shí)，通過“總線請求總線請求”（brbr）線發(fā)出總）線發(fā)出總線請求信號，總線控制器接到請求信號后，在線請求信號，總線控制器接到請求信號后，在“總線總線忙忙”（bsbs）為復(fù)位的情況下，讓計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)）為復(fù)位的情況下，讓計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過一組地址線發(fā)至各設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接口都有數(shù)值通過一組地址線發(fā)至各設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接口都有一個(gè)一個(gè)2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理34 設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請

34、求總線設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址一致時(shí)，該設(shè)備把的設(shè)備地址一致時(shí)，該設(shè)備把“總線忙總線忙”（bsbs）置位，）置位，獲得了總線控制權(quán)。此時(shí)，終止計(jì)數(shù)查詢。獲得了總線控制權(quán)。此時(shí)，終止計(jì)數(shù)查詢。 這種總線控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：由于查詢可以被程序這種總線控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：由于查詢可以被程序控制（計(jì)數(shù)器的初值可由程序設(shè)定），所以優(yōu)先次序控制（計(jì)數(shù)器的初值可由程序設(shè)定），所以優(yōu)先次序可以方便地改變。另外，這種查詢方式不會出現(xiàn)像鏈可以方便地改變。另外，這種查詢方式不會出現(xiàn)像鏈?zhǔn)讲樵兡菢赢?dāng)某個(gè)設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路出現(xiàn)故式查詢那樣當(dāng)某個(gè)設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路出現(xiàn)故障時(shí)，會影響

35、其他設(shè)備使用總線。這種總線控制方式障時(shí)，會影響其他設(shè)備使用總線。這種總線控制方式的缺點(diǎn)是：要有一組設(shè)備地址線，從而增加了控制線的缺點(diǎn)是：要有一組設(shè)備地址線，從而增加了控制線的數(shù)量，而且控制也較為復(fù)雜。的數(shù)量，而且控制也較為復(fù)雜。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理35 獨(dú)立請求總線控制方式的電路圖如下圖所示。獨(dú)立請求總線控制方式的電路圖如下圖所示。獨(dú)立請求總線控制方式獨(dú)立請求總線控制方式 在這種總線控制方式中，每一個(gè)共享總線的設(shè)備均有在這種總線控制方式中，每一個(gè)共享總線的設(shè)備均有一對一對“總線請求總線請求”（brbr）和）和“總線同意總線同意”（bgbg）線。當(dāng)）線。當(dāng)設(shè)備要求使用總線時(shí)

36、，便發(fā)出設(shè)備要求使用總線時(shí)，便發(fā)出“總線請求總線請求”信號，總線信號，總線控制部件中一般有一個(gè)排隊(duì)電路，根據(jù)一定的優(yōu)先次序控制部件中一般有一個(gè)排隊(duì)電路，根據(jù)一定的優(yōu)先次序決定首先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請求，當(dāng)請求的設(shè)備排上隊(duì)，決定首先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請求，當(dāng)請求的設(shè)備排上隊(duì)，便收到便收到“總線同意總線同意”（bgbg）信號，從而可以使用總線。）信號，從而可以使用總線。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理36 同步通信同步通信 總線上的部件通過總線進(jìn)行信息傳送時(shí)，用一個(gè)公共的總線上的部件通過總線進(jìn)行信息傳送時(shí)，用一個(gè)公共的時(shí)鐘信號進(jìn)行同步，這種方式稱為同步通信。這個(gè)公共的時(shí)時(shí)鐘信號進(jìn)行同步，這種方式

37、稱為同步通信。這個(gè)公共的時(shí)鐘信號可以由總線控制部件發(fā)送到每一個(gè)部件或設(shè)備，也可鐘信號可以由總線控制部件發(fā)送到每一個(gè)部件或設(shè)備，也可以每個(gè)部件有自己的時(shí)鐘發(fā)生器，但是，它們都必須由以每個(gè)部件有自己的時(shí)鐘發(fā)生器，但是，它們都必須由cpucpu發(fā)出的時(shí)鐘信號進(jìn)行同步。發(fā)出的時(shí)鐘信號進(jìn)行同步。 同步通信的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速度同步通信的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速度快，總線控制邏輯也比較簡單；同步通信適用于總線長度較快，總線控制邏輯也比較簡單；同步通信適用于總線長度較短、各部件存取時(shí)間比較接近的情況。因此帶來的缺點(diǎn)是假短、各部件存取時(shí)間比較接近的情況。因此帶來的缺點(diǎn)是假如總線長

38、度長了，勢必降低數(shù)據(jù)的傳輸速率。由于總線長度如總線長度長了，勢必降低數(shù)據(jù)的傳輸速率。由于總線長度較短，不能及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的有效性檢驗(yàn)。較短，不能及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的有效性檢驗(yàn)。 8.2.3 8.2.3 總線通信總線通信2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理37 利用數(shù)據(jù)發(fā)送部件和數(shù)據(jù)接收部件之間的相互利用數(shù)據(jù)發(fā)送部件和數(shù)據(jù)接收部件之間的相互“握手握手”信號來實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)傳送的方式稱為異步通信。信號來實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)傳送的方式稱為異步通信。 在異步通信方式下，允許總線上的各部件有各自的時(shí)鐘，在異步通信方式下，允許總線上的各部件有各自的時(shí)鐘，部件之間的通信不依靠公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而是利用應(yīng)答部件之間

39、的通信不依靠公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而是利用應(yīng)答方式的方式的“握手握手”信號來實(shí)現(xiàn)。發(fā)送部件將數(shù)據(jù)放到總線信號來實(shí)現(xiàn)。發(fā)送部件將數(shù)據(jù)放到總線上后，經(jīng)過一定的時(shí)間延遲后，便在控制線上發(fā)出上后，經(jīng)過一定的時(shí)間延遲后，便在控制線上發(fā)出“數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好據(jù)準(zhǔn)備好”信號，而接收部件則應(yīng)發(fā)信號，而接收部件則應(yīng)發(fā)“數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收”信號信號來響應(yīng)，把此信號送到源部件上，并接收數(shù)據(jù)。發(fā)送部來響應(yīng)，把此信號送到源部件上，并接收數(shù)據(jù)。發(fā)送部件接收到響應(yīng)信號后，去除原數(shù)據(jù)，本次傳送結(jié)束。件接收到響應(yīng)信號后，去除原數(shù)據(jù)，本次傳送結(jié)束。 異步通信方式的優(yōu)點(diǎn)是，便于實(shí)現(xiàn)不同傳輸速率部件之異步通信方式的優(yōu)點(diǎn)是，便于實(shí)現(xiàn)不同傳輸速率部件

40、之間的數(shù)據(jù)傳送，而且對總線長度也沒有嚴(yán)格的要求，還間的數(shù)據(jù)傳送，而且對總線長度也沒有嚴(yán)格的要求，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)。缺點(diǎn)是速度一般不如同步通能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)。缺點(diǎn)是速度一般不如同步通信方式高，而且總線控制邏輯也相對復(fù)雜一些。信方式高，而且總線控制邏輯也相對復(fù)雜一些。異步通信異步通信2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理38 上圖示出了某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的上圖示出了某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的4 4條控制線：總線請求線、總條控制線：總線請求線、總線同意線、設(shè)備回答線和總線忙線的控制信號線同意線、設(shè)備回答線和總線忙線的控制信號bribri、bgibgi、sacksack和和bsibsi時(shí)序，現(xiàn)在來分析

41、它是屬于哪種控制時(shí)序，現(xiàn)在來分析它是屬于哪種控制方式的時(shí)序圖，并分析其控制過程。方式的時(shí)序圖，并分析其控制過程。 總線控制通信時(shí)序圖總線控制通信時(shí)序圖2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理39 因?yàn)闆]有同步時(shí)鐘信號，而且有總線請求、總線同意因?yàn)闆]有同步時(shí)鐘信號，而且有總線請求、總線同意和設(shè)備回答信號，所以，這是一種異步雙向全互鎖的總和設(shè)備回答信號，所以，這是一種異步雙向全互鎖的總線控制方式，其控制過程如下：線控制方式，其控制過程如下： 當(dāng)某個(gè)設(shè)備請求使用總線時(shí)，在該設(shè)備所屬的請求當(dāng)某個(gè)設(shè)備請求使用總線時(shí)，在該設(shè)備所屬的請求線上發(fā)出總線請求信號線上發(fā)出總線請求信號bribri。 cpu cp

42、u根據(jù)優(yōu)先原則同意后發(fā)出總線同意信號根據(jù)優(yōu)先原則同意后發(fā)出總線同意信號bgibgi。 設(shè)備收到設(shè)備收到bgibgi有效信號后，下降自己的有效信號后，下降自己的bribri，使之無，使之無效，并上升設(shè)備回答信號效，并上升設(shè)備回答信號sacksack，證實(shí)已收到總線同意信，證實(shí)已收到總線同意信號號bgibgi。 cpu cpu接到接到sacksack信號后，下降信號后，下降bgibgi作為回答。作為回答。 2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理40 在總線忙為在總線忙為“0”0”的情況下，該設(shè)備上升的情況下，該設(shè)備上升bsibsi，表示設(shè)備獲得了總線的控制權(quán)，成為控制總線表示設(shè)備獲得了總線的控

43、制權(quán)，成為控制總線的主設(shè)備。的主設(shè)備。 在設(shè)備使用完總線以后，下降在設(shè)備使用完總線以后，下降bsibsi和和sacksack，即，即釋放總線。釋放總線。 在上述選擇主設(shè)備的過程中，現(xiàn)行的主從設(shè)在上述選擇主設(shè)備的過程中，現(xiàn)行的主從設(shè)備可能正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，在此情況下，一定備可能正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，在此情況下，一定要等到現(xiàn)行傳送結(jié)束，現(xiàn)行主設(shè)備下降要等到現(xiàn)行傳送結(jié)束，現(xiàn)行主設(shè)備下降bsbs信號信號后，新的主設(shè)備才能上升后，新的主設(shè)備才能上升bsbs信號，獲得總線控信號，獲得總線控制權(quán)。制權(quán)。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理41 數(shù)據(jù)在總線傳送過程中，由于種種原因可能數(shù)據(jù)在總線傳送過程中，由

44、于種種原因可能產(chǎn)生錯(cuò)誤，有些接收部件具有自動糾錯(cuò)能力，產(chǎn)生錯(cuò)誤，有些接收部件具有自動糾錯(cuò)能力，可以自動糾正錯(cuò)誤；而有些部件沒有糾錯(cuò)能力，可以自動糾正錯(cuò)誤；而有些部件沒有糾錯(cuò)能力，但能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，這時(shí)它發(fā)出但能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，這時(shí)它發(fā)出“數(shù)據(jù)出錯(cuò)數(shù)據(jù)出錯(cuò)”信號，信號，向向cpucpu發(fā)出中斷請求信號，響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)入發(fā)出中斷請求信號，響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)入出錯(cuò)處理程序進(jìn)行出錯(cuò)處理。出錯(cuò)處理程序進(jìn)行出錯(cuò)處理。8.2.4 8.2.4 出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理428.3 8.3 微機(jī)總線微機(jī)總線 總線是構(gòu)成任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它將影響總線是構(gòu)成任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它將影響系統(tǒng)的

45、靈活性、成本、性能和可靠性。由于超大系統(tǒng)的靈活性、成本、性能和可靠性。由于超大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜性也在不規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜性也在不斷的增加，總線則往往成為提高性能、可靠性和斷的增加，總線則往往成為提高性能、可靠性和模塊化的制約因素。因此在大多數(shù)微機(jī)系統(tǒng)中推模塊化的制約因素。因此在大多數(shù)微機(jī)系統(tǒng)中推行標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)總線使得總線接口部件標(biāo)行標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)總線使得總線接口部件標(biāo)準(zhǔn)化，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)時(shí)間，降低準(zhǔn)化，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)時(shí)間，降低了開發(fā)成本，增加了系統(tǒng)配置的靈活性。下面介了開發(fā)成本，增加了系統(tǒng)配置的靈活性。下面介紹微型機(jī)的常用的標(biāo)

46、準(zhǔn)總線。紹微型機(jī)的常用的標(biāo)準(zhǔn)總線。2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理438.3.1 8.3.1 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線isaisa8.3.2 8.3.2 微通道總線微通道總線mcamca8.3.3 8.3.3 擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線eisaeisa8.3.4 8.3.4 局部總線局部總線pcipci8.3.5 8.3.5 agpagp總線總線8.3.6 8.3.6 通用串行總線通用串行總線usbusb8.3 8.3 微機(jī)總線微機(jī)總線2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理44 isa(industry standard architecture)isa(industr

47、y standard architecture)即即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，是ibmibm公司為其生產(chǎn)的公司為其生產(chǎn)的pcpc系列系列微型機(jī)所制定的總線標(biāo)準(zhǔn)。微型機(jī)所制定的總線標(biāo)準(zhǔn)。ibmibm公司在其微型公司在其微型機(jī)發(fā)展過程中為機(jī)發(fā)展過程中為pcpc機(jī)、機(jī)、pc/xtpc/xt機(jī)、機(jī)、pc/atpc/at機(jī)制定機(jī)制定的總線標(biāo)準(zhǔn)分別稱作的總線標(biāo)準(zhǔn)分別稱作pcpc總線、總線、pc/xtpc/xt總線、總線、pc/atpc/at總線?？偩€。pc/atpc/at總線被許多微機(jī)廠商采用，總線被許多微機(jī)廠商采用，并推出以該總線為基礎(chǔ)的并推出以該總線為基礎(chǔ)的386386、486486微型機(jī)。因微型

48、機(jī)。因此，此，pc/atpc/at總線事實(shí)上成為一種微型機(jī)總線標(biāo)總線事實(shí)上成為一種微型機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)，被叫做工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，即準(zhǔn)，被叫做工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，即isaisa。8.3.1 8.3.1 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線isaisa2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理45 mca(micro channel architecture) mca(micro channel architecture)是微通是微通道總線，這是道總線，這是ibmibm公司在公司在19871987年年4 4月推出的配套月推出的配套于于ps/2ps/2微型機(jī)上的與微型機(jī)上的與isaisa總線完全不同的一種總線完全不同的一種總線

49、標(biāo)準(zhǔn)?？偩€標(biāo)準(zhǔn)。 mcamca總線是一種具有總線是一種具有3232位數(shù)據(jù)寬度的總線標(biāo)位數(shù)據(jù)寬度的總線標(biāo)準(zhǔn)，提供成組傳送方式，即準(zhǔn)，提供成組傳送方式，即burst modeburst mode。這種。這種方式是當(dāng)數(shù)據(jù)開始傳送后以幾個(gè)周期連續(xù)傳送方式是當(dāng)數(shù)據(jù)開始傳送后以幾個(gè)周期連續(xù)傳送一組數(shù)據(jù)的工作方式，其傳輸率是指它的最高一組數(shù)據(jù)的工作方式，其傳輸率是指它的最高傳輸率。這種工作方式也叫猝發(fā)式或迸發(fā)式。傳輸率。這種工作方式也叫猝發(fā)式或迸發(fā)式。8.3.2 8.3.2 微通道總線微通道總線mcamca2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理46 eisa(extended industrial st

50、andard architecture)eisa(extended industrial standard architecture)是對是對isaisa總線的擴(kuò)充，即擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線。由總線的擴(kuò)充，即擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線。由compaqcompaq、hphp、astast、epsonepson、necnec等等9 9家公司于家公司于19881988年聯(lián)合推出。年聯(lián)合推出。 eisaeisa總線的插槽的外形與總線的插槽的外形與isaisa總線完全相同，但插槽為總線完全相同，但插槽為兩層結(jié)構(gòu)，第一層的引線定義與兩層結(jié)構(gòu)，第一層的引線定義與isaisa的一樣，共的一樣，共9898根引線；根引線；第

51、二層的引線是第二層的引線是eisaeisa的擴(kuò)充部分，共的擴(kuò)充部分，共9090根引線。根引線。 eisaeisa總線的突出優(yōu)點(diǎn)是同總線的突出優(yōu)點(diǎn)是同isaisa總線兼容，總線兼容，eisaeisa總線的插總線的插槽既可以插槽既可以插isaisa總線的擴(kuò)展板，也可以插總線的擴(kuò)展板，也可以插e(cuò)isaeisa總線的擴(kuò)展總線的擴(kuò)展板。板。eisaeisa的開放式的體系結(jié)構(gòu)，使其也有很好的適應(yīng)性，的開放式的體系結(jié)構(gòu)，使其也有很好的適應(yīng)性，它的它的3232位的總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)位的總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)32mb/s32mb/s。eisaeisa總線的壽命周期很短，現(xiàn)在已經(jīng)被總線的壽命周期很

52、短，現(xiàn)在已經(jīng)被pcipci總線取代?？偩€取代。8.3.3 8.3.3 擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線擴(kuò)充的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線eisaeisa2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理47 pci(peripheral component interconnect)pci(peripheral component interconnect)，直譯是，直譯是外圍設(shè)備互連，這種總線是時(shí)鐘同步型輸入外圍設(shè)備互連，這種總線是時(shí)鐘同步型輸入/ /輸出總線，輸出總線，用于連接微處理器和輸入用于連接微處理器和輸入/ /輸出設(shè)備。輸出設(shè)備。 隨著微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和信息化水平的不斷提高，隨著微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和信息化水平的不斷提

53、高，對微機(jī)外設(shè)的使用性能要求越來越高，特別是對圖形顯對微機(jī)外設(shè)的使用性能要求越來越高，特別是對圖形顯示的高要求，硬盤容量的增大和數(shù)據(jù)傳輸率的提高，要示的高要求，硬盤容量的增大和數(shù)據(jù)傳輸率的提高，要求有更高性能的總線。原有的求有更高性能的總線。原有的isaisa總線和總線和eisaeisa總線顯然已總線顯然已不適應(yīng)。在這種背景下，不適應(yīng)。在這種背景下，intelintel公司在開發(fā)公司在開發(fā)pentium cpupentium cpu的過程中，于的過程中，于19921992年年6 6月提出了面向個(gè)人計(jì)算機(jī)的輸入月提出了面向個(gè)人計(jì)算機(jī)的輸入/ /輸出總線。緊接著，輸出總線。緊接著，intelint

54、el公司又與公司又與decdec、ibmibm等公司一起等公司一起建立了制定建立了制定pcipci總線規(guī)格的團(tuán)體總線規(guī)格的團(tuán)體pci sigpci sig，制定，制定pcipci局部總局部總線標(biāo)準(zhǔn)。線標(biāo)準(zhǔn)。8.3.4 8.3.4 局部總線局部總線pcipci2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理48 適應(yīng)了外設(shè)速度的提高。輸入輸出總線的數(shù)據(jù)傳適應(yīng)了外設(shè)速度的提高。輸入輸出總線的數(shù)據(jù)傳輸率應(yīng)當(dāng)是外設(shè)的輸率應(yīng)當(dāng)是外設(shè)的3 35 5倍，倍，pcipci總線的數(shù)據(jù)傳輸速總線的數(shù)據(jù)傳輸速率能適應(yīng)多媒體計(jì)算機(jī)對圖形、圖像傳輸?shù)乃俣嚷誓苓m應(yīng)多媒體計(jì)算機(jī)對圖形、圖像傳輸?shù)乃俣纫螅材軡M足容量在要求，也能

55、滿足容量在gbgb級的大容量高速度的硬級的大容量高速度的硬盤傳輸數(shù)據(jù)的要求。盤傳輸數(shù)據(jù)的要求。pcipci總線是在微處理器之外獨(dú)立工作的，總線時(shí)鐘和微總線是在微處理器之外獨(dú)立工作的，總線時(shí)鐘和微處理器的外部時(shí)鐘是分別獨(dú)立的，并且可以設(shè)置多個(gè)處理器的外部時(shí)鐘是分別獨(dú)立的，并且可以設(shè)置多個(gè)總線控制器?？偩€控制器。數(shù)據(jù)總線和地址總線是多路的，信號線包括總線主控?cái)?shù)據(jù)總線和地址總線是多路的，信號線包括總線主控器在內(nèi)，只有器在內(nèi)，只有4949根，擴(kuò)展插件是根，擴(kuò)展插件是124124根。根。電源電壓有電源電壓有+5v+5v和和+3.3v+3.3v兩種。兩種。pcipci總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)2021年10月2

56、3日星期六計(jì)算機(jī)組成原理49 pcipci總線與總線與isaisa、eisaeisa總線主要性能比較總線主要性能比較2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理50 agpagp（accelerated graphics portaccelerated graphics port）是圖形加速端口。）是圖形加速端口。 三維圖形應(yīng)用的發(fā)展，對圖形加速卡的計(jì)算速度提出了三維圖形應(yīng)用的發(fā)展，對圖形加速卡的計(jì)算速度提出了越來越高的要求，越來越高的要求，pcipci總線的傳送速率也變得緊張起來?？偩€的傳送速率也變得緊張起來。為此，為此， agpagp總線是在總線是在2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代年代后期，隨著

57、后期，隨著pentiumpentium型型pcpc機(jī)的開發(fā)而發(fā)展起來的，機(jī)的開發(fā)而發(fā)展起來的，agpagp總線不同于通用的總線不同于通用的pcipci局部總線，它是供圖形加速卡專用的。它在圖形卡與系局部總線，它是供圖形加速卡專用的。它在圖形卡與系統(tǒng)內(nèi)存之間提供了一條直接的訪問途徑。在統(tǒng)內(nèi)存之間提供了一條直接的訪問途徑。在pentiumpentium型型機(jī)及機(jī)及pentiumpentium、pentium4pentium4型型pcpc機(jī)中，機(jī)中，agpagp成為與成為與pcipci共存共存的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。8.3.5 agp8.3.5 agp總線總線2021年10月23日星期六計(jì)算

58、機(jī)組成原理51 usbusb的產(chǎn)生的產(chǎn)生 usbusb（universal serial busuniversal serial bus）即通用串行總線，）即通用串行總線，是在是在2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代中期由年代中期由compaqcompaq、decdec、ibmibm、intelintel、microsoftmicrosoft和和necnec等多家美國和日本公司共同提出的一等多家美國和日本公司共同提出的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。它是為了適應(yīng)微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，種接口標(biāo)準(zhǔn)。它是為了適應(yīng)微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，需要連接的外部設(shè)備不斷增加，解決微機(jī)端口短缺而需要連接的外部設(shè)備不斷增加，解決微機(jī)端口短

59、缺而產(chǎn)生的。我們知道，傳統(tǒng)的產(chǎn)生的。我們知道，傳統(tǒng)的pcpc機(jī)的主機(jī)箱后面板上用機(jī)的主機(jī)箱后面板上用于連接鍵盤、鼠標(biāo)器、顯示器和打印機(jī)等常用外部設(shè)于連接鍵盤、鼠標(biāo)器、顯示器和打印機(jī)等常用外部設(shè)備的串行端口和并行口只有少量幾個(gè)。為了能連接日備的串行端口和并行口只有少量幾個(gè)。為了能連接日益增多的新外部設(shè)備，益增多的新外部設(shè)備，usbusb端口和端口和usbusb總線便應(yīng)運(yùn)而生?？偩€便應(yīng)運(yùn)而生。8.3.6 8.3.6 通用串行總線通用串行總線usbusb2021年10月23日星期六計(jì)算機(jī)組成原理52 usbusb是一條串行總線是一條串行總線 傳統(tǒng)的串行端口是各自獨(dú)立的，例如，鍵盤端口只傳統(tǒng)的串行端口是各自獨(dú)立的，例如，鍵盤端口只能連接鍵盤，鼠標(biāo)器端口只能連接鼠標(biāo)器，它們相互能連接鍵盤，