计算机组成原理【3】系统总线

1、总线的基本概念

总线:连接多个部件(两个及以上)的一组公用信息传输线,是各部件共享的传输介质。

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总线结构的计算机举例(2个):
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第三种是我们希望、但未实现的。

两种互连方式——
(1)专用互连
各部件之间两两互连,建立独享的专用信息传输通路,可以实现速度最大化(就考虑互连的两个部件),但系统扩展新部件时,难以实现(需要考虑新部件与原来所有部件之间的关系)。

(2)共享互连
各部件之间有一组共享的公用传输线,各部件其实都连接到总线上,此时扩展部件易于实现(新部件只需挂接至总线即可),但总线的速度相对要慢(需适应总线上最慢速的部件)。

注意:现在的总线已经是一个泛化的概念,有些两两互连的传数线也称为总线,例如CPU和主存之间通常会有一组专用传输线(就是两个部件互连),这组线就称为主存总线。

2、总线的分类

2.1 视频提及的

  1. 片内总线
    芯片内部的总线。
  2. 系统总线
    计算机各部件之间的信息传输线。联通了各部件!
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  3. 通信总线
    用于计算机系统之前 或 计算机系统与其他系统(如控制仪表、移动通信等)之间的通信。
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    远距离时选择串行。近距离时用并行,提高传输速率。

2.2 其他分类方式

(1)按所传输的信息

地址总线(Address Bus,AB):传输地址信号的总线

数据总线(Data Bus,DB):传输数据信号的总线

控制总线(Control Bus,CB):传输控制信号的总线

(2)按传输方式

并行总线(一次传输多位数据)、串行总线(一次仅传输一位数据)

(3)按所连接的部件

系统总线(亦称处理器总线):互连系统中主要功能部件的总线,一般主要连接处理器和主存,特点是时钟频率高、线宽大

输入输出总线(亦称I/O总线):连接主机和输入/输出设备的总线,特点是时钟频率低、线宽小

(4)按在系统中的位置

片内总线:位于处理芯片内部的总线,负责寄存器之间和寄存器与运算器之间数据传输

底板总线(亦称系统总线或内总线):计算机系统主板上的总线,负责处理器、主存以及I/O接口之间的互连

板间总线(亦称I/O总线):用于主机与I/O接口的互连,主要反映为主板上的扩展插槽

通信总线(亦称外总线):负责计算机系统之间或计算机与外围设备之间的连接。

3、总线性能及性能指标

3.1 总线特性(如何描述总线)

先补充:总线的物理实现
(1)物理特性(亦称机械特性)

指总线在连接方式上的一些特性,如插头和插座使用标准(几何尺寸、形状、引脚个数以及排列的顺序)

(2)电气特性

指总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围

(3)功能特性

指总线中每一根传输线的功能

举例:
D0 —D31(数据线) //数据线32根,对应32位机

A0 —A31(地址线) //地址线32根,对应寻址空间4GB

CLK(时钟) RST(复位)

INTR(中断请求) INTA(中断响应)

RD(读) WR(写)

HRQ(总线请求) HLDA(总线允许)

(4)时间特性(亦称过程特性)

指总线中任一根线在什么时间内有效,具体用时序关系图描述
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这些插板与主板的接口是有标准的!(国际标准、行业标准什么的)
这个标准也间接地决定了下面讲的 总线特性。

总线特性——
在这里插入图片描述

3.2 总线性能指标

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例1:某系统一个周期内传4字节信息,一个总线周期占两个时钟周期,总线时钟频率为10MHz,则总线的传输带宽是多少?

4B×(10MHz÷2)=20MB/s

注意:总线时钟周期,即时钟信号线一次时钟震荡的时间值

总线周期,即传输一次数据的时间值,一般需要几个总线时钟周期

例2:总线时钟频率为100MHz,总线宽度32位,每传输一次地址或一次数据均只需一个总线时钟周期即可,支持突发传输,则传输128位需多长时间?

一个总线时钟周期TC=(1/100MHz)=10ns

传128位需传数据(128÷32)=4次

第一次传数需传地址和数据,即需2TC,后三次不需要传地址,则只需3TC

共需2TC+3TC=5TC=50ns

4、总线结构

5、总线控制

5.1 总线判优控制

5.2 总线通信控制

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