计算机中总线结构
哈工大威海计算机学院 计算机组成原理课件第4章 总线
特点：按位串行传送； 按应答方式进行联系。 这种方式要求数据格式中设置同步信息。 异步串行数据格式如下：
0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 起始位 （低） 数据位
奇偶 停止位 校验位 （高）
异步串行通信的数据传输率可以用波特率和比特率来衡量 波特率—单位时间内传送二进制数据的位数，单位：bps 比特率—单位时间内传送二进制有效数据的位数，单位：bps 例：在异步串行传输系统中，若字符格式为：1个起始位、7个 数据位、1个奇校验位、1个终止位。假设每秒传输120个数据 帧，试计算波特率及比特率。 解：由题意知，一帧包括 1+7+1+1＝10位 所以波特率为（1+7+1+1）×120＝1200bps
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
二.总线及其技术特点
1、总线：是计算机系统中各部件之间的公共的 信息传递通道。
2、技术特点
1）使系统中的连线大大减少，可靠性高 2）便于硬件和软件的标准化，便于接口设计 3）易于系统模块化，可替换性好 4）便于维修，即可维护性好 5）任意时刻只有一个源发送（主设备），可由多 个部件接收（从设备） 6）有仲裁机制 7）缺点：传输率受带宽限制，且总线一旦故障， 整个系统将瘫痪
离来安排公共时钟周期时间）。 特点： 控制简单； 灵活性差；
当系统中各部件速度差异较大时，严重影响总线
工作效率；
适合于短距离、各部件速度较接近的场合。
2)异步通信：
异步通信是和同步通信完全对立的通信方式，通信双 方无统一的时钟标准来控制数据的传送过程，各部件可按 各自所需的实际时间使用总线。 时间配合：主/从部件间采用应答（握手）方式建立
计算机组成原理第6版(白中英)第6章总线系统
2. 系统总线的标准化
PC中，系统总线布设在主板上。
为什么主板能支持很多厂家的显卡……？ 原因是，系统总线是按标准制作的。
总线标准规定总线的物理特性、功能特性、电气特性 和时间特性。
微机中的标准总线：ISA总线 (16位，8MB/s)、 EISA (32 位 ， 33.3MB/s) 总 线 、 VESA 总 线 (32 位 ， 132MB/s) 、 PCI总线(64位，100MB/s) PCI-Express 1.0总线(250MB/s) 。
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6.1.5 总线结构实例
南北桥芯片将CPU总线、PCI总 线、ISA总线连成整体。桥芯片 起到了信号速度缓冲、电平转换、
控制协议的转换作用。
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CPU总线
• 也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32
位地址线的同步总线。
PCI总线
• 用于连接高速的I/O设备模块，如图形显示卡适配
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总线的主要参数
1.总线的带宽 （MB/s）
• 一定时间内总线上可传送的数据量
2.总线的位宽
• 总线能同时传送的数据位数。
即我们常说的32位、64位等总线宽度的概念。
3.总线的工作时钟频率 （MHz）
• 总线的时钟频率
f
1 T
1 时钟周期
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总线带宽
总线传输数据的速度。单位：MB/s
[例6.1]：(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?
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1. 总线的特性(续) 电气特性
计算机组成原理(第4版)课件第7章 总线(第4版)
7.4 总线标准
总线的标准制定通常有两种途径，一 种是由具有权威性的国际标准化组织制定 并推荐使用的，称为正式标准；另一种是 由某个或某几个在业界具有影响力的设备 制造商提出，而又被业内其他厂家认可并 广泛使用的标准，即所谓事实标准，这些 标准可能需要经过一段时间的使用，被厂 商提供给有关组织讨论之后才能成为正式 标准。
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2.总线事务
通常把在总线上一对设备之间的一次信
息交换过程称为一个“总线事务”，把发出
总线事务请求的部件称为主设备，与主设备
进行信息交换的对象称为从设备。例如CPU
要求读取存储器中某单元的数据，则CPU是
主设备，而存储器是从设备。总线事务类型
通常根据它的操作性质来定义，典型的总线
事务类型有“存储器读”、“存储器写”、
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7.4.1 系统总线标准
通常，微机的系统总线都做成多个插 槽的形式，各插槽引脚通过总线连在一起。 总线接口引脚的定义、传输速率的设定、 驱动能力的限制、信号电平的规定、时序 的安排以及信息格式的约定等，都有统一 的标准。
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7.4.1 系统总线标准（续）
1.PC/XT总线
PC/XT总线是早期PC/XT微机所配备 的系统总线，是9位总线标准。
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7.1 总线概述
总线是一组能为多个部件分时共享的 公共信息传送线路。共享是指总线上可以 挂接多个部件，各个部件之间相互交换的 信息都可以通过这组公共线路传送；分时 是指同一时刻总线上只能传送一个部件发 送的信息。
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7.1 .1 总线的基本概念
总线采用分时共享技术，当总线空闲 （所有部件都以高阻状态连接在总线上） 时，如果有一个部件要与目的部件通信， 则发起通信的部件驱动总线，发出地址和 数据。其他以高阻状态连接在总线上的部 件如果收到与自己相符的地址信息后，即 接收总线上的数据。发送部件完成通信后， 将总线让出（输出变为高阻态）。
计算机总线技术
计算机总线技术本文主要讨论总线的分类及其结构，并介绍几种常用的内部总线和外部总线。
总线的基本概念一、总线的分类按照总线在系统机构中的层次位置上，一般可以分为：片内总线、内部总线和外部总线。
按照总线的数据传输方式，总线又可以分为串行总线和并行总线。
根据总线的传输方向又可以分为单向总线和双向总线。
1. 内部总线和外部总线（1）片内总线片内总线是在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路。
（2）内部总线内部总线又称为系统总线或板级总线，用于计算机系统内部的模板和模板之间进行通信的总线。
系统总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微机总线就是指系统总线，如STD 总线、PC 总线、ISA 总线、PCI 总线等。
尽管各种内部总线数目不同，但按功能仍可分为数据总线DB 、地址总线AB 、控制总线CB 、和电源总线PB 四部分，如图1.2所示。
①数据总线DB 用于传送数据信息。
②地址总线AB 是专门用来传送地址的。
地址总线位数决定了CPU 可直接寻址的内存空间大小。
③控制总线CB 控制总线包括控制、时序和中断信号线，用于传递各种控制信息，如有读/写信号，片选信号、中断响应信号等由CPU 发出的信号，以及中断请求信号、复位信号、总线请求信号等发给CPU 的信号。
④电源总线PB 用于向系统提供电源。
（3）外部总线计算机系统系统之间或计算机系统与外设之间的信息通路，称为外部总线。
如RS-232-C 总线，IEEE-488总线等。
2. 并行总线和串行总线计算机的内部总线一般都是并行总线，而计算机的外部总线通常分为并行总线和串行总线两种。
比如IEEE-488总线为并行总线，RS-232-C总线为串行总线。
并行总线的优点是信号线各自独立，信号传输快，接口简单；缺点是电缆数多。
串行总线的优点是电缆线数少，便于远距离传送；缺点是信号传输慢，接口复杂。
二、总线的模板化结构为了提高计算机系统的通用性、灵活性和教育改革扩展性，计算机的各部件采用模板化结构，再通过总线把各模板起来，称之为总线的模板化结构。
计算机原理职教(中专)版 第7章 系统总线
7．2 总线结构与接口
7．2．1 总线结构
1. 总线结构及连接方式
系统总线的实体是一组传送线，但实际上还包括了 一系列相关的逻辑，如总线控制权的申请、批准 与转移、总线状态信号产生、总线传送操作的时 序控制、读／写操作控制等。这些逻辑或在CPU 中，或设置专门的总线控制器。在现代计算机系 统中，各大部件均以系统总线为基础进行互连， 系统总线的结构有多种，按照连接方式的不同， 计算机系统中采用的总线结构有单总线结构和多 总线结构
3. 控制总线CB(ControI Bus)
控制总线是专供各种控制信号和状态 信息使用的传递通道，总线操作各项 功能都是由控制总线完成的。它主要 用于传送各类控制/状态信号，控制总 线信号是总线信号中种类最多、变化 最大、功能最强的信号，也是最能体 现总线特色的信号。
。
4. 电源线
许多总线标准中都包含了电源线的定义， 主要有十5V逻辑电源；6ND逻辑电源 地；一5V辅助电源；土12V辅助电源； AGND辅助地线。
准同步总线:采用同步异步相结合的方式。 既有同步总线控制简单的优点，又具有异 步总线时间利用率高的优点。
7．1．3系统总线的组成
系统总线由数据总线、地址总线、控制 总线和电源线组成。
1. 数据总线DB(Data Bus)
数据总线用于设备之间的数据传送，一 般为双向传送。数据总线的一个重要 指标是宽度，根据数据总线的宽度可 将系统总线分为8位总线、16位总线、 32位总线、64位总线等。
·并行总线 并行总线中的数据线有多根， 可同时传送多个二进制位，通常将数据总 线上可同时传送的二进制位数称为数据通 路宽度。系统总线一般是并行总线，其数 据通路宽度多与CPU一致，并为字节(8位) 的整数倍。
计算机三大总线举例(全)
内部总线、系统总线及外部总线举例一、内部总线1.I2C总线I2C(Inter-IC)总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。
它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。
在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。
2.SPI总线串行外围设备接口SPI(serialperipheral interface)总线技术是Motorola 公司推出的一种同步串行接口。
Motorola公司生产的绝大多数MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。
SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。
3.SCI总线串行通信接口SCI(serialcommunication interface)也是由Motorola公司推出的。
它是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。
二、系统总线1.ISA总线ISA(industrial standard architecture)总线标准是IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。
它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。
它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。
ISA总线有98只引脚。
2.EISA总线EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。
它是在ISA 总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。
在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。
3.VESA总线VESA(video electronics standard association)总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。
计算机组成原理 第三章 系统总线
CPU、主存、I/O 设备之间（板级 总线或板间总线）
计算机各部件之间 的信息传输线
双向 与机器字长、存储字长有关
单向
有出
与存储地址、 I/O地址有关
有入
存储器读、存储器写 总线允许、中断确认
中断请求、总线请求
3.通信总线
用于计算机系统之间 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。
二、总线通信控制
1. 目的
解决通信双方如何获知传输开始和结束， 如何协调配合 问题
2. 总线传输周期（总线周期：完成一次总线操作的时间）
申请分配阶段
寻址阶段 传数阶段 结束阶段
主模块申请，总线仲裁决定
主模块向从模块 给出地址 和 命令
主模块和从模块 交换数据
主模块 撤消有关信息
3. 总线通信的四种方式
1. 机械特性
尺寸、形状、管脚数及排列顺序
确保电气上正确连接
2. 电气特性
传输方向 和有效的 电平 范围 地址 数据 控制
3. 功能特性
每根传输线的 功能
保证正确连接不同部件
4. 时间特性
信号的 时序 关系
三、总线的性能指标（P46）
1.总线宽度
2.标准传输率 3. 时钟同步/异步 4. 总线复用 5.信号线数 6. 总线控制方式 7.其他指标
第３章 系统总线
教学内容
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
总线的基本概念 总线的分类 总线特性及性能指标 总线结构 总线控制
重点：
有关总线的基本概念 如何克服总线的瓶颈 如何对总线进行管理，包括判优控制和通信控制
难点：
总线的通信控制，既要解决通信双方如何获知 传输的开始和结束，又要使通信双方按规定的协 议互相协调来完成通信任务。
计算机总线的基本结构(冯诺依曼结构)
二进制：大大简化机器的逻辑线路。
储存程序：将程序以某种形式与数据一同存储在存储器中，只需 要改变存储器就可编写程序和修改程序，通过编程即可试用不同功 能的通用计算计
这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信 息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响 了数据处理速度的提高。
如果是不正确的指令格式，CPU就会发生错误 中断。
对冯·诺依曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取， 经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个 ，这样传输速度会很慢……
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哈佛结构
哈佛结构
哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储 器结构，如图1所示。 中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容 ，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数 据，并进行下一步的操作（通常是执行）。 程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不 同的数据宽度。
2.
用多个冯· 诺依曼机组成多机系统，支持并行算法 结构。这方面的研究目前比较活跃
3.
从根本上改变冯· 诺依曼机的控制流驱动方式
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3.
两条总线由程序存储器和 数据存储器分时共用
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非冯诺依曼化的方 向
突破传统冯·诺依曼体制的束缚
1.
在冯· 诺依曼体制范畴内，对传统冯· 诺依曼机进行改造，如 采用多个处理部件形成流水处理，依靠时间上的重叠提高 处理效率；又如组成阵列机结构，形成单指令流多数据流 ，提高处理速度。这些方向已比较成熟，成为标准结构
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一、总线的概念
总线是连接计算机有关部件的一组信号线，是
计算机中用来传送信息代码的公共通道。
面向总线的结构主要有以下优点：
①简化了系统结构，便于系统设计制造；
②大大减少了连线数目，便于布线，减小体积，
提高系统的可靠性；
③便于接口设计，所有与总线连接的设备均采
用类似的接口；
④便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实
现系统的模块化；
⑤便于设备的软件设计，所有接口的软件就是
对不同的口地址进行操作；
⑥便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。
总线的逻辑电路有些是三态的，即输出电平有
三种状态：逻辑“0”，逻辑“1”和“高阻”态。
在单总线结构中，CPU与主存之间、CPU与I/O设备之间、I/O设备与主存之间、各种设备之间都通过系统总线交换信息。
单总线结构的优点是控制简单方便，扩充方便。
双总线结构又分为面向CPU的双总线结构和面向存储器的双总线结构。
面向CPU的双总线结构中一组总线是CPU与主存储器之间进行信息交换的公共通路，称为存储总线。
另一组是CPU与I/O设备之间进行信息交换的公共通路，称为输入/输出总线（I/O总线）。
外部设备通过连接在I/O总线上的接口电路与CPU交换信息。
随着对微机性能越来越高的要求，现代微机的体系结构已不再采用单总线或双总线的结构，而是采用更复杂的多总线结构。