系统总线
简述对计算机系统总线的理解
计算机系统总线是连接计算机内部各个部件的公共通道，也称为系统总线或主板总线。
它负责传输数据、地址和控制信号，是计算机系统中非常关键的部分之一。
计算机系统总线通常包含三种类型的线路：数据总线、地址总线和控制总线。
其中，数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存地址和I/O设备地址，控制总线用于传输控制信号，例如读写命令、中断请求等。
计算机系统总线的速度和带宽决定了计算机系统的性能。
随着计算机硬件的不断升级和更新，计算机系统总线的速度和带宽也在不断提升。
目前，计算机系统总线的标准包括PCI、AGP、USB、SATA、Ethernet等，它们分别用于不同类型的接口和设备。
除了速度和带宽之外，计算机系统总线还需要具备可靠性、兼容性和扩展性等特点。
因此，计算机系统总线的设计和开发需要综合考虑各种因素，以满足不同用户和应用场景的需求。
列举系统总线分类,并解释其含义
列举系统总线分类,并解释其含义嘿，你知道吗，系统总线那可是电脑里超级重要的一部分呢！就好
像是人体的血管一样，它让各种信息在电脑里顺畅地流动。
系统总线
主要有三种分类哦，咱一个个来说。
先说说数据总线，这就好比是信息的“快递员”呀！它负责传输数据，比如你在电脑上打字，这些字的数据就是通过数据总线来传递的。
比
如说，你在文档里写下“今天天气真好”，这几个字的数据就得靠数据
总线快速地“跑”到该去的地方，让电脑能显示出来，神奇吧！
然后是地址总线，它就像是一个“地址导航员”呢！它专门用来指明
数据在内存中的位置。
你想想，电脑里那么多的数据，得有个清楚的
指示才能找到它们呀。
就好像你要去一个陌生的地方，得有具体的地
址才能找到一样。
比如你要打开一个图片文件，地址总线就会告诉你
电脑，这个图片在内存的哪里放着呢。
最后还有控制总线，它可是个“大管家”哟！它控制着各种设备的工作，协调它们之间的动作。
比如说，你点击打印，控制总线就会发出
指令，让打印机开始工作。
这就像一个乐队的指挥，让各种乐器和谐
地演奏。
哎呀，系统总线的这三种分类，真的是各有各的重要性呀！没有它们，电脑可就没法好好工作啦！数据总线让信息能快速传递，地址总
线能准确找到数据的位置，控制总线能让一切都有条不紊地进行。
它
们就像是一个默契的团队，共同努力让电脑这个“大机器”高效运转。
所以呀，可别小看了这系统总线分类哦，它们真的是超级厉害的呢！。
第2章 系统总线
2.2 总线的基本概念
• 一个单处理器系统中的总线，大致分为3类： ① CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称 为内部总线。 ② CPU同计算机系统的其他具有高速传输功能的部件 ，如存储器、通道等互相连接的总线称为系统总线。 ③ 中、低速I/O设备之间互相连接的总线称为I/O总线。 最常见的计算机互连结构使用一个或多个系统总线。
2.2.3 总线内部结构
总线按传输信息，都可以分成3个功能组： • 数据总线:系统模块间传输数据的路径 • 地址总线:指定数据总线上数据的来源和去向 • 控制总线:控制对数据地址线的访问和使用
C PU 存储器 … 存储器 I/O … I/O
控制 地址 数据 总线
2.2.4 总线标准
• 为了使系统设计简化，模块生产批量化，确保其性 能稳定，质量可靠，实现可移植化，便于维护等， 人们开始研究如何使总线建立标准，在总线的统一 标准下，完成系统设计、模块制作。 • 为了获得广泛的工艺和法律支持，要求总线：
1个时钟周期为1/100MHz 0.01s。 总线传输周期为0.01s×4 0.04s。 由于总线的宽度为32位 4B（字节）。 故总线的数据传输率为4B/(0.04s) 100MB/s。 若想提高一倍数据传输率，可以在不改变总线时钟频率的前提下，使数 据线宽度改为64位，也可以仍保持数据宽度为32位，但使总线的时钟 频率增加到200MHz。
第二章 系统总线
重点内容： •总线的基本概念和基本技术，主要包括总线 的特性、总线性能指标、总线标准、总线连 接方式、总线仲裁、总线定时， •总线数据传输模式、PCI总线。 计算机系统的主要部件（处理器、主存、 I/O模块）为了交换数据和控制信号，需要进 行互连，由多条线组成的共享总线是构成计 算机系统的互连机构。当代系统中，通常是 采用层次式总线以改善性能。
系统总线的概念
系统总线的概念系统总线是计算机系统中的一种重要的通信方式，它是一种用于连接计算机内部各个部件的通信线路，可以实现不同部件之间的数据传输和控制信号传递。
系统总线的主要作用是提高计算机系统的性能和可靠性，使得各个部件之间可以高效地协同工作，从而实现计算机系统的高效运行。
系统总线的主要内容包括以下几个方面：1. 总线结构系统总线的结构通常分为三层：物理层、数据链路层和传输层。
物理层是总线的物理连接部分，包括总线的接口、电缆、传输速率等；数据链路层是总线的数据传输部分，包括数据传输的协议、数据帧的格式、错误检测和纠正等；传输层是总线的控制部分，包括总线的控制信号、总线的仲裁机制、总线的时序控制等。
2. 总线协议系统总线的协议是指总线上各个部件之间进行通信所遵循的规则和约定。
总线协议通常包括数据传输的格式、数据传输的速率、数据传输的控制信号、总线的仲裁机制等。
常见的总线协议有PCI、USB、SATA等。
3. 总线控制总线控制是指控制总线上各个部件之间进行通信的过程。
总线控制通常包括总线的时序控制、总线的仲裁机制、总线的中断控制等。
总线控制的目的是保证总线上各个部件之间的通信顺序和正确性。
4. 总线性能总线性能是指系统总线的传输速率和传输带宽等性能指标。
总线性能的好坏直接影响到计算机系统的整体性能。
为了提高总线性能，可以采用增加总线带宽、提高总线传输速率、优化总线协议等方法。
总之，系统总线是计算机系统中的一种重要的通信方式，它可以实现不同部件之间的数据传输和控制信号传递，从而提高计算机系统的性能和可靠性。
系统总线的结构、协议、控制和性能等方面都是系统总线的重要内容。
第6章系统总线
6.1.1 总线的基本概念
式或底板式总线，主板式总线是一种板级总线， 主要连接主机系统印刷电路板中的CPU和主存等 部件，因此也被称为处理器－主存总线，有的系 统把它称为局部总线或处理器总线。底板式总线 通常用于连接系统中的各个功能模块，实现系统 中的各个电路板的连接。典型的有PCI总线、 VME总线等。 I/O总线：这类总线用于主机和I/O设备之间或计 算机系统之间的通信。由于这类连接涉及到许多 方面，包括：距离远近、速度快慢、工作方式等， 差异很大，所以I/O总线的种类很多。
6.1.1 总线的基本概念
6.1.1 总线的基本概念
3.系统总线的组成 一个系统总线通常由一组控制线、一组数据线和一 组地址线构成。也有些总线没有单独的地址线，地 址信息通过数据线来传送，这种情况称为数据线和 地址线复用。 数据线用来承载在源部件和目的部件之问传输的 信息，这个信息可能是数据、命令、或地址（如 果数据线和地址线复用的话）。 地址线用来给出源数据或目的数据所在的主存单 元或I/O端口的地址。 控制线用来控制对数据线和地址线的访问和使用。
教学过程
6.1
系统总线的结构 6.2 总线的控制、数据传输和接口 6.3 常用总线
6.1系统总线的结构
计算机系统中存储器、CPU等功能部件之间必须互 联，才能组成计算机系统。 部件之间的互联方式: 分散连接：各部件之间通过单独的连线互联 总线连接：将各个部件连接到一组公共信息传输 线上。总线结构的两个主要优点是 灵活：体现在新加部件可以很容易地加到总线 上并且部件可以在使用相同总线的计算机系统 之间互换 低成本。 现代计算机普遍使用的是总线互联结构。
总线的信号线类型有专用和复用两种。
专用信号线就是指这种信号线专门用来传送某一
什么是微型计算机的系统总线
1.什么是微型计算机的系统总线？说明数据总线、地址总线、控制总线各自的作用。
【解答】系统总线是CPU与其它部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。
（1）数据总线（DB）：用来传送数据，主要实现CPU与内存储器或I/O设备之间、内存储器与I/O设备或外存储器之间的数据传送。
16位机有16条数据总线，32位机有32条。
数据总线是双向的。
（2）地址总线（AB）：用来传送地址。
主要实现从CPU送地址至内存储器和I/O设备，或从外存储器传送地址至内存储器等。
地址总线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围，如8086的地址总线有20条，可以寻找从00000H-FFFFFH共220=1M个存储单元，可以寻址64K个外设端口。
地址总线是单向的。
（3）控制总线（CB）：用于传送控制信号、时序信号和状态信息等。
2.8086CPU具有20 条地址线，可直接寻址(220=)1MB 容量的内存空间，在访问I/O端口时，如果使用地址线16条，最多可寻址(216=)64K 个I/O端口。
3.8086CPU的数据外总线宽度为16 位，指令缓冲器为 6 个字节，选通存储器或I/O接口的信号是；8088CPU的数据外总线宽度为8 位，指令缓冲器为 4 个字节，选通存储器或I/O 接口的信号是。
4.解释逻辑地址、偏移地址、有效地址、物理地址的含义，8086存储器的物理地址是如何形成的？怎样进行计算？【解答】逻辑地址：表示为段地址：偏移地址书写程序时用到，一个存储单元可对应多个逻辑地址；偏移地址：是某一存储单元距离所在逻辑段的开始地址的字节个数。
有效地址：是指令中计算出的要访问的存储单元的偏移地址。
物理地址：是CPU访问存储器时用到的20位地址，是存储单元的唯一的编号。
物理地址计算公式：物理地址= 段地址×10H＋有效地址（或偏移地址）5.已知堆栈段寄存器（SS）=2400H，堆栈指针（SP）=1200H，计算该堆栈栈顶的实际地址，并画出堆栈示意图。
理解计算机中的系统总线
理解计算机中的系统总线计算机中的系统总线是一种用于数据传输的重要组件，它负责连接计算机内部各个硬件设备，实现它们之间的数据通信和信息传递。
在现代计算机中，系统总线被广泛应用于各种设备和子系统之间的连接以及数据传输过程中。
一、系统总线的定义和作用系统总线是计算机内部各个硬件设备之间传输数据的路径，它连接着CPU、内存、硬盘、显卡等各个部件，发挥着至关重要的作用。
系统总线主要承担以下几个方面的功能：1. 数据传输：系统总线负责在计算机内部各个设备之间传输数据和信息。
它通过一系列的电子信号和电压变化来传递二进制数据，实现设备之间的信息交换。
2. 地址传输：在计算机内部，每个设备都有自己的地址。
系统总线可以将地址信息传递给相应的设备，使得设备能够识别并进行相应的操作。
3. 控制信号传输：系统总线还承担着传输各种控制信号的功能。
这些信号可以用来控制设备的读写操作、中断请求、时钟同步等。
二、系统总线的类型和特点根据传输方式和数据传输速度的不同，系统总线可以分为并行总线和串行总线。
1. 并行总线：并行总线是一种同时传输多个数据位的数据传输方式。
它将数据划分为多个位，利用多个导线同时传输。
由于数据位数较多，传输速度相对较快，但受制于导线数量的限制，传输距离较短。
2. 串行总线：串行总线是一种逐位传输数据的数据传输方式。
它将数据转化为位流进行传输，每次只传输一个数据位。
串行总线由于只需要一条导线传输数据，可以实现较高的传输距离，但传输速度相对较慢。
总线技术的发展使得计算机内部的数据传输速度不断提高，同时也为计算机的扩展和升级提供了便利。
现如今，常见的系统总线类型有PCI总线、USB总线、SATA总线等，它们在数据传输速度、传输距离和设备兼容性等方面有着不同的特点。
三、系统总线的工作原理系统总线的工作原理涉及到信号线、控制线、数据线等多个方面的内容。
1. 信号线：系统总线中的信号线主要用于传输控制信号和时钟信号。
这些信号线一般包括地址线、数据线、中断线、复位线等，通过它们可以实现对设备的控制和数据的传输。
pc总线分类
pc总线分类在计算机领域中，总线（Bus）是连接计算机内部各个组件的通信线路。
它能够传输数据、地址和控制信号，是计算机系统中至关重要的一部分。
根据其功能和结构的不同，PC总线可以分为三类：系统总线、扩展总线和局部总线。
一、系统总线系统总线是计算机中性能最高、传输速度最快的总线。
它主要用于处理器与内存之间的数据传输，分为前端总线和后端总线。
1. 前端总线前端总线是连接处理器与内存、输入输出设备之间的总线。
它承担着处理器与其他组件之间数据和控制信息的传递任务。
前端总线通常由数据总线、地址总线和控制总线组成。
- 数据总线：用于传输数据信息，在32位的计算机中一般为32根。
数据总线的宽度决定了处理器与其他组件之间数据传输的速度。
- 地址总线：用于传输内存地址信息，决定了计算机可寻址的内存空间大小。
在32位系统中，地址总线通常为32根，能够访问的内存空间为2^32字节（4GB）。
- 控制总线：用于传输各种控制信号，如读写控制、中断请求等。
控制总线的具体信号由计算机体系结构决定。
2. 后端总线后端总线是连接处理器与主板芯片组之间的总线。
它负责将前端总线传输过来的数据和控制信号转化为主板芯片组所支持的格式，使其能够被主板上其他芯片所使用。
二、扩展总线扩展总线是计算机中用于连接扩展插件卡的总线。
它允许用户根据个人需求对计算机进行功能扩展。
常见的扩展总线有ISA总线、PCI总线、AGP总线和PCI Express总线等。
1. ISA总线ISA总线（Industry Standard Architecture Bus）是较早期的一种扩展总线，用于连接低速外设。
由于其传输速度较慢，已逐渐被后来的总线所取代。
2. PCI总线PCI总线（Peripheral Component Interconnect Bus）是一种高速的扩展总线，具有较大的带宽和较快的传输速度。
它广泛应用于连接多种外部设备，如显卡、声卡和网卡等。
3. AGP总线AGP总线（Accelerated Graphics Port Bus）是专门用于连接显卡的扩展总线。
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第八章系统总线
2. 简单回答下列问题。
（参考答案略）
（1）什么情况下需要总线仲裁？总线仲裁的目的是什么？有哪几种常用的仲裁方式？各有什么特点？
（2）总线通信采用的定时方式有哪几种？各有什么优缺点？
（3）在异步通信中，握手信号的作用是什么？常见的握手协议有哪几种？各有何特点？
（4）什么叫非突发传送和突发传送？
（5）提高同步总线的带宽有哪几种措施？
（6）制定总线标准的好处是什么？总线标准是如何制定出来的？
3. 假设一个同步总线的时钟频率为50MHz，总线宽度为32位，该总线的最大数据传输率为多少？‘
参考答案：
最大数据传输率为：4B×50M=20MB/s
5. 假定一个32位微处理器的外部处理器总线的宽度为16位，总线时钟频率为40MHz，假定一个总线事务的
最短周期是4个总线时钟周期，该处理器的最大数据传输率是多少？如果将外部总线的数据线宽度扩展为32位，那么该处理器的最大数据传输率提高到多少？这种措施与加倍外部总线时钟频率的措施相比，哪种更好？
参考答案：
一次总线事务至少为4×1/40M(秒)，只能传送16位数据，故处理器最大数据传输率为：2B/(4×1/40M) = 20MB/秒。
若采用32位总线宽度，则可提高到4B/(4×1/40M) = 40MB/s.
若倍频，也可提高到2B/(4×1/80M)=40MB/s. 两者效果相同。
6. 试设计一个采用固定优先级的具有4个输入的集中式独立请求裁决器。
参考答案：
设计一个并行判优电路即可。
7. 假设某存储器总线采用同步通信方式，时钟频率为50MHz时钟，每个总线事务以突发方式传输8个字，以
支持块长为8 个字的Cache行读和Cache行写，每字4字节。
对于读操作，访问顺序是1个时钟周期接受地址，3个时钟周期等待存储器读数，8个时钟周期用于传输8个字。
对于写操作，访问顺序是1个时钟周期接受地址，2个时钟周期延迟，8个时钟周期用于传输8个字，3个时钟周期恢复和写入纠错码。
对于以下访问模式，求出该存储器读/写时在存储器总线上的带宽。
①全部访问为连续的读操作；
②全部访问为连续的写操作；
③的访问为读操作，35%的访问为写操作。
65%
参考答案：
①8个字用1+3+8=12个周期，故8×4B/(12×1/50M) = 133 MB/s.
②8个字用1+2+8+3=14个周期，故8×4B/(14×1/50M) = 114 MB/s.
③故. 133×65% + 114×35% = 126.0MB/s.
用另外一种计算方式结果差不多：8x4B/((12x65%+14x35%)x1/50M) = 126 MB/s
8. 考虑以下两种总线：
总线1是64位数据和地址复用的总线。
能在一个时钟周期中传输一个64位的数据或地址。
任何一个读写操作总是先用一个时钟周期传送地址，然后有2个时钟周期的延迟，从第四时钟周期开始，存储器系统以每个时钟2个字的速度传送，最多传送8个字。
总线2是分离的32位地址和32位数据的总线。
读操作包括：一个时钟周期传送地址，2个时钟周期延迟，从第四周期开始，存储器系统以每时钟1个字的速度传输最多8个字。
对于写操作，在第一个时钟周期内第一个数据字与地址一起传输，经过2个时钟周期的延迟后，以每个时钟1个字的速度最多传输7个余下的数据字。
假定进行60%的读操作和40%的写操作。
在以下两种情况下，求这两种总线和存储器能提供的带宽。
①只进行单数据字的传输。
②所有的传输都是8个字的数据块。
参考答案：
设时钟周期为T，一个字为32位，64位则为2个字。
总线1：地址/数据复用。
所以，读和写操作所花时间都一样。
总线2：地址和数据分离。
所以，读和写操作所花时间不一样。
①单数据字传送的情况
总线1：虽然每个时钟周期可传2个字，但只需传一个字，所花时间为4T。
每个时钟周期只传送一个字。
因此带宽为4B/4T=1 B/T。
总线2：读一字时间为：3+1=4T；写一字时间为：3T。
因此带宽为：4B/4T×60%+4B/3T×40%=1.1 B/T。
（比总线1快）
②8个字的数据块传送情况
总线1：对于传送8个字的数据块，所花时间为4T+3T。
也即读或写8个字所花时间都为7T。
因此带宽为：8×4B/7T=(32/7) B/T。
总线2：读8个字时间为：3+8=11T；写8个字时间为：3+7=10T。
因此带宽为：
8×4B/11T×60%+8×4B/10T×40%=(32/10.6) B/T。
（比总线1慢）。