第3章 系统总线-1 - 概述、分类、特性
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《PROFIBUS总线》PPT课件
8>使用半双工传输； 9>地址定义范围为:0～127； 10>使用两类站:主站 <主动站,具有总线存取控制权
>和从站 <被动站,没有总线存取控制权>； 11>总线存取基于混合、分散、集中3种方式； 12>数据传输服务有两类: 非循环的:有/无应答要求的发送数据;有应答要求的
发送和请求数据. 循环的 <轮询>:有应答要求的发送和请求数据.
〔1〕NC/RC行规 <3.052>:机床和装配机器人
〔2〕编码器行规 <3.062>:回转式、转角式 和线性编码器与PROFlBUS-DP的连接.
〔3〕变速传动行规 <3.071>:传动技术设备 生产厂商共同制定了PROFIDRIVE行规.
〔4〕操作员控制和过程监视行规 <HMI>:通 过PROFIBUS-DP与更高一级自动化部件的连
PROFIBUS通信模型
第三节 PROFIBUS的通信模型
一、物理层 1.DP/FMS<RS-485>的物理层 2.DP/FMS<光缆>的物理层 3.PA的物理层
1.DP/FMS<RS-485>的物理层
屏蔽双绞电缆符合EIA RS-485标准<也称 H2>
总线段的两端各有一个终端器 传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选
组成部分 <TYPEIII>； 20XX成为中国的机械行业标准/T10308-3-
2001.
PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: 1.PROFIBUS-DP 用于传感器和执行器级的高速数据传输,它以
DIN19245的第三部分为基础,根据其所需要达 到的目标对通信功能加以扩充,DP的传输速率 可达12Mbit/s,一般构成单主站系统,主站、 从站间采用循环数据传输方式工作.
总线基本知识(共34张PPT)
第3页，共34页。
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1
1.微型计算机总线概述
总线:是一组信号线的集合.它是器件之间通信和控制 的的渠道.
——以分时的方法来为多个部件服务的 ——总线仲裁电路来避免总线冲突
——总线的指标主要有2个，总线的工作频率和总线的宽度
—总线频率是总线时钟频率
—总线的宽度是指能够一次并行传送的信息位数
第4页，共34页。
RS-485采用半双工工作方式，因此，发送电路须由使能信号 加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉信号 线
第22页，共34页。
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5
2.ＵＳＢ总线
USB(UniversalSerialBus)是外围设备与计算机进行连接的 接口总线．
——即插即用，热拔插，接口体积小，节省资源，传输可 靠，提供电源，良好的兼容性，共享式通信和低成本 ——达到了480Ｍb/s的传输速度. ——半双工串行总线.
7.1 总线基本知识
第1页，共34页。
内容简介 重点/难点 习题解答
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内容简介
总线是微型计算机系统的重要组成部分，是系
统中传递各类信息的通道，也是微型计算机系统中 各模块间的物理接口，它负责CPU和其它部件之间 信息的传递。通过本章学习，熟悉总线的一般概念 和微机系统总线的组成，理解PCI总线、RS-232-C 总线和USB总线的性能特点、连接方法及应用场合， 学会根据总线的规范设计简单的扩展接口。
初始化，在主控制器与USB设备之间建立通信信道。
•设备驱动程序(USBDeviceDriver) ——驱动USB设备的程序，通常由操作系统或USB设备制造商
提供。
•USB芯片驱动程序(USBDriver)
计算机组成与系统作业
第1章计算机系统概述作业1、什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。
2、什么是主机？什么是CPU？什么是存储器？简述它们的功能。
3、计算机的硬件指标有哪些？4、解释英文缩写的含义：MIPS、CPI、FLOPS。
5、什么是机器字长、指令字长、存储字长？第3章系统总线1、解释下列概念（1）总线（2）系统总线（3）通信总线（4）总线主设备（5）总线从设备（6）总线仲裁2、什么是总线通信控制？为什么需要总线通信控制？3、什么是总线标准？为什么要制定总线标准？4、在高档PC机中，流行使用三总线(系统总线、PCI总线、ISA总线)结构。
说明这三种总线的连接关系，并举例说明每组总线上所连接的部件。
5、某总线在一个总线周期中可并行传送8个字节数据。
假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线的时钟周期频率为66MHz，求总线的带宽。
第4章存储器1、试比较主存、辅存、缓存、控存、虚存。
2、试比较RAM和ROM。
3、试比较静态RAM和动态RAM。
4、名词解释：存取周期、存取时间、存储容量。
5、什么是存储密度？什么是数据传输率？6、存储器的主要功能有哪些？如何衡量存储器的性能？为什么要把存储系统分成若干不同的层次？主要有哪些层次？每层由什么存储介质实现？7、什么是刷新？刷新有几种方式？简要说明之。
8、简述主存的读/写过程。
9、提高存储器的速度可采取哪些措施？简要说明之。
10、设有16个固定磁头的磁盘，每磁道存储容量为62500B，磁盘驱动器转速为2400rpm，试求最大数据传输率。
11、什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？12、试比较Cache管理中各种地址映像的方法。
13、在Cache管理中，当新的主存块需要调入Cache时，有几种替换算法？各有何特点？哪种算法平均命中率高？14、设CPU共有16根地址线、8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号(低电平有效)，用WR作为读/写控制信号(高电平为读，低电平为写)。
计算机组成原理-第二版-唐朔飞著-课后习题答案完整
第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
2. 如何理解计算机的层次结构？答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。
（1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。
（2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。
（3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。
各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。
3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。
4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。
5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8● 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；● 指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；●指令和数据均用二进制表示；● 指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；● 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；● 机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。
计算机组成原理
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
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
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
计算机组成原理课程介绍
《计算机组成原理第 2 版》（唐朔飞编著，高等教育 出版社）是 “十一五” 国家级规划教材，自 2008 年 1 月 出版至今，已印刷 5 次，共 90000 余册。
计算机组成原理课程
四、教学方法
填鸭似的 灌入式 学生参与思索的 启发式 激发学生主动探求答案积极性的 激发式
老师授课时 在每个章节处安排疑点 在每一堂课的前后连接处提出悬念 激发学生学习的兴趣和探索的欲望，引导学生主动思考
（10）控制单元的设计（4 学时） 组合逻辑设计：组合逻辑控制单元框图、微操作节拍安 排、组合逻辑设计举例。 微程序设计：微程序控制单元框图及工作原理、微指令 的编码方式、微指令地址的形成方式、微指令格式、微程序 设计举例。
计算机组成原理课程
二、教材选择
选用普通高等教育 “十一五” 国家级规划教材《计算机组 成原理第 2 版》（唐朔飞编著，高等教育出版社， 2008 年 1月） 该教材是面向 21 世纪课程教材《计算机组成原理》的第 2 版。
计算机组成原理教学设计
哈尔滨工业大学 唐朔飞
2009年10月30日
计算机组成原理教学设计
课程的内容体系 教材选择 课程讲授 作业安排 实验环节 考题设计 成绩评定
计算机组成原理教学设计
一、课程的内容体系
1．基本描述 课程名称：计算机组成原理 课程英文名称：Principles of Computer Organization 课程性质：计算机科学与技术专业必修的核心专业基础课 总学时：68 讲课学时：52 实验学时：16 先修课程：计算机导论、数字逻辑设计、汇编语言程序设计 后续课程：计算机接口技术、计算机系统结构、操作系统等
哈工大是国家 “985” 重点建设的大学，哈工大计算机 科学与技术学科被认定为国家一级重点学科，我们的人才 培养理念是 “研究型、个性化、精英式” 人才。
计算机组成原理课程
四、教学方法
填鸭似的 灌入式 学生参与思索的 启发式 激发学生主动探求答案积极性的 激发式
老师授课时 在每个章节处安排疑点 在每一堂课的前后连接处提出悬念 激发学生学习的兴趣和探索的欲望，引导学生主动思考
（10）控制单元的设计（4 学时） 组合逻辑设计：组合逻辑控制单元框图、微操作节拍安 排、组合逻辑设计举例。 微程序设计：微程序控制单元框图及工作原理、微指令 的编码方式、微指令地址的形成方式、微指令格式、微程序 设计举例。
计算机组成原理课程
二、教材选择
选用普通高等教育 “十一五” 国家级规划教材《计算机组 成原理第 2 版》（唐朔飞编著，高等教育出版社， 2008 年 1月） 该教材是面向 21 世纪课程教材《计算机组成原理》的第 2 版。
计算机组成原理教学设计
哈尔滨工业大学 唐朔飞
2009年10月30日
计算机组成原理教学设计
课程的内容体系 教材选择 课程讲授 作业安排 实验环节 考题设计 成绩评定
计算机组成原理教学设计
一、课程的内容体系
1．基本描述 课程名称：计算机组成原理 课程英文名称：Principles of Computer Organization 课程性质：计算机科学与技术专业必修的核心专业基础课 总学时：68 讲课学时：52 实验学时：16 先修课程：计算机导论、数字逻辑设计、汇编语言程序设计 后续课程：计算机接口技术、计算机系统结构、操作系统等
哈工大是国家 “985” 重点建设的大学，哈工大计算机 科学与技术学科被认定为国家一级重点学科，我们的人才 培养理念是 “研究型、个性化、精英式” 人才。
总线的基本概念
• 现在采用半同步传送方式的微机系统较多。
12
微型计算机原理与接口技术
• 同步传送的主要优点是简单，数据传送由单一信号控制。由于采用了公共时钟，每 个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定，因此，同步传送具有较高 的传输频率。同步传送适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况。 这是因为同步方式对任何两个功能模块的通信都给予同样的时间安排。由于同步总 线必须按最慢的模块来设计公共时钟，当各功能模块存取时间相差很大时，会大大 降低总线效率。
8
1.4 总线的数据传输方式
• 主控模块和从属模块之间的数据传输方式，可分为同步传送、异步传送、半同步传 送三种，它们各有优缺点。
9
1．同步传送
• 同步传送时采用一个“系统时钟”作为各模块动作的基准时间。模块间通过总线进 行一次传送所需的时间是固定的，其中每一步骤的起止时刻，也都有严格的规定， 都以系统时钟来统一步伐。很多微机系统的基本传送方式都是同步式传送。
3
2．微处理器总线
• 微处理器总线或称处理器总线、主板局部总线、元件级总线，它是指在印刷电路板 上连接各芯片的公共通路。它可能是一台单板计算机或是一块CPU主板上用于芯片 一级的连接总线。它是微型机系统的重要总线。它一般是CPU芯片引脚的延伸，与 CPU的关系密切。但当板内芯片较多时，往往需增加锁存、驱动等电路，以提高驱 动能力。
• 由于片内总线所连接的部件都在1个硅片上，追求高速度是它的主要目标，所以器 件级的总线都采用并行总线。同样为了提高速度，克服1组总线上同一时刻只能有2 个部件通信所造成的限制，还采取了多总线的措施。使芯片中可以有1个以上的通 信同时进行，实现片内几个部件并行工作，大大地提高了芯片的工作速率。比如， Pentium CPU内11个大部件就可以同时操作，使它对指令的处理速度得到极大的提 高。
12
微型计算机原理与接口技术
• 同步传送的主要优点是简单，数据传送由单一信号控制。由于采用了公共时钟，每 个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定，因此，同步传送具有较高 的传输频率。同步传送适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况。 这是因为同步方式对任何两个功能模块的通信都给予同样的时间安排。由于同步总 线必须按最慢的模块来设计公共时钟，当各功能模块存取时间相差很大时，会大大 降低总线效率。
8
1.4 总线的数据传输方式
• 主控模块和从属模块之间的数据传输方式，可分为同步传送、异步传送、半同步传 送三种，它们各有优缺点。
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1．同步传送
• 同步传送时采用一个“系统时钟”作为各模块动作的基准时间。模块间通过总线进 行一次传送所需的时间是固定的，其中每一步骤的起止时刻，也都有严格的规定， 都以系统时钟来统一步伐。很多微机系统的基本传送方式都是同步式传送。
3
2．微处理器总线
• 微处理器总线或称处理器总线、主板局部总线、元件级总线，它是指在印刷电路板 上连接各芯片的公共通路。它可能是一台单板计算机或是一块CPU主板上用于芯片 一级的连接总线。它是微型机系统的重要总线。它一般是CPU芯片引脚的延伸，与 CPU的关系密切。但当板内芯片较多时，往往需增加锁存、驱动等电路，以提高驱 动能力。
• 由于片内总线所连接的部件都在1个硅片上，追求高速度是它的主要目标，所以器 件级的总线都采用并行总线。同样为了提高速度，克服1组总线上同一时刻只能有2 个部件通信所造成的限制，还采取了多总线的措施。使芯片中可以有1个以上的通 信同时进行，实现片内几个部件并行工作，大大地提高了芯片的工作速率。比如， Pentium CPU内11个大部件就可以同时操作，使它对指令的处理速度得到极大的提 高。
计算机组成原理唐朔飞PPT 第3章 系统总线教材
ISA EISA …
图文传真
多媒体
高速局域网
高性能图形
8 MHz的16位数据通路
调制解调器
…
3.4 总线结构
3. PCI 总线结构
系统总线
CPU 存储器
PCI 桥
标准总线 33 MHz的32位数据通路 控制器
8 MHz的16位数据通路
PCI 总线
SCSIⅡ 控制器 高性能图形
ISA EISA
图文传真 调制解调器
3.3 总线特性及性能指标
总线标准 ISA(工业标准结构) EISA (扩充、开放) VESA(VL-BUS) (视频电子标准协会) 数据线 16 32 32 总线时钟 8 MHz（独立） 8 MHz（独立） 33 MHz（CPU） 带宽 16 MBps 33 MBps 133 MBps
PCI （外围部件互连）
1. 面向 CPU 的双总线结构框图
中央处理 器 CPU
I/O总线
M 总 线
主存储器 M.M
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
外部 设备1
外部 设备2
…
外部 设备n
3.1 总线的基本概念
2. 单总线结构框图
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
CPU
M.M
外部 设备1 外部 设备2 … 外部 设备n
BUS
3.3 总线特性及性能指标
二、总线特性
1. 机械特性 2. 电气特性
尺寸 形状
传输方向 和有效的 电平 范围 每根传输线的 功能 信号的 时序 关系
3. 功能特性
4. 时间特性
地址 数据 控制
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18
总线允许：表示需要获得总线使用权的部件已获得了控制权。
存储器写：将数据总线上的数据写至存储器指定地址单元内。
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。 由于外部连接、距离远近、速度快慢、工作方式 等原因，使得通信总线的差别极大，分类多种。 串行通信总线
I/O总线
M 总 线
主存
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
I/O 设备1
I/O 设备2
…
I/O 设备n
7
面向 CPU 的双总线结构框图
2. 单总线结构框图
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
CPU
主存
I/O 设备1 I/O 设备2 … I/O 设备n
8
改进：I/O设备---主存，原则上不影响CPU，使其效率提高。 2. 单总线结构框图 缺点：总线争用、判优。
5
三、总线结构的计算机举例
1. 面向 CPU 的双总线结构框图
中央处理器 CPU
I/O总线
M 总 线
主存
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口I/O 设备1I NhomakorabeaO 设备2
…
I/O 设备n
6
M总线：存储总线，连接CPU和主存的总线。 三、总线结构的计算机举例 I/O总线：输入输出总线，建立CPU和I/O设备之间交换信息的 通道。（ I/O设备----I/O接口---I/O总线） 1. 面向 CPU 的双总线结构框图 缺点：I/O设备----CPU---主存，影响CPU的效率。 中央处理器 CPU
地址总线的位数与存储单元的个数有关
16
2.系统总线
计算机各部件之间 的信息传输线 （板级总线 或 板间总线）
（3）控制总线——发出控制信号的传输线 一根控制线的传输是单向的； 但对于控制总线来说，又可以看做是双向的。 有出 有入 (对于CPU而言)
中断请求、总线请求 存储器读、存储器写 总线允许、中断确认
RS-232、RS-485、USB、CAN IEEE488、VISA、VXI
19
传输方式
并行通信总线
一、总线结构的物理实现
总线就是一组电导线，由许多导线直接印刷在电 路板上，延伸到各个部件。 CPU 插板 主存 插板 I/O 插板
BUS
主板
20
CPU插槽—Socket、Slot；主存插槽—EDO、SRAM、DDR
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
CPU
主存
I/O 设备1 I/O 设备2 … I/O 设备n
9
单总线结构框图
3. 以存储器为中心的双总线结构框图
系统总线
I/O接口
…
I/O接口
CPU
存储总线
主存
I/O 设备1 … I/O 设备n
10
改进：存储总线——速度高，只供CPU和主存之间传输信息。 优点：提高了传输效率，减轻了系统总线的负担，保留了单总 3. 以存储器为中心的双总线结构框图 线结构的优点。
如: 总线的时钟频率为100MHz，总线的传输周期为4个时钟 周期，总线宽度为32位，则总线的带宽（数据传输率）？ 若想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？ 带宽计算公式：Dr=D/T=D×f; T是总线传输周期T=1/f, D为一个总线周期传送的数据量。
23
三、总线的性能指标
3. 时钟同步/异步 同步、不同步 4. 总线复用 5. 信号线数
存储器
输入设备
运算器
输出设备
实线：数据线 虚线：控制线和反馈线
控制器
2
后来，改为以存储器为中心的结构。 I/O设备与主存交换信息，可以不经过 一、为什么要用总线 运算器，又采用了中断、DMA等技术，使 计算机系统五大部件的连接方式： CPU工作效率得到很大提高。但是，仍无 I/O设备与主机之间连接的灵活性。 1、分散连接 — 法解决 各部件之间使用单独的连线
几种系统总线标准-PCI局部总线
PCI—Peripheral Component Interconnect 外设部件互连总线
1991年下半年，Intel公司提出概念；1992年，随着80486 CPU的广泛应用，Intel公司与IBM、Compaq、AST、HP、DEC等 100多家公司联合推出。 PCI局部总线是一种高性能、32位或64位地址数据线复用 的总线。 PCI总线仍然与 ISA和EISA总线兼容。
3.1 总线的基本概念 3.2 总线的分类 3.3 总线特性及性能指标 3.4 总线结构 3.5 总线控制
1
早期的计算机采用比较多。 它是以运算器为中心的结构，内部连 一、为什么要用总线 线复杂，尤其当I/O与存储器交换信息时， 计算机系统五大部件的连接方式： 都需经过运算器，致使运算器停止运算， 严重影响了 CPU的工作效率。 1、分散连接 — 各部件之间使用单独的连线
35
几种系统总线标准-PCI局部总线
主板上的PCI插槽
36
PCI-SIG组织 PCI Special Interest Group， PCI特别兴趣组； 1992年成立， 现有900多个企业成员； 该组织拥有并管理作为业界开放标准的PCI规范。
37
几种系统总线标准-AGP总线
二、总线特性
1. 机械特性 2. 电气特性
总线在机械连接方式上的性能，如：插头和 插座的使用标准，它们的几何尺寸、形状、引脚 个数 及 排列顺序，接头处的可靠接触等。 总线的每一根传输线上，信号的传输方向 和有效的 电平 范围。 地址—地址码、数据—传数据 控制—发控制信号，比如：CPU发出 的（存储器读/写、I/O设备读/写）、 I/O设备向CPU发来的（中断、DMA）
17
（3）控制总线常用的控制信号：
时钟：用来同步各种操作。 复位：初始化所有部件。 总线请求：表示某部件需获得总线使用权。 中断请求：表示某部件提出中断请求。 中断响应：表示中断请求已被接收。 存储器读：将指定存储单元中的数据读到数据总线上。 I/O读：从指定的I/O端口将数据读到数据总线上。 I/O写：将数据总线上的数据输出到指定的I/O端口内。 传输响应：表示数据已被接收，或已将数据送至数据总线上
随着，IBM PC及其兼容产品的广泛应用， PC/AT总线的规范逐渐标准化，形成ISA总线标准； ISA总线最大传输速率8MBps和16MBps。
30
几种系统总线标准-EISA总线
31
几种系统总线标准-EISA总线
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几种系统总线标准-VESA总线（VL-BUS总线）
VESA局部总线结构
33
芯片内部 的总线
如：CPU芯片内部，寄存器与寄存器之 间、寄存器与算术逻辑单元ALU之间的 总线。
14
机器字长：CPU一次能处理数据的位数，与CPU寄存器位数有关。 存储字长：一个存储单元能存放二进制信息的位数，如：8b、16b。
2.系统总线
计算机各部件之间 的信息传输线 （板级总线 或 板间总线）
几种系统总线标准-ISA总线 PC/XT总线62芯引脚插槽
地址线（20根） 数据线（8根） 控制线（21根） 状态线（2根） 辅助线（3根） 电源信号及接地信号
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几种系统总线标准-ISA总线
ISA-Industry Standard Architecture 工业标准体系结构
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几种系统总线标准-PCI局部总线 PCI总线的版本从V1.0，V2.1到V2.2。其中，V2.2 的性能： 位宽 总线工作频率 最大带宽 32位 33M/66M 133/266MBps PCI 2.2 (是ISA的33倍) 64位 33M/66M 266/533MBps
特点 插座形状和引脚 为白色矩形插座。总引线数120条。
（1）数据总线 双向 位数（宽度）与机器字长、存储字长有关 例如：数据总线的宽度是8位，指令字长是16位，则 2次 CPU在取指令阶段需要访问几次主存？
数据总线是衡量系统性能的一个重要参数
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2.系统总线
计算机各部件之间 的信息传输线 （板级总线 或 板间总线）
（2）地址总线 单向 位数（宽度）与存储地址、 I/O地址有关 例如：CPU从主存读数据、CPU向外部设备输出 例如：地址总线20根，则对应的存储单元多少个？ 2的20次方
系统总线
I/O接口
…
I/O接口
CPU
存储总线
主存
I/O 设备1 … I/O 设备n
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以存储器为中心的双总线结构框图
并行传输总线 数据传送方式 串行传输总线
8位、16位 32位、64位
计算机（包括外设）总线 总线的 使用范围 测控总线 网络通信总线 片内总线 系统总线 通信总线
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连接部件
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1.片内总线
ISA
模块
模块
标准界面
系统
系统
准
RS-232 USB
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几种系统总线标准-ISA总线
ISA-Industry Standard Architecture 工业标准体系结构
ISA-8（XT总线） 1981年，IBM推出个人计算机PC/XT： 基于8位字长的8088 CPU； 采用8位宽系统总线，称为PC/XT总线或者XT总线。 总线工作频率是4.77MHz。
ISA-16（AT总线） 1984年，IBM推出个人计算机PC/AT： 基于16位字长的80286 CPU； 采用与XT总线兼容的16位的PC/AT总线； 总线的工作频率是8MHz。
几种系统总线标准-ISA总线
29
总线允许：表示需要获得总线使用权的部件已获得了控制权。
存储器写：将数据总线上的数据写至存储器指定地址单元内。
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。 由于外部连接、距离远近、速度快慢、工作方式 等原因，使得通信总线的差别极大，分类多种。 串行通信总线
I/O总线
M 总 线
主存
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
I/O 设备1
I/O 设备2
…
I/O 设备n
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面向 CPU 的双总线结构框图
2. 单总线结构框图
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
CPU
主存
I/O 设备1 I/O 设备2 … I/O 设备n
8
改进：I/O设备---主存，原则上不影响CPU，使其效率提高。 2. 单总线结构框图 缺点：总线争用、判优。
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三、总线结构的计算机举例
1. 面向 CPU 的双总线结构框图
中央处理器 CPU
I/O总线
M 总 线
主存
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口I/O 设备1I NhomakorabeaO 设备2
…
I/O 设备n
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M总线：存储总线，连接CPU和主存的总线。 三、总线结构的计算机举例 I/O总线：输入输出总线，建立CPU和I/O设备之间交换信息的 通道。（ I/O设备----I/O接口---I/O总线） 1. 面向 CPU 的双总线结构框图 缺点：I/O设备----CPU---主存，影响CPU的效率。 中央处理器 CPU
地址总线的位数与存储单元的个数有关
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2.系统总线
计算机各部件之间 的信息传输线 （板级总线 或 板间总线）
（3）控制总线——发出控制信号的传输线 一根控制线的传输是单向的； 但对于控制总线来说，又可以看做是双向的。 有出 有入 (对于CPU而言)
中断请求、总线请求 存储器读、存储器写 总线允许、中断确认
RS-232、RS-485、USB、CAN IEEE488、VISA、VXI
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传输方式
并行通信总线
一、总线结构的物理实现
总线就是一组电导线，由许多导线直接印刷在电 路板上，延伸到各个部件。 CPU 插板 主存 插板 I/O 插板
BUS
主板
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CPU插槽—Socket、Slot；主存插槽—EDO、SRAM、DDR
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
CPU
主存
I/O 设备1 I/O 设备2 … I/O 设备n
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单总线结构框图
3. 以存储器为中心的双总线结构框图
系统总线
I/O接口
…
I/O接口
CPU
存储总线
主存
I/O 设备1 … I/O 设备n
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改进：存储总线——速度高，只供CPU和主存之间传输信息。 优点：提高了传输效率，减轻了系统总线的负担，保留了单总 3. 以存储器为中心的双总线结构框图 线结构的优点。
如: 总线的时钟频率为100MHz，总线的传输周期为4个时钟 周期，总线宽度为32位，则总线的带宽（数据传输率）？ 若想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？ 带宽计算公式：Dr=D/T=D×f; T是总线传输周期T=1/f, D为一个总线周期传送的数据量。
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三、总线的性能指标
3. 时钟同步/异步 同步、不同步 4. 总线复用 5. 信号线数
存储器
输入设备
运算器
输出设备
实线：数据线 虚线：控制线和反馈线
控制器
2
后来，改为以存储器为中心的结构。 I/O设备与主存交换信息，可以不经过 一、为什么要用总线 运算器，又采用了中断、DMA等技术，使 计算机系统五大部件的连接方式： CPU工作效率得到很大提高。但是，仍无 I/O设备与主机之间连接的灵活性。 1、分散连接 — 法解决 各部件之间使用单独的连线
几种系统总线标准-PCI局部总线
PCI—Peripheral Component Interconnect 外设部件互连总线
1991年下半年，Intel公司提出概念；1992年，随着80486 CPU的广泛应用，Intel公司与IBM、Compaq、AST、HP、DEC等 100多家公司联合推出。 PCI局部总线是一种高性能、32位或64位地址数据线复用 的总线。 PCI总线仍然与 ISA和EISA总线兼容。
3.1 总线的基本概念 3.2 总线的分类 3.3 总线特性及性能指标 3.4 总线结构 3.5 总线控制
1
早期的计算机采用比较多。 它是以运算器为中心的结构，内部连 一、为什么要用总线 线复杂，尤其当I/O与存储器交换信息时， 计算机系统五大部件的连接方式： 都需经过运算器，致使运算器停止运算， 严重影响了 CPU的工作效率。 1、分散连接 — 各部件之间使用单独的连线
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几种系统总线标准-PCI局部总线
主板上的PCI插槽
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PCI-SIG组织 PCI Special Interest Group， PCI特别兴趣组； 1992年成立， 现有900多个企业成员； 该组织拥有并管理作为业界开放标准的PCI规范。
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几种系统总线标准-AGP总线
二、总线特性
1. 机械特性 2. 电气特性
总线在机械连接方式上的性能，如：插头和 插座的使用标准，它们的几何尺寸、形状、引脚 个数 及 排列顺序，接头处的可靠接触等。 总线的每一根传输线上，信号的传输方向 和有效的 电平 范围。 地址—地址码、数据—传数据 控制—发控制信号，比如：CPU发出 的（存储器读/写、I/O设备读/写）、 I/O设备向CPU发来的（中断、DMA）
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（3）控制总线常用的控制信号：
时钟：用来同步各种操作。 复位：初始化所有部件。 总线请求：表示某部件需获得总线使用权。 中断请求：表示某部件提出中断请求。 中断响应：表示中断请求已被接收。 存储器读：将指定存储单元中的数据读到数据总线上。 I/O读：从指定的I/O端口将数据读到数据总线上。 I/O写：将数据总线上的数据输出到指定的I/O端口内。 传输响应：表示数据已被接收，或已将数据送至数据总线上
随着，IBM PC及其兼容产品的广泛应用， PC/AT总线的规范逐渐标准化，形成ISA总线标准； ISA总线最大传输速率8MBps和16MBps。
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几种系统总线标准-EISA总线
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几种系统总线标准-EISA总线
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几种系统总线标准-VESA总线（VL-BUS总线）
VESA局部总线结构
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芯片内部 的总线
如：CPU芯片内部，寄存器与寄存器之 间、寄存器与算术逻辑单元ALU之间的 总线。
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机器字长：CPU一次能处理数据的位数，与CPU寄存器位数有关。 存储字长：一个存储单元能存放二进制信息的位数，如：8b、16b。
2.系统总线
计算机各部件之间 的信息传输线 （板级总线 或 板间总线）
几种系统总线标准-ISA总线 PC/XT总线62芯引脚插槽
地址线（20根） 数据线（8根） 控制线（21根） 状态线（2根） 辅助线（3根） 电源信号及接地信号
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几种系统总线标准-ISA总线
ISA-Industry Standard Architecture 工业标准体系结构
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几种系统总线标准-PCI局部总线 PCI总线的版本从V1.0，V2.1到V2.2。其中，V2.2 的性能： 位宽 总线工作频率 最大带宽 32位 33M/66M 133/266MBps PCI 2.2 (是ISA的33倍) 64位 33M/66M 266/533MBps
特点 插座形状和引脚 为白色矩形插座。总引线数120条。
（1）数据总线 双向 位数（宽度）与机器字长、存储字长有关 例如：数据总线的宽度是8位，指令字长是16位，则 2次 CPU在取指令阶段需要访问几次主存？
数据总线是衡量系统性能的一个重要参数
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2.系统总线
计算机各部件之间 的信息传输线 （板级总线 或 板间总线）
（2）地址总线 单向 位数（宽度）与存储地址、 I/O地址有关 例如：CPU从主存读数据、CPU向外部设备输出 例如：地址总线20根，则对应的存储单元多少个？ 2的20次方
系统总线
I/O接口
…
I/O接口
CPU
存储总线
主存
I/O 设备1 … I/O 设备n
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以存储器为中心的双总线结构框图
并行传输总线 数据传送方式 串行传输总线
8位、16位 32位、64位
计算机（包括外设）总线 总线的 使用范围 测控总线 网络通信总线 片内总线 系统总线 通信总线
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连接部件
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1.片内总线
ISA
模块
模块
标准界面
系统
系统
准
RS-232 USB
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几种系统总线标准-ISA总线
ISA-Industry Standard Architecture 工业标准体系结构
ISA-8（XT总线） 1981年，IBM推出个人计算机PC/XT： 基于8位字长的8088 CPU； 采用8位宽系统总线，称为PC/XT总线或者XT总线。 总线工作频率是4.77MHz。
ISA-16（AT总线） 1984年，IBM推出个人计算机PC/AT： 基于16位字长的80286 CPU； 采用与XT总线兼容的16位的PC/AT总线； 总线的工作频率是8MHz。
几种系统总线标准-ISA总线
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