第六章 第二讲 计算机总线技术
计算机总线技术
计算机总线技术在当今数字化的时代，计算机已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
而在计算机内部，有一项关键的技术起着至关重要的作用，那就是计算机总线技术。
简单来说，计算机总线就像是计算机内部的“高速公路”，负责在各个部件之间传输数据、指令和信息。
想象一下，如果计算机的各个部件之间没有高效的通信方式，就好比城市中的道路混乱无序，交通堵塞，整个系统的运行效率将会极其低下。
计算机总线可以分为多种类型，其中包括数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线主要负责传输数据，它的宽度决定了一次能够传输的数据量。
比如，如果数据总线的宽度是 32 位，那么一次就能传输 32 位的数据；如果是 64 位，传输的数据量就更大。
地址总线则用于指定数据在存储器中的位置，就像是告诉你要去城市的哪个区域寻找所需的信息。
控制总线则负责传输控制信号，协调各个部件的工作，比如启动、停止、读取、写入等操作。
在计算机的发展历程中，总线技术也在不断演进。
早期的计算机使用的是简单的并行总线，随着技术的进步，逐渐出现了串行总线。
并行总线在同一时刻可以传输多个数据位，但存在信号干扰、线路复杂等问题。
串行总线虽然一次只能传输一位数据，但通过提高传输频率和采用先进的编码技术，能够实现高速的数据传输，并且线路简单，成本较低。
常见的计算机总线标准有很多，比如 PCI 总线、PCI Express 总线、USB 总线等。
PCI 总线曾经在计算机中广泛应用，它可以连接显卡、声卡、网卡等各种扩展设备。
PCI Express 总线则是对PCI 总线的升级，具有更高的传输速度和更好的扩展性。
而 USB 总线则主要用于连接外部设备，如鼠标、键盘、打印机、移动硬盘等，其方便易用的特点使其成为了计算机与外部设备通信的重要接口。
计算机总线的性能对于计算机系统的整体性能有着重要的影响。
一个高速、高效的总线能够大大提高数据传输的速度，减少数据传输的延迟，从而提升计算机的运行效率。
计算机总线技术
计算机总线技术计算机总线是计算机系统中，连接各种部件的一种通信方式，是计算机内部通信的高速公路。
计算机总线技术是计算机发展历程中一个非常重要的组成部分，它是实现计算机微处理器和各种外部设备之间通信的关键技术。
总线的分类计算机总线可以根据其通信方式和功能分类，一般可以分为系统总线、I/O总线和内部总线等几种不同类型。
1. 系统总线：系统总线是计算机系统中最重要的总线，它连接CPU和主板上的各种芯片和集成电路。
由于系统总线负责传输信息量最大，速度最快，因此对于计算机系统的性能影响最大。
2. I/O总线：I/O总线主要负责连接输入输出设备，如硬盘、光驱、显示器等设备，要求传输数据的可靠性和实时性，因此速率不如系统总线。
3. 内部总线：内部总线主要用于连接计算机内部组成部分，如CPU内部各种寄存器之间的通信等，具有高速传输、可靠性、实时性等特点。
总线的结构总线结构是计算机总线技术的核心，通常由三个部分组成1. 控制线：负责控制数据和地址传输的时序和过程，起到控制和同步各部分信号的作用。
2. 数据线：传输数据的通道，根据数据位宽不同，可以分为8位，16位，32位，64位等多种类型。
3. 地址线：传输地址的通道，用来指示存储位置的地址信息。
不同的计算机总线由于地址位宽不同，连接的外部设备数量也有所不同。
总线的管理计算机总线技术在计算机系统中的作用非常重要，因此在计算机系统管理中也非常重要。
在实际应用中，通过系统总线来连接各种接口设备，因此计算机系统的性能不仅与CPU的性能相关，还与总线的特性和质量有关。
因此，在计算机系统的维护和管理时需要对各部分设备的硬件进行严格的管理和维护。
总线技术的未来随着计算机技术的不断发展，计算机总线技术也在不断进化，向着更快速、更高效、更智能的方向发展。
在未来，计算机总线开始向高速化、大容量化方向发展，同时与计算机的其他部分相协作，打造更加智能、高效的计算机系统。
总结计算机总线技术在计算机系统中起着重要的作用，它是计算机系统的基础之一，负责连接计算机内部所有的硬件设备和外部设备，保障数据的传输和交换。
计算机上的总线知识共10页
计算机上的总线知识计算机上的总线知识一、什么是总线总体上来说，总线是PC机的一种内部结构，它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道。
总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。
通俗的说,就是多个部件间的公共连线,用于在各个部件之间传输信息。
1、计算机工作原理大家可能都知道，我们现在使用的计算机是基于提出的"存储程序计算机(Stored Program Computer)"，又称冯·诺依曼结构。
冯·诺依曼结构具有两个特点：1.使用二进制；2.全部指令和数据存放在存储器中，数据处理单元到存储器中读取指令并顺序执行。
冯·诺依曼结构的核心思想就是"存储程序"，其最大的优点在于结构比较简单，便于控制。
基于这种结构，1949年制造出了电子计算机EDIAC(而非1946年制造的ENIAC)，宣告人类历史上的电子计算机时代开始了。
尽管经过了近60年的发展，计算机经历了4代的变迁，发展到了我们今天所使用的微型计算机时代，但是计算机的基本结构没有太大的变化，基本延续了冯·诺依曼当初的设计思想：如上图所示的计算机工作原理，计算机核心部件是运算器和控制器，我们想要处理的信息指令通过输入设备进入存储器，再由存储器进入运算器，运算结果从输出设备反馈给我们，当然这一切都是在控制器的指挥下完成的。
在实际应用中，控制器和运算器构成了我们通常所说的CPU，存储器就是内存、硬盘、光盘、U盘，当然还有一些老掉牙的设备(软盘、磁带、磁鼓…)；输入设备就是鼠标键盘，当然还有一些不常用的如扫描仪、光笔等等；输出设备则是显示器、打印机等等。
那么CPU和这些设备之间的信息交换是如何完成的呢?有的读者可能说：是通过主板完成的！这个答案可以算对，但是不太精确，其实CPU和外部设备之间的信息指令通讯是通过总线完成的。
2、总线的概念正如我们上面所说的，PC机的各个部件都要通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再于总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。
计算机总线技术
以太网：一种广泛使用的局域网技术适用于数据传输和网络通信 CN总线：一种用于汽车电子系统的现场总线技术具有高可靠性和实时性 USB总线：一种用于连接计算机和外部设备的通用串行总线技术支持热插拔和即插即用 以太网、CN总线、USB总线的特点和应用场景
DDR：第一代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为166MHz DDR2：第二代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为266MHz DDR3：第三代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为400MHz DDR4：第四代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为800MHz
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总线技术是一 种计算机硬件 技术用于连接 计算机的各个 部件实现数据 传输和通信。
总线技术包括 数据总线、地 址总线和控制 总线分别用于 传输数据、地 址和控制信号。
总线技术的主 要特点是共享 性、快速性和 可靠性可以提 高计算机系统 的性能和稳定
性。
总线技术广泛 应用于计算机、 通信、网络等 领域是计算机 硬件技术的重 要组成部分。
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更智能化：总线技术将更加智能化 能够自动调整传输速率和带宽以适 应不同的应用需求。
更节能：总线技术将更加注重节能 采用低功耗设计降低能源消耗提高 能源利用效率。
主板总线类型： PCI Express、ST、 USB等
总线布局：主板 上各个接口的位 置和连接方式
总线性能：总线 的传输速率、延 迟等性能指标
更高速：随着技术的发展总线速度将不断提高以满足日益增长的数据传输需求。
更稳定：总线技术将更加注重稳定性提高系统的可靠性和可用性。
计算机控制系统_总线概述
如图（b）所示，地址码的低位字节连接到总线译码器，形成选板信号（A5~A7，A2~A4，两组3：8译码器可选择64块板）和选口信号（A0、A1构成2：4译码器，可选择4个口地址），与读写信号（引线31、32）相结合，最多可寻址256个输入口和256个输出口（设每块板4个输入口和4个输出口），选通I/O端口工作。通过IOEXP (引线35)可扩展I/O接口板工作。
②引线逻辑电平在RS-232C标准中，规定用-3～-15V表示逻辑1；用+3～+15V表示逻辑0。
③旁路电容RS-232C终端一侧的旁路电容C小于2500pF。
④开路电压RS-232C的开路电压不能超过25V。
⑤短路抑制性能RS-232C的驱动电路必须能承受电缆中任何导线短路，而不至于损坏所连接的任何设备。
1.
RS-232-C总线的接口连接器采用DB-25插头和插座，其中阳性插头（DB-25-P）与DTE相连，阴性插座（DB-25-S）与DCE相连。
RS-232-C 25个引脚只定义了22个。通常使用的RS-232-C接口信号只有9根引脚.最基本的三根线是发送数据线2、数据线3和信号地线7，一般近距离的CRT终端、计算机之间的通信使用这三条线就足够了。其余信号线通常在应用MODEM（调制解调器）或通信控制器进行远距离通信时才使用。
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) 。
15
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
7
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
8
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?
4
1. 总线的特性(续) 电气特性
计算机总线课件
计算机总线课件计算机总线是指连接各种硬件设备之间的通信通路。
计算机系统中，总线通常包括地址总线、数据总线和控制总线三种类型的线路，它们共同组成了总线体系。
总线的主要作用是使得各种硬件设备能够互相通信，从而实现计算机系统的正常运行。
一、总线的组成1. 地址总线地址总线的作用是传递存储器地址信息和I/O地址信息。
地址总线的数量决定了计算机的寻址能力，例如一个有16根地址总线的计算机，可以寻址的存储器和设备地址数量为2的16次方，即64K。
2. 数据总线数据总线的作用是传输数据信息。
在计算机系统中，数据总线的宽度一般是8位、16位、32位或64位。
数据总线的宽度决定了计算机的数据传输速度和数据处理能力。
3. 控制总线控制总线的作用是控制计算机系统的各种操作。
控制总线可以分为地址控制总线、数据控制总线和处理器控制总线等。
它们可以控制存储器的读写、I/O设备的控制以及处理器的执行和中断等操作。
二、总线的分类总线可以根据它们所连接的设备进行分类，包括系统总线、扩展总线、I/O总线和存储器总线等。
1. 系统总线系统总线是连接计算机中主要硬件设备的总线，例如处理器、内存、主板等。
系统总线一般使用高速数据传输和读写存储器的能力进行通信。
2. 扩展总线扩展总线是连接计算机和外部设备的总线，例如键盘、鼠标、打印机等。
扩展总线的速率一般比系统总线慢，但是它们具有更加强大的控制能力。
3. I/O总线I/O总线是连接计算机和输入输出设备的总线，例如硬盘、光驱、显卡等。
这些设备的数据传输速度一般比系统总线和扩展总线快，而且它们一般使用特定的协议进行通信。
4. 存储器总线存储器总线是连接计算机系统内部各个存储设备的总线，例如内存、缓存等。
存储器总线的速度一般比系统总线和扩展总线快，但是它们具有较小的带宽。
三、总线协议总线协议是指计算机系统中各种总线的通信协议。
总线协议需要具有简易、快速、可靠等特性。
一般来说，总线协议具有地址阶段、数据阶段和终止阶段。
计算机组成原理课件—总线
总线接口
• 接口的典型功能：控制、缓冲、状态、转 换、整理、程序中断。
总线仲裁
• 总线仲裁：解决多个功能模块争用总线的 问题
• 总线仲裁：集中仲裁、分布式仲裁 • 集中仲裁：
– 菊花链电路仲裁 – 计数器方式仲裁 – 独立请求仲裁
典型总线标准
• PCI总线特征
– 与CPU无关 – 多层次 – 突发数据传送方式 – 集中仲裁 – 自适应工作模式 – 64位PCI总线，工作时钟提高到66MHz，数据传
第六章 总线
主要内容
• 总线基本概念 • 总线接口 • 总线仲裁 • 典型总线标准
总线基本概念
• 总线是构成计算机系统的互联机构，是多 个系统功能部件之间进行数据传送的公共 通路。借助于总线连接，计算机在各系统 功能部件之间实现地址、数据和控制信息 的交换，并在争用资源的基础上进行工作。
• 总线分类：
– 内部总线 – 外部总线：系统总线、外部设备总线
• 其他：同步化 • 常见标准化总线
– PCI – IAS – EISA
• 总线特征：
– 机械特征 – 功能特征 – 时序特征 – 电气特征
• 总线技术指标
– ISA总线 (16位，带宽8MB/S) – EISA总线 (32位，带宽33.3MB/S) – VESA总线 (32位，带宽132MB/S) – PCI总线 (64位，带宽132MB/S)
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主存
接快速设备
PCI BUS
I/O设备3
PCI桥 33MHz 4B
扩展总线
控制线路
I/O设备4 8.33MHz
三 总 线 结 构
ISA / EISA
I/O设备1
9
1 , 2 , 4 B 接慢速设备 I/O设备2 . . . . .
小结：
本节课主要讲解了以下内容：
一、总线类型
15:06:26
二、总线周期
总线的等待状态：
正常总线周期: 地址时间 跟 一次数据时间，若由 于被读写的部件或设备速度慢，一次数据时间内不能完成读 写操作，就要增加一或多次数据时间，这增加的数据时间被 称为总线的等待状态。它影响系统的运行效率。
4
三、总线通信控制
1、同步通信和接收双方的 传送定时关系，进行数据传送时，收发双方严格遵循这 个时钟信号。 特点：应用于总线上各部件间工作速度差异较小 的场合，控制较简单，效率较低，可靠性较低。
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6.5 计算机总线技术
一、总线类型 二、总线周期 三、总线通信控制 四、单总线和多总线结构
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6.5.1 总线的概述
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；分时是指同一时刻只 允许有一个部件向总线发送数据，但允许同一时刻有多个部 件接收来自总线的信息
6
6.5.2 计算机总线结构
一、单总线和多总线结构
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早期的计算机，如常 美国 DEC 公司PDP-11 机只使用一组 总线，所有的部件和设备都接在这唯一的总线上, 包括数据总 线，地址总线，控制总线，其优点是结构简单，成本低廉，缺 点是运行效率低。
总线
CPU
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主存
输入 设备
输出
设备
二、多( 2 或 3 )总线结构
三、总线通信控制 四、单总线和多总线结构
重点掌握：总线通信控制、多总线结构。
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2
一、总线类型
数据总线：
传输数据，速度与位数正比于吞吐量
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地址总线：
传输地址，位数决定内存可寻址空间
控制总线：
指明总线周期的类型和一次入/出操作完 成的时刻等信息
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二、总线周期
正常总线周期：
由一次地址时间和一次数据时间组成
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BURST总线周期：
由一次地址时间和多次数据时间组成
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三、总线通信控制
2、异步通信方式（应答方式）
无公用的时钟和固定的时间间隔，完全依靠传送双方相互 制约的“握手”信号来实现定时控制。
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特点：能保证两个工作速度相差很大的部件或设备间可靠 进行信息交换，时间利用率高，灵活性好，但控制较复杂。
根据“请求”和“回答”信号的撤消是否互锁，分为三种情况： • • • 不互锁：请求和应答信号有一定时间宽度，二者结束不互锁。 半互锁：请求信号的撤销取决于接收到的回答信号，回答信号的 撤销由从设备自己决定。 全互锁：请求信号的撤销取决于回答信号的到来，请求信号的撤 销又导致回答信号的撤销。
当前计算机通常采用多总线结构
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处理机总线
CPU
主存 二 总 线 结 构
32MHz 4B~8B
扩展总线 控制线路 ISA / EISA
I/O设备1
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8.33MHz 1,2,4B ..... I/O设备2
二、多( 2 或 3 )总线结构
处理机总线 CPU
66MHz 4B~8B
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