第7章总线及总线互连结构 ●部件之间的两种互连方式: ●各部件之间通过单独的连线互连,称为分散连接方式。 ●各个部件连接到一组公共信息传输线上,称为总线连接方式。 ●总线结构的两个主要优点是灵活和成本低 ●灵活性体现在新部件可以很容易地加到总线上,且部件可以 在使用相同总线的计算机系统之间互换。 组单独的连线可被多个部件共享,所以总线的性价比高。 ●现代计算机普遍使用的是总线互连结构 ●总线的主要缺点是它可能产生通信瓶颈。 ●本章着重介绍总线的基本概念、总线设计中的几个 因素、总线标准及其现代计算机的总线互连结构
第7章 总线及总线互连结构 ● 部件之间的两种互连方式： • 各部件之间通过单独的连线互连，称为分散连接方式。 • 各个部件连接到一组公共信息传输线上，称为总线连接方式。 ● 总线结构的两个主要优点是灵活和成本低。 • 灵活性体现在新部件可以很容易地加到总线上，且部件可以 在使用相同总线的计算机系统之间互换。 • 一组单独的连线可被多个部件共享，所以总线的性价比高。 • 现代计算机普遍使用的是总线互连结构。 ● 总线的主要缺点是它可能产生通信瓶颈。 ● 本章着重介绍总线的基本概念、总线设计中的几个 因素、总线标准及其现代计算机的总线互连结构
第7章总线及总线互连结构 ●部件之间的两种互连方式: ●各部件之间通过单独的连线互连,称为分散连接方式。 ●各个部件连接到一组公共信息传输线上,称为总线连接方式。 ●总线结构的两个主要优点是灵活和成本低 ●灵活性体现在新部件可以很容易地加到总线上,且部件可以 在使用相同总线的计算机系统之间互换。 组单独的连线可被多个部件共享,所以总线的性价比高。 ●现代计算机普遍使用的是总线互连结构 ●总线的主要缺点是它可能产生通信瓶颈。 ●本章着重介绍总线的基本概念、总线设计中的几个 因素、总线标准及其现代计算机的总线互连结构
第7章 总线及总线互连结构 ● 部件之间的两种互连方式： • 各部件之间通过单独的连线互连，称为分散连接方式。 • 各个部件连接到一组公共信息传输线上，称为总线连接方式。 ● 总线结构的两个主要优点是灵活和成本低。 • 灵活性体现在新部件可以很容易地加到总线上，且部件可以 在使用相同总线的计算机系统之间互换。 • 一组单独的连线可被多个部件共享，所以总线的性价比高。 • 现代计算机普遍使用的是总线互连结构。 ● 总线的主要缺点是它可能产生通信瓶颈。 ● 本章着重介绍总线的基本概念、总线设计中的几个 因素、总线标准及其现代计算机的总线互连结构
7.1总线的基本概念 计算机内部进行信息交换,必须在部件之 间构筑通信线路,通常把连接各部件的通 路的集合称为互连结构。 ■互连结构从分散结构发展到总线结构。 ■总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息 传输线,它的主要特征就是多个部件共享传输介质; 个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所 有部件所接收
7．1 总线的基本概念 ■ 计算机内部进行信息交换，必须在部件之 间构筑通信线路，通常把连接各部件的通 路的集合称为互连结构。 ■ 互连结构从分散结构发展到总线结构。 ■ 总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息 传输线，它的主要特征就是多个部件共享传输介质； 一个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所 有部件所接收
71.1总线的特性和分类 ◆总线的特性 (1)物理特性: ▲总线的物理特性是指总线在机械物理连接上的特 性。包括:连线类型、数量、接插件的几何尺寸 和形状以及引脚线的排列等 ▲从连线的类型来看,总线可分为电缆式、主板式 和底板式。 ▲连线的数量来看,总线一般分为串行总线和并行 总线。在并行传输总线中,按数据线的宽度分8位 16位、32位、64位总线等
7.1.1 总线的特性和分类 (1) 物理特性： ▲ 总线的物理特性是指总线在机械物理连接上的特 性。包括：连线类型、数量、接插件的几何尺寸 和形状以及引脚线的排列等。 ▲ 从连线的类型来看，总线可分为电缆式、主板式 和底板式。 ▲ 连线的数量来看，总线一般分为串行总线和并行 总线。在并行传输总线中，按数据线的宽度分8位、 16位、32位、64位总线等。 ◆ 总线的特性
般串行总线用于长距离的数据传送,并 行总线用于短距离的高速数据传送。 (2)电气特性: ▲总线的电气特性是指总线的每一条信号线的信号传 递方向、信号的有效电平范围。 △CPU发出的信号为输出信号,送入CPU的信号为 输入信号。 △总线的电平表示方式有两种:单端方式和差分方式。 在单端电平方式中,用一条信号线和一条公共接地 线来传递信号;采用正逻辑。 差分电平方式采用一条信号线和一个参考电压比 较来互补传输信号,一般采用负逻辑
(2) 电气特性： ▲ 总线的电气特性是指总线的每一条信号线的信号传 递方向、信号的有效电平范围。 △ 总线的电平表示方式有两种：单端方式和差分方式。 • 在单端电平方式中，用一条信号线和一条公共接地 线来传递信号；采用正逻辑。 • 差分电平方式采用一条信号线和一个参考电压比 较来互补传输信号，一般采用负逻辑。 △ CPU发出的信号为输出信号，送入CPU的信号为 输入信号。 ▲ 一般串行总线用于长距离的数据传送，并 行总线用于短距离的高速数据传送
(3)功能特性 ▲总线功能特性是指总线中每根传输线的功能。如地 址线用来传输地址信息,数据线用来传输数据信息, 控制线用来发出控制信息,不同的控制线其功能不 同 (4)时间特性: ▲总线时间特性是指总线中任一根传输线在什么时间 内有效,以及每根线产生的信号之间的时序关系。 用信号时序图来说明
(3) 功能特性： ▲ 总线功能特性是指总线中每根传输线的功能。如地 址线用来传输地址信息，数据线用来传输数据信息， 控制线用来发出控制信息，不同的控制线其功能不 同。 (4) 时间特性： ▲ 总线时间特性是指总线中任一根传输线在什么时间 内有效，以及每根线产生的信号之间的时序关系。 用信号时序图来说明
◆根据所连接部件的不同,总线通常被分成三 种类型: (1)内部总线: ▲指芯片内部连接各元件的总线。如CPU芯片内部, 在各个寄存器、ALU、指令部件等各元件之间也有 总线相连。 (2)系统总线: ▲指连接CPU、存储器和各种ⅣO模块等主要部件的 总线。有主板式和底板式总线。 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,也被称为处理 器主存总线
◆ 根据所连接部件的不同，总线通常被分成三 种类型: (1) 内部总线： ▲ 指芯片内部连接各元件的总线。如CPU芯片内部， 在各个寄存器、ALU、指令部件等各元件之间也有 总线相连。 (2) 系统总线： ▲ 指连接CPU、存储器和各种I/O模块等主要部件的 总线。有主板式和底板式总线。 • 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，也被称为处理 器-主存总线
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、 Multibus总线、ⅤME 总线等。 (3)通信总线 ▲这类总线用于主机和JO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,所以通信总 线的种类很多
• 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、Multibus总线、VME 总线等。 (3) 通信总线： ▲ 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，所以通信总 线的种类很多
71.2系统总线的组成 ◆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间传输的信 息,这个信息可能是数据、命令、或地址(数据线 和地址线复用时)。如写磁盘。 ◇地址线用来给出源数据或目的数据所在的主存单元 或ⅣO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; 控制线用来传输定时信号和命令信息
7.1.2 系统总线的组成 ◆ 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间传输的信 息，这个信息可能是数据、命令、或地址（数据线 和地址线复用时）。如写磁盘。 ◇ 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； 控制线用来传输定时信号和命令信息
◇典型的控制信号包括: 时钟( Clock):用于总线同步。 复位( Reset):初始化所有设备。 总线请求( Bus request):表明发出该请求信号 的设备要使用总线。 总线允许( Bus grant):表明接收到该允许信号 的设备可以使用总线。 中断请求( Interrupt Request):表明某个中断 正在请求。 中断回答( Interrupt Acknowledge):表明某个 中断请求已被接受
◇ 典型的控制信号包括： • 时钟（Clock）：用于总线同步。 • 复位（Reset）：初始化所有设备。 • 总线请求（Bus Request）：表明发出该请求信号 的设备要使用总线。 • 总线允许（Bus Grant）：表明接收到该允许信号 的设备可以使用总线。 • 中断请求（Interrupt Request）：表明某个中断 正在请求。 • 中断回答（Interrupt Acknowledge）：表明某个 中断请求已被接受