文档介绍：计算机组成原理
任课教师:石磊教授
郑州大学信息工程学院计算机系
Email: ******@zzu.
第一章计算机系统概论
第二章运算方法和运算器
第三章存储系统
第四章指令系统
第五章中央处理器
第六章总线系统
第七章外围设备
第八章输入输出系统
第九章并行组织
目录
教材
白中英,计算机组成原理·网络版,科学出版社,2002
参考书
石磊,计算机组成原理·第2版, 清华大学出版社,2006
钱晓捷,微型计算机原理及应用, 清华大学出版社,2006
王爱英,计算机组成与结构·第3版, 清华大学出版社,2001
白中英邝坚,计算机组织与结构·网络版,科学出版社,2003
计算机组成原理
第6章总线系统
总线的概念和结构形态
总线接口
总线的仲裁、定时和数据传送模式
PCI总线
ISA总线和Futurebus+总线
 总线的概念和结构形态
总线是构成计算机系统的互连机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路
单处理器系统的总线,大致分为三类:
内部总线:CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线
系统总线:CPU同计算机系统的其他高速功能部件,如存储器、通道等互相连接的总线
I/O总线:中低速I/O设备间互相连接的总线
总线类型(层次结构)
芯片总线(Chip Bus)
芯片级互连,大规模集成电路芯片内部或之间连接的总线
局部总线(Local Bus),微处理器的引脚信号
片内总线,大规模集成电路芯片内部连接
内总线(Internal Bus)
模板级互连,主机内部功能单元(模板)间连接的总线
板级总线、母板总线,或系统总线
系统总线(System Bus)是微机系统的主要总线
内部总线从一条变为多条,形成多总线结构
外总线(External Bus)
设备级互连,微机与其外设或微机之间连接的总线
过去,指通信总线
现在,常延伸为外设总线
演示
总线特性
物理特性:物理连接方式,包括总线的根数、排列方式,总线的插头、插座的形状等
功能特性:描述总线中每一根线的功能
电气特性:定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。送入CPU的信号叫输入信号(IN),从CPU发出的信号叫输出信号(OUT)
时间特性: 定义了每根线在什么时间有效,即总线上各信号有效的时序关系
为了方便各个功能部件的连接,
广泛应用的总线都实现了标准化
总线带宽
总线带宽=总线传输速率=吞吐率
单位时间传输的数据量
每秒兆字节(MB/S)或每秒位(bps)
总线带宽=传输的数据量÷需要的时间
举例
5MHz的8086微处理器
16÷(4××10-6)bps=20×106 bps= MB/S
66MHz的Pentium,基本非流水线总线周期
64÷2×66×106 bps=264 MB/S
66MHz的Pentium,2-1-1-1猝发读周期
32÷5×66×106 B/S= MB/S
【例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?
解:(1) 设总线带宽用Dr表示,总线时钟周期用T=1/f表示,一个总线周期传送的数据量用D表示, 根据定义可得:
Dr=D/T=D×1/T=D×f
=4B×33×1000000/s=132MB/s
(2) 64位=8B
Dr=D×f=8B×66×1000000/s=528MB/s
此处:1MB=106 B
在单处理器的计算机中,使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备,叫做单总线结构。
要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行,以便在某些设备需要使用总线时能迅速获得总线控制权;当不再使用总线时,能迅速放弃总线控制权。
CPU
主存
设备
接口
设备
接口
单总线结构
系统总线