计算机组成原理 第七章 系统总线

7.1 总线的特性及应用

1.总线的概念

总线是计算机体系结构的重要组成部分，通过它可以将计算机系统中各个功能部件连接起来，构成一个完整的系统。

2.总线的作用

1.是各功能部件间传递各类信息的通道;
2.是系统中各部件间的物理接口，能够减少各部件通信的复杂程度;
3.提供信息交换时所需的数据、地址、时序和控制信息;
4.提供一个共同遵循的协议或标准;
5.不应成为整个计算机性能的瓶颈;
6.方便计算机系统的集成、扩展和进化。

3.总线的分类

3-1.按用途分类

系统总线

又称内部总线或板级总线，是计算机系统中最重要的总线，也是连接存储总线和I/O总线的中间总线;

I/O总线

通常连接距离较远、速度相对较慢，用于连接多种外部设备，同时与系统总线或存储总线连接。

3-2.按位置分类

外部总线

USB、火线(IEEE-1394)

内部总线

PCI、AGP等

片内总线

AMBA

4.总线的组成

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7.2 总线性能和总线事务

1.总线的性能参数

2.总线的其他参数指标

3.总线事务

从请求总线到完成总线使用的操作序列称为总线事务(Bus Transaction)，它是在一个总线周期中发生的一系列活动。

典型的总线事务包括:请求操作、裁决操作、地址传输、数据传输和总线释放。

4.主设备和从设备

5.总线传输操作过程

6.常见的总线操作

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7.3 总线连接方式

1.单级总线结构

2.双级总线结构

3.多级总线结构

4.总线中桥的概念

总线桥：是不同速率总线之间的连接器件，起信号速度缓冲、电平转换、控制协议转换等作用。

5.多级总线典型结构示例

6.单级总线典型结构示例

单级总线和多级总线的区别在于：
看总线内有没有单独的I/O指令。有单独的I/O指令，则是双级总线(或多级总线)，没有单独的I/O指令，则是单级总线。

7.总线结构对计算机系统性能的影响

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7.4 仲裁和数据传输方式

1.菊花链式串行总线仲裁

2.集中式并行总线仲裁

3.常用的总线仲裁策略

4.总线时序——同步定时

5.同步定时的优缺点

优点：时序关系简单，实现简单。
缺点：在设备速度不一致时按最坏情况确定，传输线不能太长(时钟相移)。

6.总线时序——异步定时

7.异步定时的优缺点

优点：数据传输可靠，适用于传输周期不同的设备，对通讯线的长度没有严格的要求。
缺点：速度较慢。

8.总线时序——半同步定时

9.数据传输方式——三种数据传送方式

9-1 并行传送

9-2 串行传送

9-3 串并传送

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7.5 总线标准

1.总线标准

计算机系统的各部件之间利用总线进行信息传输时应遵守的协议和规范，包括硬件和软件两个方面。

2.常见的总线标准

ISA总线

EISA和VESA总线

PCI总线

即插即用：指当板卡插入系统时，系统会自动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序;而不像旧的ISA板卡，需要进行复杂的手动配置。

AGP总线

PCIe总线

USB总线

AMBA总线(CPU总线)

AXI4总线的特点

AXI4总线结构

InfiniBand总线

用于远距离传输

是由InfiniBand行业协会推出的，该协会的主要成员包括Compaq、Dell、HP、IBM、Intel、Microsoft和Sun等公司。