计算机组成原理——总线、外围设备

6.1 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

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⚫ 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

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6.2 总线接口

1.串行传送

只有一条传输线，每次一位，按顺序来传送表示一个数码的所有二进制位(bit)

2.并行传送

每个数据位都需要单独一条传输线。二进制数“0 ” 或“1 ” 在不同的线上同时进 行传送

⚫ 串行通信

– 将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一位顺序传送的方式

⚫ 串行通信的优势

– 用于通信的线路少，因而在远距离通信时可以极大地降低成本

⚫ 通信协议（通信规程）

– 收发双方共同遵守解决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等问题

⚫ 串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送

⚫ PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送

⚫ 串行异步通信

– 以字符为单位进行传输

⚫ 串行同步通信

– 以一个数据块（帧）为传输单位，每个数据块附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结

束

⚫ 传输制式

– 全双工 ：双根传输线，能够同时发送和接收

– 半双工 ：单根传输线，不能同时发送和接收

– 单工 ：单根传输线只用作发送或只用作接收

⚫ 调制解调器Modem：通信线路信号与计算机数字信号相互转换的设备

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6.3.1 总线的仲裁

⚫ 主设备(Master)：控制总线完成数据传输

⚫ 从设备(Slave)：被动实现数据交换

⚫ 总线仲裁：决定当前控制总线的主设备

– 集中仲裁：中央仲裁器负责

– 分布仲裁：比较各个主设备仲裁号决定

某一时刻，只能有一个主设备控制总线， 其它设备此时可以作为从设备

某一时刻，只能有一个设备向总线发送数据， 但可以有多个设备从总线接收数据

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磁记录方式是一种编码方法，将数字信息转换成磁化单元

⚫ 归零制（RZ）：Return to Zero

– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”；

– 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流恢复到零电流

– 简单易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，一般是先去磁 后写入。

– 具有自同步能力（能从磁头读出信号中分离获得同步/选通信号）

⚫ 不归零制（NRZ）：NonReturn to Zero Change

– 磁头线圈始终有电流

– 对连续记录的“1”和“0”，写电流的方向是不改变的。

– 无自同步能力。

⚫ 见“1”就翻的不归零制（NRZ1）NonReturn to Zero Change On One

– 磁头线圈始终有电流通过。

– 在记录“1”时，电流改变方向，写“0”电流保持不变。

– 不具备自同步能力，需要引用外同步信号

⚫ 调相制（PM）：又称相位编码（PE）Phase Mudulation

– 记录数据“0”时，规定磁化翻转的方向由负变为正，记录数据“1”时 从正变为负

– “0”，“1”的读出信号相位不同，抗干扰能力强（磁带多用此）。

– 具有自同步能力

⚫ 调频制（FM）Frequency Modulation

– 记录“1”时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与位之间的边界处要翻转一

次。记录“0”时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次。

– 具有自同步能力。

⚫ 改进调频制（MFM）Modified Frequency Modulation

– 记录数据“1”时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据“0”时不翻转。

– 连续两个或两个以上“0”时，在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起

始处都翻转。

– 具有自同步能力

⚫ 外设不能与CPU直接相连，必须经过中间电路（I/O接口电路）再 与系统相连

⚫ I/O接口电路是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制 任务的逻辑电路