计算机组成原理教案(第六章）.ppt

总线的基本概念
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。
总线的定义:
一个单处理器系统中的总线,大致分为三类:
(1)内部总线:CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。
(2)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。
(3)I/O总线:中、低速I/O设备之间互相连接的总线。
总线带宽:总线本身所能达到的最高传输速率,是衡量总线性能的重要指标,单位兆字节每秒(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?
(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
总线的连接方式
异步控制常用于单总线结构访存和外设
DMA操作:如果一个由外围设备指定的地址对应于一个主存单元,则主存予以响应,于是在主存和外设间将进行直接存储器传送(DMA)。
单总线结构容易扩展成多CPU系统:这只要在系统总线上挂接多个CPU即可。
在单总线的计算机系统中,外设和主存统一编址所以不需要I/O指令。

这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点,但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线。增加线数为代价。
(吞吐率最大)
它是在双总线系统的基础上增加I/O总线和通道形成的。增加线数和仲裁开销为代价。
在多总线结构中,存储器最好采用双端口。
总线结构对计算机系统性能的影响
最大存储容量
在单总线系统中,最大主存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数。
在双总线系统中,对主存和外设进行存取的判断是利用各自的指令操作码。由于主存地址和外设地址出现于不同的总线上,所以存储容量不会受到外围设备多少的影响。
2 指令系统
在双总线系统中,CPU对存储总线和系统总线必须有不同的指令系统。
在单总线系统中,访问主存和I/O传送可使用相同的操作码,使用相同的指令,但它们使用不同的地址。
3 吞吐量
计算机系统的吞吐量是指流入、处理和流出系统的信息的速率。它取决于信息能够多快地输入内存,CPU能够多快地取指令,数据能够多快地从内存取出或存入,以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围设备。主要取决于主存的存取周期
由于上述原因,采用双端口存储器可以增加主存的有效速度。
总线的内部结构
这些线按其功能可分为三类:地址线、数据线和控制线。
三线的定义
当代流行的总线内部结构它是一些标准总线,追求与结构、CPU、技术无关的开发标准,并满足包括多个CPU在内的主控者环境需求。
在当代总线结构中,CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连。系统中允许有多个这样的处理器模块。而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。