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六、总线(一)总线概述
目录
6.1总线的基本概念
6.2总线的分类
6.2.1片内总线
6.2.2系统总线
6.2.3 I/O总线
6.2.4通信总线
6.3系统总线的结构
6.3.1单总线结构
6.3.2双总线结构
6.3.3三总线结构
6.3.4四总线结构
6.4常见的总线标准
6.5总线的性能指标
6.1总线的基本概念
计算机使用总线结构便于增减外设,同时减少信息传输线的条数。但相对于专线结构,其实际上也降低了信息传输的并行性、信息的传输速度。
总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送部件。
分时:同一时刻只允许一个部件向总线发送信息。主设备:获得总线控制权的设备 。
共享:多个部件可同时从总线上接收相同的信息。从设备:指被主设备访问的设备,它只能响应从主设备发过来的各种命令。
6.2总线的分类
按功能分类:
6.2.1片内总线
片内总线是芯片内部的总线,它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。
6.2.2系统总线
系统总线是计算机系统内各功能部件(CPU、主存、I/O接口)之间相互连接的总线。按系统总线传输信息内容的不同,又可分为:数据总线、地址总线、控制总线。
- 数据总线:双向传输总线,位数与机器字长、存储字长有关。
- 地址总线:CPU选择主存单元地址和I/O端口地址的单向传输总线,位数与主存地址空间的大小有关,有时可能还需要多几根表示I/O端口地址。
- 控制总线:包括所以存储器和I/O设备的时序信号与控制信号、来自I/O设备和存储器的响应信号。
6.2.3 I/O总线
I/O总线主要用于连接低速的I/O设备,通过I/O接口与系统总线相连接,目的是将低速设备和高速设备分离,以提升总线的系统性能,常见的有USB、PCI总线。
6.2.4通信总线
通信总线是在计算机系统之间或计算机系统与其他系统(如远程通信设备、测试设备)之间传送信息的总线,通信总线也称外部总线。
6.3系统总线的结构
6.3.1单总线结构
6.3.2双总线结构
6.3.3三总线结构
6.3.4四总线结构
- 桥接器:用于连接不同的总线,具有数据缓冲、转换和控制功能。
- 靠近CPU的总线速度最快。
- 每级总线的设计遵循总线标准。
- 存储器总线可支持突发传送方式。
北桥(英语:Northbridge)是基于 Intel 处理器的个人计算机主板芯片组两枚芯片中的一枚,北桥设计用来处理高速信号,通常处理中央处理器、存储器、PCI Express显卡(早年是AGP显卡)、高速PCI Express X16/X8的端口,还有与南桥之间的通信。
南桥(英语:Southbridge)是基于个人计算机主板芯片组架构中的其中一枚芯片。南桥设计用来处理低速信号,通过北桥与中央处理器联系。
6.4常见的总线标准
系统总线
- ISA(Industry standard architecture):并行总线
- EISA( extended Industry standard architecture):并行总线
- FBS、QPI:串行总线。
局部总线
局部总线是在ISA总线和CPU总线之间增加的一级总线或管理层。这样可将一些高速外设.如图形卡.硬盘控制器等从ISA总线上卸下而通过局部总线直接挂接到CPU总线上,使之与高速能CPU总线相匹配。
高速设备采用局部总线连接,可以节省系统的总带宽。
- VESA(video electronics standard association,视频电子标准协会):并行总线
- PCI(peripheral component interconnect ,外部设备互连):并行总线
- AGP(accelerated graphics port,加速图形接口):并行总线
- PCI-E(PCI-Express):串行总线。
连接各种外设
- RS-232C:串行总线,不使用差模信号,用于极慢速的电传打印机
- SCSI(small computer system interface ,小型计算机系统接口):并行总线,用于连接硬盘、打印机、扫描仪。
- PCMCIA(personal computer memory card international association):并行总线,具有即插即用功能。
- USB(universal serial bus,通用串行总线):即插即用、热插拔,采用差模信号,每次传递1bit。
主要用于连接硬盘、光驱
- IDE(integrated drive electronics,集成设备电路):又名ATA,并行总线。
- SATA(serial advanced technology attachment,串行高级技术附件):串行总线。
6.5总线的性能指标
- 总线传输周期:指一次总线操作所需的时间,包括申请、寻址、传输、结束阶段。通常由若干时钟周期构成。但也可能由一个时钟周期构成或者一个时钟周期包含多个总线周期(上升沿和下降沿)。
- 总线工作频率:总线传输周期的倒数。实际上指1秒传送几次数据。
- 总线时钟周期:即机器的时钟周期,计算机的一个统一的时钟。
- 总线时钟频率。机器的时钟频率,为时钟周期的倒数。
- 总线宽度:又称总线位宽,通常指数据总线的根数。16位总线是指有16根数据总线。
- 信号线数:地址总线、数据总线、控制总线的根数之合。
- 总线复用:不同信号在同一信号线上分时传输。节省空间和成本,如地址/数据线复用。
- 总线带宽:即总线的最大数据传输率。通常单位为(B/s)。总线带宽=总线工作频率×(总线宽度/8)。KB(1024B)、kB(1000B)。
- 补充:数据传输率与有效数据传输率不同。有效数据传输率只关于有效数据位的传输。
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