第04讲第3章系统总线(34-35)

2021年1月21日发(作者：天涯孤客)


计算机组成原理

课程教案（第
4
次课）

章

节

名

称


第
3
章


系统总线

（
3.4~3.5
）


课

时

安

排


第
2
周


2
学时



授

课

方

式


理论课


教学环境及

教具准备


有投影仪的教室

PPT
多媒体教学课件



教

学

目

的


让 学生对系统总线在计算机硬件结构中的地位和作用有所了解，
掌握总线判优、
仲裁、
总 线
定时、总线数据传送模式



教

学

重

点


判优控制和通信控制




教

学

难

点


总线的判优控制



教

学

基

本

内

容


是否重、难点


方法及手段



3.4
总线结构

3.4.1
单总线结构

3.4.2
多总线结构

3.4.3
总线结构举例

3.5
总线控制

3.5.1
总线判优控制

3.5.2
总线通信控制


了解

了解

了解

重点
&
难点

重点


多媒体讲解

多媒体讲解

多媒体讲解



多媒体讲解

举例讲解



教


学


过


程


与


设


计



复习旧课：
计算机五大组成部件靠总线连接起来后 ，
看不见、
摸不着的各类信息是怎么样
“各
行其道”的呢？

引入新课：计算机中数据、地址、控制等信息流在总线上传输时如何保证不“碰撞”
、
“不拥
塞”
（可举高速公路多车道、各走各道、单向车道、双向车道等例子）呢？

3.4
总线结构

总线结构通常分为单总线结构和多总线结构。

3.4.1
单总线结构

单总线结构的示意图见
P42
图< br>3.2
，它是将
CPU
、主存、
I/O
设备（通过
I /O
接口）都挂在一
组总线上，允许
I/O
设备之间、
I/O
设备与
CPU
之间或
I/O
设备与主存之间直接交换信息。
特点：结构简单、便于扩充，所有传送都通过这组共享总线，容易形成计算机系统的瓶颈，
多被小型 机或微型机所采用。

3.4.2
多总线结构

双总线结构的示意图 见动画演示
P53
图
3.7
，双总线结构的特点是将速度较低的
I/ O
设备从
单总线上分离出来，
形成主存总线与
I/O
总线分开的结构 。
结构中的通道是一个具有特殊功
能的处理器，
CPU
将一部分功能下放给通 道，以统一管理
I/O
设备完成外部设备与主存之间
的数据传送，这种结构大多用于大 、中型计算机系统。

将速率不同的
I/O
设备进行分类，
然后将它 们连接在不同的通道上，
那么计算机系统的工作
效率将会更高，由此发展成多总线结构。

三总线结构的示意图见
P53
图
3.8
，主存总线用于
CPU
与主存之间的传输；
I/O
总线供
CPU
与各类
I/ O
设备之间传递信息；
DMA
总线用于高速
I/O
设备与主存之间交 换信息。
其特点是
三总线结构中，任一时刻只能使用一种总线。改进型的三总线结构的示意图见
P54
图
3.9
，
工作效率明显提高。

为了进一 步提高
I/O
设备的性能，使其更快地响应命令，又出现了四总线结构，见
P54图
3.10
。四总线结构增加了一条与计算机系统紧密相连的高速总线。其特点是对于高性 能设备
与
CPU
来说，各自的效率将获得更大的提高。

3.4.3
总线结构举例

传统微型计算机的总线结构示意图见
P55
图
3.11
。

VL- BUS
局部总线结构示意图见
P56
图
3.12
。

PCI
总线结构示意图见
P56
图
3.13
。
（
FLASH
动画演示
PCI
总线结构）

多层
PCI
总线结构示意图见
P57
图
3.14
。

3.5
总线控制





总线控制主要包括判优控制和通信控制。

3.5.1
总线判优控制





主设备和从设备有关概念的区别，前者有总线控制权，后者没有。

总线判优控制可分 为集中式和分布式两种，
前者将控制逻辑集中在一处，
后者将控制逻辑分
散在与总线连 接的各个部件或设备上。





常见的集中控制优先权 仲裁方式有以下三种（
FLASH
动画演示）
：

（
1
）链式查询

链式查询方式见动画演示
P58
图
3.15(a)
所示，这种方式的特点是：只需很少几根线就能按
一定优先次序实现 总线控制，
并且很容易扩充设备，
但对电路故障很敏感，
且优先级别低的
设备 可能很难获得请求。

（
2
）计数器定时查询

计数器定时 查询方式见动画演示
P58
图
3.15(b)
所示，这种方式的特点是：计数 可以从“
0
”
开始，此时一旦设备的优先次序被固定，设备的优先级就按
0< br>，
1
，
2
…，
n
顺序降序排列，
而且固定不 变；
计数也可以从上一次计数的终止点开始，
即是一种循环方法，
此时设备使用
总线的优先级相等；
计数器的初始值还可由程序设置，
故优先次序可以改变。
这种方 式对电
路故障不如链式查询方式敏感，但增加了控制线数，控制也较复杂。

（
3
）独立请求方式

独立请求方式见动画演示
P58图
3.15(c)
所示，这种方式的特点是：响应速度快，优先次序
控制灵活（通 过程序改变）
，但控制线数量多，总线控制更复杂。

3.5.2
总线通信控制





（
1
）目的

解决通信双方协调配合问题





（
2
）总线传输周期