第三章系统总线小结

总线的定义

总线是连接多个部件的信息传输线，由多个传输线组成，每条传输线可以一位一位的传输二进制代码。例，由32条传输线组成的总线可以同时传输32位数据

按照数据的传送方式的角度，总线可以分为串行传输总线，并行传输总线。并行传输总线又可以分为16,32位等

按照连接部件的角度，总线又可以分为，片内总线，系统总线，通信总线

片内总线

片内总线指芯片内部的总线，如在cpu芯片内部，寄存器和寄存器之间，寄存器和ALU。

系统总线

系统总线是指cpu，主存，i/o设备等各大部件的之间的信息传输线。

根据传输信息的不同又可以分为地址总线，数据总线，控制总线

• 数据总线
  数据总线用来传输各部件之间的数据，数据总线位数一般与机器字长，存储字长有关。例如数据总线8位，机器指令16位，那么cpu必须在取指阶段访问2次主存。

• 地址总线
  地址总线用于指出数据总线上的源数据或者目的数据在主存单元的地址，或者i/o设备的地址

• 控制总线
  控制总线是用于发出各种控制信号的传输线。
  由于地址总线和数据总线是被挂载到总线上的设备所共享的，所以如何使各部件在不同时刻占用总线都需要控制总线发出控制信号。

通信总线

通信总线是用于计算机系统之间或者计算机系统和其他系统之间互相通信的总线。

总线的性能指标

• 总线宽度，通常指数据总线宽度，即一次最多能传输多少位的数据，例如8位，16位等。
• 总线带宽，指总线的数据传输速率，即在单位时间内总线数据传输的数据位数，一般指每秒传输多少字节数据。
• 时钟同步/异步，数据与时钟同步工作的叫做同步总线，与时钟不同步的叫做异步。
• 总线复用，指一条信号线分时传输两种信号。
• 信号线数，指数据总线，地址总线，控制总线之和。
• 总线控制方式，仲裁方式，逻辑方式等。
• 其他指标，如负载能力，电源电压，总线宽度能否扩展。

总线结构

1.单总线结构
指cpu，主存和i/o设备挂载到一条总线上，但随着计算机应用范围越来越大，设备越来越多，传输速率指定是跟不上，而且cpu，主存，i/o设备之间的传输速率相差极大，单总线结构不好用，于是用多总线结构。
2.多总线结构
指将不同的硬件设备根据传输速率分别挂载到不同的总线上，从而使各个部件的传输速率相对同步。这样极大的提高了计算机整体的传输速率。

影响数据传输速率的属性，总线时钟频率，数据线宽度

波特率与比特率定义

波特率：指单位时间传输二进制数据的个数
比特率：指单位时间传输有效数据位的个数

例题3.1
设总线时钟频率100MHz，总线的传输周期为4个时钟周期，总线宽度为32位，求总线数据传输率？若想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？
答 总线传输率：单位时间传输二进制数据的位数 一般为Bps(Byte per second)
(100MHz/4)*4B=100MBps;
即一秒钟传输100MHz/4次 每次传输32位二进制数据
提高一倍数据传输率，可以提高一倍总线时钟频率或提高一倍数据线宽度

例题3.4
在异步串行传输系统中，若字符格式为：1位起始位，8位数据位，1位奇偶校验，1位终止位。假设波特率为1200bps，求比特率？
答：比特率：指单位时间传输有效数据位的个数
即1200Bps*8/（1+8+1+1）=872.72bps

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课后习题

3.1什么是总线，总线传输有何特点？为减轻总线负载，总线各部件应具备什么条件？

答：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
总线传输特点:在某一时刻，只允许一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
特点：总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。

3.2总线如何分类？什么是系统总线？系统总线分为几类？有何作用？单向的还是双向的？与机器字长。存储字长，存储单元有何关系？

答：按照数据传送方式可以分为并行传输总线和串行传输总线。按照总线的使用范围可以分为计算机总线，测控总线，网络通信总线。
系统总线：指cpu，主存，i/o设备等各大部件之间的信息传输线。可以分为数据总线，地址总线，控制总线。数据总线是双向的，地址总线和控制总线是单向的。（地址总线是指明cpu将要访问的地址，由cpu输出。控制总线是由cpu发出控制信号控制其他部件，所以也是单向的）
机器字长是计算机一次能处理最大数据的位数，一般与数据总线位数相同
存储字长是计算机存储单元存数二进制数据的位数，一般与数据总线位数是倍数关系
存储单元包含多个存储元可以存储一串二进制代码。

3.3常用的总线结构有几种？
答：单总线结构和多总线结构。

3.4略

3.5 解释总线宽度，总线带宽，总线复用，总线主设备，总线从设备，总线的传输周期，总线的通信控制。

答：总线宽度：数据总线的根数，用bit表示。如8位，16位。（8根，16根）。
总线带宽：总线的数据传输速率，即单位时间传输二进制数据的位数。通常用每秒传输的字节数衡量，单位Bps。
总线复用;一条信号线上分时传输两种信号。
总线主设备：一次总线传输期间，对总线具有控制权的设备。
总线从设备：一次总线传输期间。配合主设备完成数据传输的设备。
总线传输周期：完成一次可靠地总线传输所需的时间。
总线的通信控制：同步通信，异步通信，半同步通信，分离式通信。

3.6略
…
3.12略

3.13什么是总线的数据传输速率？与哪些因素有关？
答：单位时间传输二进制代码的位数。与数据线位数和总线时钟频率有关。

3.14设总线时钟频率为8MHz，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传输16位数据，问总线带宽多少？
答：总线带宽指单位时间传输二进制数据的位数。通常指每秒传输多少B数据
8MHz*2B=16MBps

3.15在一个32位总线系统中，总线的时钟频率66MHz，假设总线的最短时钟周期是4个时钟周期，求总线最大的数据传输速率？怎么提高总线的传输速率？
答：66MHz/4*4B=66MBps；
提高总线时钟频率或者增加总线根数可以提高总线的传输速率。

3.16在异步串行传输系统中，字符格式为：1个起始位，8个数据位，1个校验位，2个终止位。每秒传输120个字符，求波特率和比特率？
答：波特率：单位时间传输二进制代码的位数。
比特率：单位时间传输有效数据位的位数。

波特率：（1+8+1+2）120=1440bps
波特率1440（8/12）=960bps