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计算机组成原理:总线特性与性能详解

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:总线的机械特性是指总线的机械连接方式。一般规定从CPU发出的信号叫输出信号,送入CPU的信号叫输入信号。功能特性描述总线中每一根线的功能。现在CPU的时钟频率已经做得很高,如1GHz,而总线时钟频率相对较低,如133MHz。应该指出,衡量总线性能的最重要指标是总线的带宽。这些因素将造成信号在总线上的畸变和延时,使总线最高传输速率受到限制。

计算机组成原理:总线特性与性能详解

1.总线的特性

物理角度来看,总线就是一组电线,通常做成一组总线插槽,供I/O接口电路板插入。为了保证机械上的可靠连接,必须规定其机械特性;为了确保电气上正确连接,必须规定其电气特性;为了保证正确连接不同部件,还需规定其功能特性和时间特性。

①机械特性。总线的机械特性是指总线的机械连接方式。包括总线的根数,总线的插头、插座的形状、尺寸,引脚线的个数、排列方式等。

②电气特性。电气特性定义每一根线上信号的传送方向及有效电平范围。一般规定从CPU发出的信号叫输出信号,送入CPU的信号叫输入信号。例如,数据总线是双向传输线,一般都是高电平有效。控制总线是单向的,输入或输出,高电平有效或低电平有效。

③功能特性。功能特性描述总线中每一根线的功能。例如,地址总线用来指出内存和I/O设备地址,数据总线用来传送数据。

④时间特性。时间特性定义了每根线在什么时间内有效。也就是说,总线上的信号往往存在着一种时间上的先后次序,哪个信号先到(先有效),哪个信号后到(后有效),每个信号的有效时间持续多久。因此,时间特性一般可以用信号的时序图来描述。

2.总线的性能指标

总线的性能指标包括以下几个方面。

①总线宽度。总线宽度是指数据总线的宽度,即数据总线的根数,用位表示,如8位、16位、32位、64位,对应着数据总线8根、16根、32根、64根。

②总线时钟频率。总线时钟频率也称外频,CPU时钟频率也称内频。早期计算机的总线时钟频率和CPU时钟频率相同,即内频等于外频。现在CPU的时钟频率已经做得很高,如1GHz,而总线时钟频率相对较低,如133MHz。往往存在着所谓的倍频关系,即内频=外频×倍频,例如,1GHz/133MHz-8倍频。(www.xing528.com)

③标准传输率(俗称总线带宽)。标准传输率指总线上每秒能传输的最大字节量,用MB/s(兆字节每秒)表示。如总线时钟频率为66MHz,总线宽度为64位,则它的标准传输率为66×64/8=528MB/s。

④总线分时复用。通常地址线和数据线在物理上是分开的,地址线传送地址,数据线传送数据。为了提高总线的利用率,有时将地址总线和数据总线合并共用,在某一时间段该总线传送地址,起地址总线的作用;在另一时间段该总线传送数据,起数据总线的作用,这叫作总线的分时复用。

⑤其他。其他方面包括信号线数目,即地址线、数据总线、控制总线三种总线条数的总和;总线控制方式,包括总线同步方式、总线仲裁等;负载能力,即有多少个总线插槽可用。

应该指出,衡量总线性能的最重要指标是总线的带宽。实际带宽会受到总线布线长度、连接在总线上的模块数等多种因素的影响。这些因素将造成信号在总线上的畸变和延时,使总线最高传输速率受到限制。

例6-1:(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,总线带宽是多少?

(2)如果在个总线周期中并行传送64位数据,总线时钟频率升为133MHz,总线带宽是多少?

解:

(1)总线带宽=4×33MB/s=132MB/s

(2)总线带宽=64/8×133MB/s=1064MB/s

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