5.1-5.3 总线的基本概念、分类及信息传送方式（课件）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

计算机原理 -第20课时- 电工版第五版 总线的基本概念、分类及信息传送方式 教学目标 了解总线的基本概念和作用 掌握总线的不同分类方式及各类总线特点 熟悉总线的信息传送方式 教学重难点 总线的分类（按规模用途、传送信息、传送方式） 总线信息传送的同步、半同步和异步方式 理解不同分类方式下总线的工作原理 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 同学们，在微型计算机中，各系统部件之间需要进行信息交换，那这种交换是如何高效实现的呢？其实是通过一种重要的机制 —— 总线。 接下来，让我们一起深入了解总线的相关知识。 新知讲授 总线的基本概念 在冯·诺依曼计算机架构中，计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五各部分组成，而这五个部分必须进行 “连接” 起来相互通信才能形成一个完整的整体。 总线就是连接多个计算机部件的数据通信规范。 新知讲授 总线是连接微处理单元、存储器和输入 / 输出接口等部件并传送信息的公共通道。 总线的基本概念 使用总线的原因：微型计算机由多个系统部件组成，部件间信息交换通过总线完成。理论上可单独设计通信线路，但会使线路复杂，所以采用总线机制。 新知讲授 总线是计算机重要资源，广泛使用总线技术可简化硬件和软件系统设计。 硬件上，按总线规范设计插件板可保证互换性与通用性，利于大批量生产； 总线的重要作用 软件上，接插件模块化结构利于软件设计模块化。 新知讲授 总线的结构 总线结构主要有三种 1.单总线结构、 2.双总线结构、 3.三总线结构、 新知讲授 总线的结构 总线结构主要有三种 1.单总线结构、 2.双总线结构、 3.三总线结构、 新知讲授 总线的结构 总线结构主要有三种 1.单总线结构、 2.双总线结构、 3.三总线结构、 新知讲授 总线的分类 新知讲授 根据微型计算机总线的规模、用途及应用场合，可分为芯片内总线、内总线和外总线。 总线的分类——按规模、用途及应用场合分类 新知讲授 总线的分类——按规模、用途及应用场合分类 外总线又称通信总线，用于微型计算机系统与系统之间或微型计算机系统与外部设备之间的数据交换。 外总线（通信总线） 根据微型计算机总线的规模、用途及应用场合，可分为芯片总线、内总线和外总线。芯片总线又称元件级总线，是大规模集成电路内部或芯片之间的总线，所连部件在同一硅片上，追求高速度，一般采用并行总线。 芯片总线（元件级总线） 内总线又称系统总线，是微型计算机系统内连接各插件板的总线，用于插件与插件之间的信息传送。 内总线（系统总线） 02 01 03 总线分类体系 新知讲授 总线内部结构 新知讲授 根据总线传送的信息不同，微型计算机总线分为数据总线、地址总线和控制总线。 总线按传送信息分类 新知讲授 总线按传送信息分类 计算机总线系统概述 数据总线 数据总线（Data Bus，DB）传输的是实际的数据信息。数据总线是双向的，数据可以从主模块发往从模块（例如 CPU 向内存的写入操作），也可以从从模块发往主模块（例如 CPU 向内存的读取操作）。 地址总线 地址总线是由 CPU 向外发出的单向通信总线，用于向存储器或输入 / 输出接口提供地址码，以选择相应的地址单元或寄存器，CPU 发出的地址信息均通过它传送。 控制总线 控制总线传送保证微型计算机各部件同步协调工作的定时和控制信号，是单向通信总线。其中有的用于传送从 CPU 发出的信息，如读、写等信号，有的是其他部件发送给 CPU 的信号，如复位、中断请求等。控制总线的根数因机器不同而不同。 新知讲授 每个总线内部可能包含多根信号线，所以可以进行bit的并行传输。一根总线上，同一时刻只能由一个部件发送数据，但是可以有多个部件接受数据。 总线按传送信息分类 新知讲授 总线按数据传输格式 并行总线结构复杂、成本高，但传送速度快，常用于传输距离较短、传输速度要求较快的场合。 串行总线只使用一条信号线，让数据的每一位分时在信号线上传送。 新知讲授 总线按数据传输格式 1.工作频率相同时，串行总线传输速度比并行总线慢。 2.并行总线的工作频率无法持续提高，而串行总线可以通过不断提高工作频率来提高传输速度，最终超过并行总线。 总线带宽＝总线工作频率x总线宽度（bit/s) 优点：只需要一条传输线，成本低廉，广泛应用于长距离传输；应用于计算机内部时，可以节省布线空间。 缺点：在数据发送和接收的时候要进行拆卸和装配，要考虑串行-并行转换的问题。 优点：总线的逻辑时序比较简单，电路实现起来比较容易。 缺点：信号线数量多，占用更多的布线空间；远距离传输成本高昂 新知讲授 总线的信息传送方式即通信方式，通常有同步方式、半同步方式和异步方式。 总线的分类——按时序控制方式 这种方式时序控制关系简单，可获较高通信速度，但要求通信双方速度接近。若速度差距大，只能用低速方时钟，通信距离长时还需考虑数据传送延迟。 新知讲授 总线的分类——按时序控制方式 通信双方仍在同一时钟下工作，考虑设备速度差异，若低速设备不能在规定时间内完成操作，可申请延长操作时间，保证不同速度设备正常通信。 新知讲授 总线的性能指标 即机器时钟周期，计算机有系统时钟控制整个计算机的运行节奏。 总线时钟周期 一次总线操作所需要的时间，通常由多个总线时钟周期组成。 总线传输周期 总线传输周期的倒数。 总线工作频率 总线时钟周期的倒数。 总线时钟频率 又叫总线位宽，数据总线的根数。 总线宽度 总线的数据传输速率。 总线带宽 地址总线，数据总线，控制总线三种线的总和。 信号线数 总线数据传输与系统时钟是否同步。 同步异步 随堂检测1 总线是连接计算机各部件并传送信息的唯一方式。（ ） 答案：× 解析：理论上计算机各部件间信息交换可单独设计通信线路，总线只是一种常用且高效的方式，所以该说法错误。 芯片总线只能采用串行总线。（ ） 答案：× 解析：芯片总线一般采用并行总线以追求高速度，所以该说法错误。 练一练 随堂检测2 数据总线的宽度决定了（ ）。 A. CPU 的寻址范围 B. 计算机的位数 C. 控制信号数量 D. 数据传送延迟 答案：B 解析：数据总线宽度决定计算机的位数，地址总线宽度决定 CPU 寻址范围，所以选 B。 练一练 随堂检测3 以下哪种总线信息传送方式允许通信双方有不同时钟？（ ） A. 同步方式 B. 半同步方式 C. 异步方式 D. 以上都不是 答案：C 解析：异步方式允许通信双方有不同时钟，同步和半同步方式都需要通信双方在同一时钟下工作，所以选 C。 练一练 随堂检测4 并行总线的特点是（ ）。 A. 结构简单、成本低、传送速度慢 B. 结构复杂、成本高、传送速度快 C. 结构简单、成本高、传送速度慢 D. 结构复杂、成本低、传送速度快 答案：B 解析：并行总线结构复杂、成本高，但传送速度快，所以选 B。 练一练 师生互动 1 请同学们分组讨论，在设计一个高性能的微型计算机系统时，如何合理选择和搭配不同类型的总线及信息传送方式？ 课题小结 1. 总线的基本概念 总线的基本概念、分类及信息传送方式 2. 总线的分类 根据微型计算机总线的规模、用途及应用场合分类 根据总线传送的信息分类 按总线传送信息的方式分类 总线的定义 总线的作用 总线结构的优势 同步方式 半同步方式 异步方式 3. 总线的信息传送方式 谢谢观看 THANKS UTC 2025-12-22 06:01:42 Lavf58.76.100 UTC 2025-12-22 06:04:21 Lavf58.76.100 $