【计算机组成原理】计算要点——总线的性能指标 
系统总线的结构 上一节我们介绍了系统总线的概念。系统总线是一个单独的计算机总线，是连接计算机系统的主要组件。而系统总线又可以分为数据总线、地址总线和控制总线三类：其中系统总线结合数据总线的功能来搭载信息，地址总线来决定将信息送到何处，控制总线来决定如何动作。接下来我们来了解系统总线的三种结构。 ● 单总线结构 单总线结构将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、IO设备与主存之间直接交换信息。CPU与主存、CPU 与外设之间可直接进行信息交换，而无须经过中间设备的干预。 这里需要注意，单总线并不是指只有一根信号线，系统总线按传送信息的不同可细分为地址总线、数据总线和控制总线。 优点：结构简单，成本低，易于接入新的设备。 缺点：带宽低、负载重，多个部件只能争用唯一的总线,且不支持并发传送操作。 ● 双总线结构 双总线结构有两条总线：一条是主存总线，用于在 CPU、主存和通道之间传送数据；另一条是IO总线，用于在多个外部设备与通道之间传送数据。 优点：将低速IO设备从单总线上分离出来，实现了存储器总线和IO总线分离。 缺点：需要增加通道等硬件设备。 ● 三总线结构 三总线结构是在计算机系统各部件之间采用3条各自独立的总线来构成信息通路，这3条总线分别为主存总线、I/O总线和直接内存访问(DMA)总线。 主存总线用于在CPU和内存之间传送地址、数据和控制信息。I/O总线用于在CPU和各类外设之间通信。DMA总线用于在内存和高速外设之间直接传送数据。 优点：提高了IO设备的性能，使其更快地响应命令，提高系统吞吐量。 缺点：系统工作效率较低。 总线的性能指标 总线相关的性能指标较多，需要重点掌握总线的带宽，时钟周期，传输周期以及信号线数等与计算相关的性能指标 1. 总线的传输周期 指一次总线操作所需的时间（包括申请阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段)，简称总线周期。总线传输周期通常由若干总线时钟周期构成。 2. 总线时钟周期 即机器的时钟周期。计算机有一个统一的时钟，以控制整个计算机的各个部件，总线也要受此时钟的控制。 3. 总线的工作频率 总线上各种操作的频率，为总线周期的倒数。实际上指1秒内传送几次数据。若总线周期=N个时钟周期，则总线的工作频率=时钟频率/N。 4. 总线的时钟频率 即机器的时钟频率，它为时钟周期的倒数。 5. 总线宽度 又称总线位宽，它是总线上同时能够传输的数据位数，通常指数据总线的根数，如32根称为32位总线。 6. 总线带宽 可理解为总线的数据传输率，即单位时间内总线上可传输数据的位数，通常用每秒传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒（B/s）表示。总线带宽=总线工作频率×(总线宽度/8)。 注意：总线带宽和总线宽度应加以区别。 7. 总线复用 总线复用是指一种信号线在不同的时间传输不同的信息，因此可以使用较少的线传输更多的信息，从而节省空间和成本。 8. 信号线数 地址总线、数据总线和控制总线3种总线数的总和称为信号线数。其中，总线的最主要性能指标为总线宽度、总线（工作）频率、总线带宽，总线带宽是指总线本身所能达到的最高传输速率，它是衡量总线性能的重要指标。 三者关系：总线带宽=总线宽度×总线频率。 例如，总线工作频率为22MHz，总线宽度为16位，则总线带宽=22×(16/8)=44MB/s。 习题 1. 假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一个总线周期占用2个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是（ ）。 A. 10MB/s B. 20MB/s C. 40MB/s D. 80MB/s 解析： 根据总线的性能指标中总线带宽的概念：总线带宽是指单位时间内总线上传输数据的位数，通常用每秒传送信息的字节数来衡量，单位为B/s。 由题意可知，在1个总线周期(=2个时钟周期）内传输了4字节信息，时钟周期=1/10MHz =0.1us，因此总线带宽为4B/(2×0.1us)= 4B/(0.2×10-6s)= 20MB/s。 故选B。 2. 某同步总线采用数据线和地址线复用方式，其中地址/数据线有32根, 总线时钟频率为66MHz，每个时钟周期传送两次数据(上升沿和下降沿各传送一次数据)，该总线的最大数据传输率（总线带宽）是（ ）。 A. 132MB/s B. 264MB/s C. 528MB/s D. 1056MB/s 解析：由题目可知，数据线有32根，也就是说一次可以传送32B/8= 4B的数据，66MHz意味着有66M个时钟周期，而每个时钟周期传送两次数据，可知总线每秒传送的最大数据量为66Mx2×4B=528MB，所以总线的最大数据传输率为528MB/s。故选C。 3. 在单机系统中，三总线结构计算机的总线系统组成是（ ）。 A. 片内总线、系统总线和通信总线 B. 数据总线、地址总线和控制总线 C. DMA总线、主存总线和IO总线 D. ISA总线、VESA总线和PCI总线 解析：根据三总线结构概念可得三总线结构是在计算机系统各部件之间采用3条各自独立的总线来构成信息通路，这3条总线分别为主存总线、I/O总线和直接内存访问(DMA)总线。故选C。 ：强连通计算机考研
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