計算機硬件基礎第6章.ppt

第6章 總線結構,2,主要內容,總線的基本概念和分類 總線的基本功能 總線的性能指標 常用系統(tǒng)總線和外部總線,3,6.1 總線基本概念,總線概念 總線分類及其特點,下面分別介紹,4,總線(BUS)一般概念,概念：總線是一組導線和相關控制、驅動電路的集合 作用：計算機系統(tǒng)各部件傳輸信息的通路 使用：任一時刻，只能有一個部件/設備使用總線發(fā) 送數(shù)據(jù)，其他部件只能處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài) 指標：總線位寬、總線帶寬、工作頻率,部 件,部 件,部 件,5,6.1.1 總線分類,按傳送信息的類型 按相對CPU的位置,地址總線(AB)Address Bus 數(shù)據(jù)總線(DB)Data Bus 控制總線(CB)Control Bus,片內總線/內部總線(CPU內部) 片外總線(CPU與內存, CPU與I/O接口),接下頁,6,總線分類(按層次結構劃分),1、CPU總線/前端總線(直接由CPU引腳引出的總線) CPU與外界的連接線 CPU與微機內部各外圍芯片之間的總線 ，用于芯片一級互連 2、系統(tǒng)總線(連接主板上的各個插接板) 各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級的互連 如 ISA和EISA總線 3、局部總線(下頁) 4、外部總線(下頁),7,總線分類(按層次結構劃分),3、局部總線(只出現(xiàn)在80386以后的微機系統(tǒng)) CPU總線與系統(tǒng)總線之間的總線。如 PCI總線 4、外部總線(主機與外設接口) 用于設備一級的互連 微機和外設之間的總線，微機作為一種設備，通過外部總 線與其他設備交換信息。如 USB、IEEE1394,8,6.1.2 總線結構,總線系統(tǒng)結構,單總線結構 雙總線結構 多總線結構,下面分別介紹,發(fā)展,9,單總線結構,內存與I/O共用同一總線，兩者分時工作 同樣看待內存與I/O，兼顧兩者特點 缺點:高速存儲器與低速I/O接口競爭總線，影響存儲器讀寫速度,I/O,CPU,M,M,BUS,Memory,Input/Output,I/O,I/O,10,雙總線結構(面向CPU),CPU,M,I/O,I/O,I/O,BUS,BUS,面向CPU的雙總線結構 內存與I/O之間傳輸數(shù)據(jù)需要CPU轉發(fā),11,雙總線結構(面向存儲器),面向存儲器的雙總線結構，內存與I/O可以直接傳輸數(shù)據(jù) 結構復雜、造價高、效率高,CPU,M,I/O,I/O,I/O,BUS,BUS,12,多總線結構,擁有兩個以上總線，不同設備使用不同總線，照顧各自特點,北橋,CPU,磁盤控制器,南橋,PCI接口卡,主存儲器,PCI總線 (連高速設備),聲效卡,MODEM卡,ISA接口卡,AGP總線,存儲器總線,AGP顯卡,鍵盤、鼠標、串并口,USB,ISA總線 (連低速設備),前端總線(CPU總線),網絡卡,橋：一些控制芯片,13,6.1.3 總線基本功能及主要性能指標,基本功能： 1. 數(shù)據(jù)傳送：在總線上傳送數(shù)據(jù) 2. 仲裁控制：決定讓哪個器件或設備使用總線 3. 總線驅動：驅動總線上連接的器件或設備 4. 出錯處理：出錯時進行處理,器件或設備,器件或設備,BUS,下面分別介紹,14,一、數(shù)據(jù)傳送(發(fā)送、接收)方式,在總線上傳送數(shù)據(jù)的方式有： 1.同步方式 (發(fā)送、接收同時，且發(fā)收時間固定) 2.異步方式 (發(fā)送、接收不同時) 3.半同步方式(發(fā)送、接收同時，發(fā)收時間可不固定),下面分別介紹,15,同步方式傳送(發(fā)送、接收),數(shù)據(jù)傳送由公用時鐘控制，發(fā)送、接收信號在固定時刻 即數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收同時進行 簡單，適合速度相當?shù)陌l(fā)、收部件,同步方式示意圖,接收端接收信息,發(fā)送端發(fā)出信息,time1 time2 time3 ,16,異步方式傳送數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的發(fā)、收不在同一時刻，即發(fā)、收不同步，有時間延遲 不用時鐘控制傳送，為識別數(shù)據(jù)，增加“請求”和“應答”信號 即采用應答方式(握手方式)控制傳送 發(fā)送方發(fā)出時，發(fā)出請求信號Request，以通知接收方 接收方收到數(shù)據(jù)后，發(fā)響應信號Acknowledge，以通知發(fā)送方,17,半同步方式傳送數(shù)據(jù),結合(混合)同步、異步兩種方式的優(yōu)點。 在固定時刻發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，時機不固定。 發(fā)送間隔可變，間隔時間是時鐘周期的倍數(shù)。 適用設備速度差異較大的簡單系統(tǒng)。,18,二、仲裁控制(判優(yōu)控制),仲裁控制： 在多設備總線系統(tǒng)中，根據(jù)一定的判決原理，決定某一時刻讓哪一個設備使用總線。 仲裁方法： 鏈式查詢方式 計數(shù)器查詢方式 獨立請求方式等,下面分別介紹,19,鏈式查詢方式(不要求),BG線：按鏈式串聯(lián)結構與各設備連接，排在前面的優(yōu)先級別高 特點： 信號線少，便于擴充設備,設備1,設備2,BG總線回答線,設備n,BR總線請求線,總線控制部件,數(shù)據(jù)和地址總線,BS總線忙線,20,計數(shù)器查詢方式(不要求),BR總線請求線,BS總線忙線,總線控制部件,數(shù)據(jù)和地址總線,設備2,設備n,設備1,設備地址,當設備通過BR總線申請使用總線時，總線控制部件接到申請后，在BS=0時讓計數(shù)器開始計算，若計數(shù)值與哪個設備的地址相同，它獲得總線使用權?？筛鶕?jù)計數(shù)器初值改變設備優(yōu)先級別 計數(shù)器初值=0：設備優(yōu)先級別等價鏈式查詢方式 計數(shù)器初值=上次計數(shù)的中止值：每個設備的優(yōu)先級別相同,21,獨立請求方式(不要求),總線控制部件,數(shù)據(jù)和地址總線,設備2,BR2,BG2,設備1,BR0,BG0,設備n,BRn,BGn,每個設備有自己獨立的BR總線請求線、BG總線回答線 總線控制部件中的優(yōu)先排隊電路根據(jù)優(yōu)先次序確定響應哪個設備的請求 特點：響應快、靈活、信號線多,獨立的線,80X86微機中采用獨立請求方式,22,三、總線驅動,總線驅動: 驅動或隔離連到總線的器件，需要時驅動，不需要時隔離 常見總線驅動器芯片：三態(tài)門驅動器、鎖存器,器件,總線驅動器芯片,驅動(導通)： 數(shù)據(jù)通過 隔離(不導通) ：數(shù)據(jù)不通過,數(shù)據(jù)輸入,數(shù)據(jù)輸出,系統(tǒng)總線,總線驅動器件,23,三態(tài)門總線驅動器,輸入,輸出,OE,輸入,輸出,OE,輸入,輸出,OE,輸入,輸出,OE,OE高電位導通,OE低電位導通,總線驅動器件,24,典型總線驅動器芯片,74LS244 ：8總線驅動器 內部包含8個單向三態(tài)門，分成兩組，分別控制,74LS244,E1 E2 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4,1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4,1組輸出,2組輸出,1組輸入,2組輸入,25,四、出錯處理,數(shù)據(jù)傳送中會發(fā)生錯誤，要能發(fā)現(xiàn)、處理錯誤 可用某種校驗方法檢測。如，用1位數(shù)據(jù)做偶校驗位 當收到的數(shù)據(jù)1的個數(shù)為偶數(shù)時，認為傳送正確 例 要傳送的數(shù)據(jù)是 1000011 加偶校驗位 1 1000011 若收到的數(shù)據(jù)1的個數(shù)為奇數(shù)，則出錯,26,總線主要性能指標,總線帶寬(B/S)：單位時間內總線上可傳送的字節(jié)數(shù)量 總線位寬(Bit)： 能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，如32位、64位 工作頻率(MHz)：也稱時鐘頻率，也稱CPU主頻 計算公式：總線帶寬=(總線位寬/8)工作頻率 例 CPU工作頻率66MHz，32位總線，求 總線帶寬=？ 答 總線帶寬= 32/8 66 = 264 MB/S,27,6.2 常用總線標準,總線標準是為計算機系統(tǒng)中互連各個模塊制定的標準(規(guī)范) 為計算機接口的軟、硬件設計提供方便 內容包括： 1)機械結構規(guī)范 規(guī)定模塊尺寸、總線插頭、邊沿連接器等的規(guī)格。 2)功能結構規(guī)范 規(guī)定引腳名稱、功能以及相互的作用。是總線標準的核心。 3)電氣規(guī)范 規(guī)定信號邏輯電平、負載能力、最大額定值及動態(tài)轉換時間等,28,6.2.1 系統(tǒng)總線,系統(tǒng)總線：機箱內的底板總線、也稱板級總線或I/O通道總線 用于連接構成微機的各個插件板，即連接I/O接口卡或I/O適配器 常用系統(tǒng)總線標準 : ISA、 EISA、PCI、AGP,看圖片,29,主板系統(tǒng)總線插槽,多個PCI總線插槽(白色),1個AGP插槽,ISA總線插槽,單擊圖片看插卡到系統(tǒng)總線錄像,下面分別介紹,30,1.ISA總線(早期總線),Industry Standard Architecture (工業(yè)標準總線) 用于IBM-PC/XT、AT機及其兼容機 早期流行，當今PC機只保留一個ISA插槽，或不保留,ISA總線插槽,31,2.EISA總線,Extended Industry Standard Architecture 擴展的ISA總線 16位總線，與ISA兼容 用于286、386微機 EISA插槽既可插ISA插卡，又可插EISA插卡,3.PCI總線,PCI：Peripheral Component Interconnect 為適應多媒體信息實時性開發(fā)，一般為白色。 使計算機能高速傳輸多媒體信息，確保圖像、聲音能連續(xù)顯示和播放，不出現(xiàn)間斷現(xiàn)象。 可插PCI顯示卡、PCI聲卡、PCI視頻捕捉卡和PCI網卡等。 獨立于微處理器，任何CPU都可使用PCI總線 即插即用(Plug and Play)， 32位/64位數(shù)據(jù)信號 通過PCI橋與CPU連接(北橋) 總線時鐘頻率：33MHz、66MHz 傳送速率：133MB/S、266MB/S、533MB/S,33,4.AGP專用總線,Accelerated Graphics Port (高速圖形接口) 圖形顯示卡專用總線，系統(tǒng)只支持一個AGP擴展插槽 在系統(tǒng)主存和視頻卡之間提供一條通道，突破PCI瓶頸 提高視頻卡與內存?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)的速度，提高3D圖形處理能力,AGP,圖形/存儲器控制器/PCI橋,圖形顯示卡,PCI,CPU,I/O,I/O,I/O,顯示存儲器,系統(tǒng)內存,AGP與PCI比較,34,AGP與PCI的關系,AGP僅是一種專用接口，不能取代PCI總線。 AGP標準與PCI標準完全兼容。 AGP不是PCI的升級版本，其插槽與PCI不兼容。 AGP是對PCI的擴充與增強 保留PCI接口信號基礎上，增加新接口信號 保留PCI原協(xié)議基礎上，增加新協(xié)議，即AGP協(xié)議。既可用PCI協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，也可用AGP協(xié)議傳輸，還可用混合協(xié)議(兩種協(xié)議結合)傳輸。,35,AGP其他特點,具有2X、4X、8X的數(shù)據(jù)傳輸率 如，8X是每周期傳送8個32位數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)的讀/寫操作采用流水線操作 地址信號與數(shù)據(jù)信號分離，提高訪問內存速度 并行操作(CPU訪問RAM時，AGP顯示卡可訪問AGP內存，顯示卡獨享AGP總線),36,也稱機外總線、用戶總線 用于計算機主機連接外設 常用外部總線有USB、IEEE1394等,6.2.3 外部總線,下面分別介紹,37,1.USB總線,Universal Serial Bus (通用串行總線) 主機與外設的接口 4根芯線(2根數(shù)據(jù)線、1根地線、1根電源線) 適合多種設備，即插即用，可熱插拔 無需用戶設定，自動配置，不需另備電源 可靠，低成本，低功耗 具有級聯(lián)方式，可智能識別鏈上外設的插拔 速度較快，傳送速率滿足大多數(shù)外設要求，有1.5Mb/s、 12Mb/s、480Mb/s,38,2.IEEE1394,也叫Fire Wire 串行接口標準，一種連接外設的機外總線 純數(shù)字接口，不必將數(shù)字信號轉變成模擬信號 可連接家電，如數(shù)碼相機、DVD播放機、視頻電話 可連接硬盤、打印機、掃描儀,39,本章要求掌握的內容,總線的基本概念、分類、基本功能、