計算機組成與結構課件 第7章 系統(tǒng)總線

第7章系統(tǒng)總線主要內容：7.1系統(tǒng)總線概述7.2系統(tǒng)總線的設計7.3微型計算機的系統(tǒng)總線（略）第7章系統(tǒng)總線7.1系統(tǒng)總線概述7.1.1系統(tǒng)總線的功能7.1.2系統(tǒng)總線的分類7.1.3總線的性能指標7.1.1系統(tǒng)總線的功能1．系統(tǒng)總線的功能（通信，三個方面）（1）主存與CPU的信息傳送（讀取指令和讀寫數據）（2）I/O設備與CPU的信息傳送（發(fā)送命令，收發(fā)數據）（3）I/O設備與主存的信息傳送（DMA方式）2．系統(tǒng)總線的特性（1）物理特性：即物理連接方式（2）功能特性：包括地址總線、數據總線、控制總線（3）電器特性：定義信號的傳遞方向及有效電平范圍（4）時間特性：規(guī)定總線上各信號有效的時序關系7.1.2系統(tǒng)總線的分類1．總線按所處的位置分類2．按功能分類3．按時序控制方式分類4．按數據傳送格式分類內總線外總線局部總線系統(tǒng)總線數據總線地址總線控制總線同步總線異步總線擴展同步總線并行總線串行總線7.1.3總線的性能指標1、總線寬度（位數）2、總線時鐘頻率（MHz）3、最大數據傳輸率（速率，MB/s）4、信號線數5、負載能力（插接板卡數量）拓展：總線的標準化微機的總線標準舉例1．ISA總線：IBM1984年推出，又叫AT總線2．EISA總線：1988年由Compaq等9家公司聯合推出3．VESA總線：1992年由60家板卡制造商聯合推出4．PCI總線：是由Intel公司推出5．CompactPCI：6．PCI-E總線：由Intel、AMD、DELL、IBM等20多家公司于2004正式推出7.2系統(tǒng)總線的設計7.2.1系統(tǒng)總線的帶寬7.2.2系統(tǒng)總線的結構7.2.3總線的時序控制7.2.4總線的仲裁7.2.1系統(tǒng)總線的帶寬1.總線帶寬的決定因素數據帶寬＝（總線頻率×數據位寬）÷8，單位：MB/s例：某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數據，假設一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為33MHz，總線帶寬是多少？解：設總線帶寬用Dr表示，總線時鐘頻率用F表示，總線時鐘周期用T=1/F表示，一個總線周期傳送的數據量用D表示，根據定義可得：Dr=D/T=D×(1/F)=D×F=4B×33×106/s=132MB/s這樣，總線的帶寬應該不小于132MB/s。討論如何設計總線帶寬？方案1：單總線時鐘周期方案方案2：多總線時鐘周期方案（即分時復用方案）優(yōu)點：連線減少，成本降低、節(jié)約主板的布線空間；缺點：降低了系統(tǒng)的速度，增加了系統(tǒng)連接的復雜度7.2.2系統(tǒng)總線的結構1．單總線結構2.二總線結構3．三總線結構4.高性能的多總線結構5．I/O通道和I/O處理機1．單總線結構2.二總線結構3．三總線結構4.高性能的多總線結構5．I/O通道和I/O處理機7.2.3總線的時序控制1．同步控制總線主要特征是以時鐘周期為劃分時間段的基準，CPU內部操作速度較快，通常選擇較短的時鐘周期?？偩€傳送時間較長，占用多個CPU時鐘周期。2．異步控制總線主要特征是沒有統(tǒng)一的時鐘周期劃分，而是采用應答方式實現總線的傳送操作，所需時間視需求而定同步讀操作的時序控制圖內存發(fā)出CPU發(fā)出CPU發(fā)出內存請求異步總線讀操作時序主設備發(fā)出從設備發(fā)出主同步信號從同步信號7.2.4總線的仲裁1．集中式總線仲裁：由總線控制器管理總線的使用例如：在鏈式傳送中，總線授權信號被依次傳送到I/O設備。邏輯上離控制器最近的設備首先接收到信號，如果發(fā)送過總線請求，則接管總線，并停止授權信號繼續(xù)往下傳播；否則，則將授權信號傳送給下一個設備，再重復相同過程，直到某個設備接管總線為止。2．競爭式總線仲裁當某個設備需要使用總線時，發(fā)出請求。所有的設備都監(jiān)聽總線請求信號，到一個總線周期結束時，各設備都能知道自己是否為優(yōu)先級最高的設備，以及能否在下一個總線周期使用總線。無總線申請時，總線仲裁信號（高電平）可以傳送到所有的設備。當設備要使用總線時，它首先檢測總線是否空閑，并且檢測收到的總線仲裁信號（輸入端）是否為高電平，如果是高電平，則獲得總線，并發(fā)出總線忙信號，然后開始傳送數據。反之，如果已經是低電平，則無權使用總線，把輸出端置為低。7.3微型計算機的系統(tǒng)總線（略）7.3.1微型計算機的前端總線7.3.2微型計算機的PCI總線7.3.1微型計算機的前端總線前端總線頻率分為266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz前端總線的速度指的是CPU和北橋芯片間總線的速度7.3.2微型計算機的PCI總線PCI總線是由Intel公司于1990年推出的高帶寬、獨立于CPU的總線。PIC總線的頻率分為33MHz、66MHz、100MHz、133HHz等，總線寬度包括32位和64位兩種。PCI總線一邊通過PCI橋與前端總線相連接，一邊通過ISA橋接器與ISA總線相連接。PCI總線是一種同步時序總線，通過分時復用技術實現對地址信號和數據信號的傳送，采用集中式的總線仲載方式。PCI總線定義了一組50根必備信號線和一組50根可選信號線，詳細情況見教材P188