計算機組成原理——第六章.ppt

1、第6章總線系統(tǒng)，6.1總線的概念和結構形式6.2總線接口6.3總線的仲裁，定時和數(shù)據(jù)傳輸模式6.4 ISA總線6.5 PCI總線，一，為什么使用總線，二，總線，三，總線上的信息傳輸，6.1總線的概念和結構形式，單內部總線：在CPU內部連接各寄存器和運算部件的總線系統(tǒng)總線： CPU和校正機系統(tǒng)的其他高速功能部件，例如存儲器、通道等相互連接的總線I/O總線：中低速I/O設備間相互連接的總線、單芯片總線(Chip Bus )芯片大型集成電路芯片內部或間接總線本地總線(Local Bus )、微處理器的讀取信號芯片內總線、大型集成電路芯片內部連接內部總線(Internal Bus )模板級互連、主機內

2、部功能單元(模板)。 或系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(System Bus )由微機系統(tǒng)的主要總線內部總線由1條變?yōu)槎鄺l，形成多總線結構外總線(External Bus )的設備級互連，微機與其周邊或微機之間連接的總線在過去指向總線特性延伸的總線插頭、插座形狀等功能特性：描述總線中各線路的功能電特性：定義各線路中信號的傳輸方向和有效電平范圍。 發(fā)送到CPU的信號稱為輸入信號(IN )并且來自CPU的信號稱為輸出信號(OUT )的時間特性：定義了一條線何時有效的時序關系，即該總線上的各個信號有效的時序關系，并且，為了便于各個功能部件的連接，廣泛使用的總線是標準化的、三角化的、三角化的。 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)線根數(shù)的地

3、址線和數(shù)據(jù)線的多路復用、地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的總和、負載能力、同時、自動、調停、邏輯、計數(shù)、4、總線帶寬、總線帶寬總線傳輸速率每單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為每秒兆字節(jié)(MB ) 即5MHz的8086微處理器16 (40.210-6 ) bps 20106 bps2.5MB/s 66mhz的奔騰，基本非流水線總線周期64266106 bps264 MB/S 66MHz的奔騰，2-。 (1)假定一個總線在一個總線周期中并行傳輸4字節(jié)的數(shù)據(jù)，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？ (2)如果在一個總線周期中并行傳輸64位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率上升到66MHz，總線帶寬是

4、多少？ (1)單總線結構，其中，總線帶寬表示為Dr，總線時鐘周期表示為T=1/f，并且按照每個總線周期傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量表示為d，那么按照定義，dr=d/t=d1/t=df=4b331000000，其中，1MB106 B，1 .單總線結構為了在某些設備需要使用總線時快速獲得總線控制權，連接到總線的邏輯組件必須快速運行。如果不使用總線，可以快速銷毀總線控制權。五、總線結構，二.雙總線結構在CPU與主存儲器之間設置了一組高速存儲總線，使CPU能夠通過專用總線和內存交換信息，減輕系統(tǒng)總線的負擔，主存儲器實現(xiàn)了系統(tǒng)總線與外圍設備之間的DMA操作16位PC :單總線結構的IBM PC和IBM PC/XT機的I

5、BM PC總線IBM PC/XT機的IBM AT總線，即ISA總線早期32位PC和MCA總線競爭的EISA總線(擴展ISA總線) 32位本地總線VESA當前32位PC :多總線結構存儲總線系統(tǒng)總線：外圍部件互連PCI顯示總線：圖形加速接口AGP外圍接口：鍵盤接口、鼠標接口、串行通信接口通用IEEE 1394接口、6.2總線接口、1 .串行傳輸僅通過一條傳輸線，每比特依次傳輸表示一個數(shù)字的所有二進制比特(bit) 2。 并行傳輸各個數(shù)據(jù)位需要個別的傳輸線。 二進制0或1在不同的線路上同時傳輸?shù)拇型ㄐ?、串行通信：將?shù)據(jù)分解為二進制位用的一條信號線，一位一位地依次傳輸?shù)姆绞酱型ㄐ诺膬?yōu)點：通信中使

6、用的線路變少， 電信時可大幅降低成本的通信協(xié)議(通信協(xié)議):收發(fā)雙方都能解決傳輸速度、信息格式、位同步、字符同步、數(shù)據(jù)檢查等問題的串行通信適用于遠距離數(shù)據(jù)傳輸， 在不要求速度的近距離數(shù)據(jù)傳輸PC系列功能中經常使用的串行異步通信：以字符為單位進行傳輸?shù)拇型酵ㄐ牛阂?個塊(幀)為傳輸單位，每個塊附加1個或2個同步字符，最后用校驗字符結束傳輸方式的全雙工： 2條傳輸線路半雙工：可同時收發(fā)1條傳輸線不能同時收發(fā)：單一傳輸線僅作為收發(fā)調制解調器Modem使用。 作為通信線路信號和計算機數(shù)字信號相互轉換的設備使用。 開始位是按字符開始傳輸?shù)臉酥?，開始位是邏輯0級，數(shù)據(jù)位跟在開始位之后。 由58個二進制

7、位構成，低位先傳輸，奇偶校驗位用于檢查是否正確傳輸，可以選擇不傳輸奇數(shù)校驗、偶數(shù)校驗或奇偶校驗位，停止位是該字符的傳輸結束停止位為邏輯1電平，能夠選擇1、1.5或2位，起始式異步通信字符格式、空閑位傳送字符之間的邏輯1電平表示未進行傳送，數(shù)據(jù)傳送速率、數(shù)據(jù)傳送速率(Bit Rate ) 或者針對每秒要傳輸?shù)亩M制比特bps字符而持續(xù)的時間長度相同，作為數(shù)據(jù)傳輸速率的每人的時間長度相等：當前，比特率波特率限制在50bps-9600 bps之間，但是能夠達到115200 bps以上。 【例2】通常用串行方式傳輸字符，并且每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)被稱為波特數(shù)。假定數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒120個字符，且每個字符

8、格式定義包含10個數(shù)據(jù)位(開始位、停止位、8個數(shù)據(jù)位)，要傳輸多少個波特？ 每個數(shù)據(jù)位需要多長時間？ 【解釋】:入口數(shù)為10比特120/秒=1200入口的每數(shù)據(jù)比特的占有時間Td為入口數(shù)的倒數(shù)： Td=1/1200=0.8330.001s=0.833ms，發(fā)送8比特的數(shù)據(jù)的主機(Master ) :控制服務器：被動實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換總線仲裁：確定當前控制總線主集中仲裁：中央仲裁器負責分散仲裁：比較各主仲裁編號的確定，在某一時刻只有一個主控制總線，其他設備此時可以為從站，但多個設備從總線接收數(shù)據(jù)， 集中仲裁：鏈查詢方式、I/O接口1、集中仲裁：計數(shù)器定時器查詢方式、I/O接口1、設備地址、集中仲裁：可

9、以是獨立請求方式6.3.2總線的定時(定時協(xié)議)、同步定時總線操作的每個過程采用總線定時同步定時來準備高速設備等待低速設備的微處理器控制的信號，否則根據(jù)公共總線時鐘信號來控制相當于高速的設備互連總線在信號控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始有伴隨啟動(門或讀寫)信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y束的確認信號，響應、同步定時協(xié)議、同步式數(shù)據(jù)輸入半相互鎖定、全相互鎖定、非同步定時的相互鎖定關系、打印定時， 典型的異步定時DATA0DATA7(8位殘奧電平數(shù)據(jù))信號打印機接收數(shù)據(jù)ACK* (響應)信號打印機接收數(shù)據(jù)結束返回負脈沖響應信號BUSY (忙狀態(tài))信號打印機被忙于處理接收數(shù)據(jù)，從而不能接收新數(shù)據(jù)6.3.3總線數(shù)據(jù)傳輸模式、讀取

10、數(shù)據(jù)傳輸：從從站向主站寫入數(shù)據(jù)從相鄰地址讀取固定塊長度的數(shù)據(jù)，或者在寫入后讀取(Read-After-Write )寫入后讀取相同的地址單元6.4 ISA總線、16位系統(tǒng)總線、IBM PC/AT及其兼容功能適合于在讀修改讀取之后驗證寫入相同的地址單元，包括前62管腳(a和b平面)和后36管腳(a和b平面) 在IBM PC和IBM PC/XT機的IBM PC總線的前62個信號中，8位的數(shù)據(jù)。以最快4個時鐘周期傳輸8位數(shù)據(jù)。IBM AT機增量后36個信號，16位數(shù)據(jù)引腳和24位地址引腳8MHz總線頻率，2個時鐘周期中16個6.4 ISA總線、6.4 ISA總線、6.4 ISA總線、6.4 ISA總

11、線英特爾公司支持PCI聯(lián)盟SIG獨立于處理器的集中總線仲裁，并且多處理器系統(tǒng)通過橋接電路與ISA/94針PCI版本1.0:32位數(shù)據(jù)總線，33MHz時鐘頻率PCI版本： 64位數(shù)據(jù)總線寬度32位，可升級到64位，支持突發(fā)操作模式，同步，包括EISA總線即插即用自動定位能力卓越的兼容性。 PC I總線部件和主板接口是相互獨立的處理器，現(xiàn)在和將來不同結構的處理器都能很好地支持。 即插即用。PC I設備包括用于存儲設備特定信息的寄存器，這些信息允許系統(tǒng)B IO S和操作系統(tǒng)層軟件自動配置PC I總線部件和板。 低成本。 采用優(yōu)化芯片，復用系統(tǒng)減少了引腳數(shù)量和PC I部件，通過ISA、EISA、MCA

12、的擴展板也在PC I總線上運行，減少了用戶開發(fā)成本。 多主能力。 支持任何PC I主設備和從設備之間的點對點訪問。 定義了3.3V和5v兩種信號環(huán)境，3.3V的組件技術使電壓平滑遷移。 支持緩存。 PCI總線的主要特征：PCI總線的結構、PCI總線的特征、(1) PC I規(guī)則支持多總線結構。 在整個系統(tǒng)中有三種不同的總線：主機總線，并且是整個系統(tǒng)中最基本的設備之間的高性能連接，通常是IN TEL X86類型的總線。 PC IBus是系統(tǒng)高性能本地總線，連接各種高性能外圍設備，強化系統(tǒng)功能。 le gacy總線是ISA、E ISA、MCA總線等傳統(tǒng)的低性能總線。 (2)系統(tǒng)整體可以分成多個層級，

13、其中不同的總線通過橋接器連接，并且橋接器的主要功能是在兩種不同的信號環(huán)境之間進行轉換，從而順利地在不同總線之間進行數(shù)據(jù)傳輸。 (3)在各總線上連接有各自的總線元件(MASTER、TARGET MEMORY、TARGET I/O )。SCSI總線(小型計算機系統(tǒng)接口)、SCSI小型計算機系統(tǒng)接口高速、智能、殘奧總線接口使用50芯電纜，有8條數(shù)據(jù)線、1條奇偶校驗線、9條控制線等采用菊花鏈形式最多可連接8臺設備的分布式總線仲裁策略，各SCSI設備具有固有的設備編號ID07 SCSI-2，擴展了SCSI的命令集，采用了68單元電纜， 提高了數(shù)據(jù)傳輸速率的SCSI-3標準將與總線連接的設備從8個增加到1

14、6個，支持16位數(shù)據(jù)傳輸，包括IEEE 1394總線、高速串行總線標準接口、 適用于視頻等家電消費類設備的通稱火線Fire Wire具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚傩詳?shù)據(jù)傳輸速率： 100Mb/s秒、200Mb/s秒、400Mb/s秒具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，多媒體數(shù)據(jù)(圖像和聲音)傳輸?shù)倪B續(xù)大小也就是說，PC的一個端口由許多設備共享。 USB總線可以提供電源，但串聯(lián)連接多個功耗較大的外圍設備可能會導致總線過載。 在這種情況下，可以使用自供電的集線器來補償功耗。 此外，USB外圍設備可熱插拔。 根據(jù)設備對系統(tǒng)資源的需求，在USB標準中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式：1.等時傳輸方式2 .中斷傳輸方式3 .控制傳輸方式4 .分批方式，第6章練習問題，1 .通過異步通信方式傳輸字符 a 和8，數(shù)據(jù)為7位2， 某總線在一個總線周期中并行傳輸8字節(jié)的信息，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70MHz，總線帶寬是多少？ PCI總線信號