中北大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理課件第03章系統(tǒng)總線(可編輯).doc

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第3章 系統(tǒng)總線 3.1 總線的基本概念 3.2 總線的分類 3.3 總線特性及性能指標(biāo) 3.4 總線結(jié)構(gòu) 3.5 總線控制 優(yōu)秀課件,精彩無限! 13.1 總線的基本概念 一、為什么要用總線 二、什么是總線 總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線, 是 各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì) 三、總線上信息的傳送 串行 并行 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2四、總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例 3.1 3.1 1. 面向 CPU 的雙總線結(jié)構(gòu)框圖 I/O總線中央處理器 CPU M … I/O接口 I/O接口 I/O接口 總 線 I/O I/O I/O … 主存設(shè)備1 設(shè)備2 設(shè)備n優(yōu)秀課件,精彩無限! 33.1 2. 單總線結(jié)構(gòu)框圖 3.1 單總線(系統(tǒng)總線) …I/O接口 I/O接口 I/O接口 CPU 主存 I/O I/O I/O … 設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備n 優(yōu)秀課件,精彩無限! 43.1 3.1 3. 以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)總線 …I/O接口 I/O接口 存儲(chǔ)總線 CPU 主存 I/O I/O … 設(shè)備1設(shè)備 n 優(yōu)秀課件,精彩無限! 53.2 總線的分類 芯片內(nèi)部 的總線 1.片內(nèi)總線 計(jì)算機(jī)各部件之間 的信息傳輸線 2.系統(tǒng)總線 雙向 與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān) 數(shù)據(jù)總線 地址總線 單向 與存儲(chǔ)地址、 I/O地址有關(guān) 控制總線 有出 有入 存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫 中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求 總線允許、中斷確認(rèn) 優(yōu)秀課件,精彩無限! 63.2 3.2 3.通信總線用于 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間 或 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 與其他系統(tǒng)(如控制儀表、移動(dòng)通信等) 之間的通信 串行通信總線 傳輸方式 并行通信總線 優(yōu)秀課件,精彩無限! 73.3 總線特性及性能指標(biāo) 一、總線物理實(shí)現(xiàn) I/O 主存 CPU 插板插板插板 BUS 主板 優(yōu)秀課件,精彩無限! 83.3 3.3 二、總線特性 尺寸、形狀、管腳數(shù) 及 排列順序 1. 機(jī)械特性 傳輸方向 和有效的 電平 范圍 2. 電氣特性 地址 數(shù)據(jù) 每根傳輸線的 功能 3. 功能特性 控制 4. 時(shí)間特性 信號(hào)的 時(shí)序 關(guān)系 優(yōu)秀課件,精彩無限! 93.3 3.3 三、總線的性能指標(biāo) 數(shù)據(jù)線 的根數(shù) 1. 總線寬度 每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)(MBps) 2. 總線帶寬 3. 時(shí)鐘同步/異步 同步、不同步 地址線 與 數(shù)據(jù)線 復(fù)用 4. 總線復(fù)用 地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的 總和 5. 信號(hào)線數(shù) 并發(fā)、自動(dòng)、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù) 6. 總線控制方式 7. 其他指標(biāo) 負(fù)載能力 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 0 3.3 3.3 四、總線標(biāo)準(zhǔn) ISA 標(biāo) 模塊 模塊 EISA 準(zhǔn) 總 VESALV-BUS 界 線 PCI 面 標(biāo) AGP 系統(tǒng) 準(zhǔn) 系統(tǒng) RS-232 USB 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 1 四、總線標(biāo)準(zhǔn) 3.3 3.3 總線標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)線 總線時(shí)鐘 帶寬 ISA 16 8 MHz(獨(dú)立) 16 MBps EISA 32 8 MHz(獨(dú)立) 33 MBps VESA 32 33 MHz(CPU) 133 MBps VL-BUS 32 33 MHz(獨(dú)立) 132 MBps PCI 64 66 MHz(獨(dú)立) 528 MBps 66.7 MHz(獨(dú)立) 266 MBps AGP 32 133 MHz(獨(dú)立) 533 MBps 串行通信 數(shù)據(jù)終端設(shè)備(計(jì)算機(jī))和數(shù)據(jù)通信設(shè)備 RS-232 (調(diào)制解調(diào)器)之間的標(biāo)準(zhǔn)接口 總線標(biāo)準(zhǔn) 普通無屏蔽雙絞線 1.5 Mbps USB1.0 串行接口 USB 12 Mbps USB1.0 帶屏蔽雙絞線 總線標(biāo)準(zhǔn) 480 Mbps USB2.0 最高 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 23.4 總線結(jié)構(gòu) 一、單總線結(jié)構(gòu) 單總線(系統(tǒng)總線) …I/O接口 I/O接口 I/O接口 CPU 主存 I/O I/O I/O … 設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備n 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 33.4 3.4 二、多總線結(jié)構(gòu) 1. 雙總線結(jié)構(gòu) 主存總線 CPU 主存 通道 I/O總線 具有特殊功能的處理器, … I/O接口 I/O接口 由通道對(duì)I/O統(tǒng)一管理 …設(shè)備n 設(shè)備0優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 43.4 3.4 2. 三總線結(jié)構(gòu) I/O總線 CPU 主存總線 … 主存 I/O接口 I/O接口 I/O接口 DMA總線 … 設(shè)備1 設(shè)備n 高速外設(shè) 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 53.4 3.4 3. 三總線結(jié)構(gòu)的又一形式 局部總線 CPU Cache 主存 局部I/O控制器 系統(tǒng)總線 SCSI Modem 局域網(wǎng) 擴(kuò)展總線接口 串行接口 擴(kuò)展總線 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 63.4 3.4 4. 四總線結(jié)構(gòu) 主存 Cache/橋 CPU 局部總線 系統(tǒng)總線 SCSI 圖形 多媒體 局域網(wǎng) 高速總線 FAX Modem 擴(kuò)展總線接口 串行接口 擴(kuò)展總線 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 73.4 3.4 三、總線結(jié)構(gòu)舉例 1傳統(tǒng)微型機(jī)總線結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)總線 33 MHz的32位數(shù)據(jù)通路 主存控制器 CPU 存儲(chǔ)器 標(biāo)準(zhǔn)總線控制器 … 8 MHz的16位數(shù)據(jù)通路 ISA、EISA SCSI Ⅱ 控制器 …Modem 多媒體 高速局域網(wǎng) 高性能圖形 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 82. VL-BUS局部總線結(jié)構(gòu) 3.4 3.4 系統(tǒng)總線 主存控制器 CPU 存儲(chǔ)器 局部總線控制器 33 MHz的32位數(shù)據(jù)通路 VLBUS S CSIⅡ 標(biāo)準(zhǔn)總線 控制器控制器 … ISA、EISA 多媒體 高速局域網(wǎng) 高性能圖形 8 MHz的16位數(shù)據(jù)通路 … 圖文傳真 Modem 優(yōu)秀課件,精彩無限! 1 93.4 3.4 3. PCI 總線結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)總線 存儲(chǔ)器 CPU PCI 橋 PCI 總線 33 MHz的32位數(shù)據(jù)通路 標(biāo)準(zhǔn)總線 SCSIⅡ控制器 控制器 8 MHz的16位數(shù)據(jù)通路 多媒體 高速局域網(wǎng) 高性能圖形 ISA、EISA 圖文傳真 Modem 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 03.4 3.4 4. 多層 PCI 總線結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器總線 CPU 存儲(chǔ)器 橋0 橋4 第一級(jí)橋 PCI總線4 PCI設(shè)備 橋5 PCI總線5 第二級(jí)橋 PCI總線0 總線橋 橋1 橋3 設(shè)備 PCI總線3 PCI總線1 第三級(jí)橋 橋2 標(biāo)準(zhǔn)總線 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 1 PCI總線23.5 總線控制 一、總線判優(yōu)控制 1基本概念主設(shè)備模塊 對(duì)總線有 控制權(quán)從設(shè)備模塊 響應(yīng) 從主設(shè)備發(fā)來的總線命令 鏈?zhǔn)讲樵? 集中式 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢總線判優(yōu)控制 獨(dú)立請(qǐng)求方式 分布式 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 23.5 3.5 2. 鏈?zhǔn)讲樵兎绞? BS -總線忙 BR-總線請(qǐng)求 BG-總線同意 數(shù)據(jù)線 地址線 總 BS 線 BR 控 制 部 … I/O接口0 I I/ /O O接口 接口1 1 I/O接口 n 件 BG … 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 33.5 3.5 3. 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式 BS -總線忙 數(shù)據(jù)線 BR-總線請(qǐng)求 地址線 總 設(shè)備地址 設(shè)備地址 線 BS 控 BR 1 0 制 部 計(jì)數(shù)器 件 … I/O接口0 I I/ /O O接口 接口1 1 I/O接口n 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 43.5 3.5 4. 獨(dú)立請(qǐng)求方式 BG-總線同意 BR-總線請(qǐng)求 數(shù)據(jù)線 地址線 BG n 總 BR n 線 BG 1 控 BR 1 BG 0 制 BR 0 部 件 … I/O接口0 I/O接口1 I/O接口n 排隊(duì)器 排隊(duì)器 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 53.5 3.5 二、總線通信控制 解決通信雙方 協(xié)調(diào)配合 問題 1. 目的 2. 總線傳輸周期 申請(qǐng)分配階段 主模塊申請(qǐng),總線仲裁決定 尋址階段 主模塊向從模塊 給出地址 和 命令 傳數(shù)階段 主模塊和從模塊 交換數(shù)據(jù) 結(jié)束階段 主模塊 撤消有關(guān)信息 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 63.5 3.5 3. 總線通信的四種方式 由 統(tǒng)一時(shí)標(biāo) 控制數(shù)據(jù)傳送 同步通信 異步通信 采用 應(yīng)答方式 ,沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn) 同步、異步結(jié)合 半同步通信 充分 挖掘 系統(tǒng) 總線每個(gè)瞬間 的 潛力 分離式通信 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 73.5 3.5 1 同步式數(shù)據(jù)輸入 總線傳輸周期 時(shí)鐘 T T T T 1 2 3 4 地址讀 命令 數(shù)據(jù) 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 83.5 3.5 2 同步式數(shù)據(jù)輸出 總線傳輸周期 時(shí)鐘 T T T T 1 2 3 4 地址 數(shù)據(jù)寫 命令 優(yōu)秀課件,精彩無限! 2 9異步通信 主設(shè)備 請(qǐng) 求 回 答 從設(shè)備 不互鎖 半互鎖 全互鎖 單機(jī) 多機(jī) 網(wǎng)絡(luò)通信 優(yōu)秀課件,精彩無限! 3 03.5 3.5 4 半同步通信(同步、異步 結(jié)合) 同步發(fā)送方 用系統(tǒng) 時(shí)鐘前沿 發(fā)信號(hào) 接收方 用系統(tǒng) 時(shí)鐘后沿 判斷、識(shí)別 異步允許不同速度的模塊和諧工作 增加一條 “等待”響應(yīng)信號(hào) WAIT 優(yōu)秀課件,精彩無限! 3 1… 3.5 3.5 以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序 T 主模塊發(fā)地址 1T 主模塊發(fā)命令 2T 當(dāng) 為低電平時(shí),等待一個(gè) T WAIT wT 當(dāng) WAIT為低電平時(shí),等待一個(gè) T wT 從模塊提供數(shù)據(jù) 3T 從模塊撤銷數(shù)據(jù),主模塊撤銷命令 優(yōu)秀課件,精彩無限! 3 2 4 35 35 4 半同步通信(同步、異步 結(jié)合) 總線傳輸周期 時(shí)鐘 T T T T T T 1 2 W W 3 4 地址 讀 命令 WAIT 數(shù)據(jù) 優(yōu)秀課件,精彩無限! 3 33.5 3.5 上述三種通信的共同點(diǎn) 一個(gè)總線傳輸周期(以輸入數(shù)據(jù)為例)主模塊發(fā)地址 、命令 占用總線從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 不占用總線 總線空閑從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù) 占用總線 優(yōu)秀課件,精彩無限! 3 43.5 3.5 5 分離式通信 充分挖掘系統(tǒng)總線每個(gè)瞬間的潛力 一個(gè)總線傳輸周期 子周期1 主模塊 申請(qǐng) 占用總線,使用完后 即 放棄總線 的使用權(quán) 子周期2 從模塊 申請(qǐng) 占用總線,將各種信 息送至總線上 主模塊 優(yōu)秀課件,精彩無限! 3 53.5 3.5 分離式通信特點(diǎn) 1. 各模塊有權(quán)申請(qǐng)占用總線 2. 采用同步方式通信,不等對(duì)方回答 3. 各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)時(shí),不占用總線 4. 總線被占用時(shí),無空閑 充分提高了總線的有效占用 優(yōu)秀課件,精彩無限! 3 6