計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)第6章.ppt

第6章 總線結(jié)構(gòu),2,主要內(nèi)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(biāo) 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(diǎn),下面分別介紹,4,總線(BUS)一般概念,概念：總線是一組導(dǎo)線和相關(guān)控制、驅(qū)動(dòng)電路的集合 作用：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件傳輸信息的通路 使用：任一時(shí)刻，只能有一個(gè)部件/設(shè)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(biāo)：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(duì)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(nèi)總線/內(nèi)部總線(CPU內(nèi)部) 片外總線(CPU與內(nèi)存, CPU與I/O接口),接下頁,6,總線分類(按層次結(jié)構(gòu)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(jī)內(nèi)部各外圍芯片之間的總線 ，用于芯片一級(jí)互連 2、系統(tǒng)總線(連接主板上的各個(gè)插接板) 各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級(jí)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(jié)構(gòu)劃分),3、局部總線(只出現(xiàn)在80386以后的微機(jī)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(jī)與外設(shè)接口) 用于設(shè)備一級(jí)的互連 微機(jī)和外設(shè)之間的總線，微機(jī)作為一種設(shè)備，通過外部總 線與其他設(shè)備交換信息。如 USB、IEEE1394,8,6.1.2 總線結(jié)構(gòu),總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu),單總線結(jié)構(gòu) 雙總線結(jié)構(gòu) 多總線結(jié)構(gòu),下面分別介紹,發(fā)展,9,單總線結(jié)構(gòu),內(nèi)存與I/O共用同一總線，兩者分時(shí)工作 同樣看待內(nèi)存與I/O，兼顧兩者特點(diǎn) 缺點(diǎn):高速存儲(chǔ)器與低速I/O接口競(jìng)爭(zhēng)總線，影響存儲(chǔ)器讀寫速度,I/O,CPU,M,M,BUS,Memory,Input/Output,I/O,I/O,10,雙總線結(jié)構(gòu)(面向CPU),CPU,M,I/O,I/O,I/O,BUS,BUS,面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu) 內(nèi)存與I/O之間傳輸數(shù)據(jù)需要CPU轉(zhuǎn)發(fā),11,雙總線結(jié)構(gòu)(面向存儲(chǔ)器),面向存儲(chǔ)器的雙總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)存與I/O可以直接傳輸數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、效率高,CPU,M,I/O,I/O,I/O,BUS,BUS,12,多總線結(jié)構(gòu),擁有兩個(gè)以上總線，不同設(shè)備使用不同總線，照顧各自特點(diǎn),北橋,CPU,磁盤控制器,南橋,PCI接口卡,主存儲(chǔ)器,PCI總線 (連高速設(shè)備),聲效卡,MODEM卡,ISA接口卡,AGP總線,存儲(chǔ)器總線,AGP顯卡,鍵盤、鼠標(biāo)、串并口,USB,ISA總線 (連低速設(shè)備),前端總線(CPU總線),網(wǎng)絡(luò)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(biāo),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(gè)器件或設(shè)備使用總線 3. 總線驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)總線上連接的器件或設(shè)備 4. 出錯(cuò)處理：出錯(cuò)時(shí)進(jìn)行處理,器件或設(shè)備,器件或設(shè)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(shí)，且發(fā)收時(shí)間固定) 2.異步方式 (發(fā)送、接收不同時(shí)) 3.半同步方式(發(fā)送、接收同時(shí)，發(fā)收時(shí)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(shí)鐘控制，發(fā)送、接收信號(hào)在固定時(shí)刻 即數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收同時(shí)進(jìn)行 簡(jiǎn)單，適合速度相當(dāng)?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(shí)刻，即發(fā)、收不同步，有時(shí)間延遲 不用時(shí)鐘控制傳送，為識(shí)別數(shù)據(jù)，增加“請(qǐng)求”和“應(yīng)答”信號(hào) 即采用應(yīng)答方式(握手方式)控制傳送 發(fā)送方發(fā)出時(shí)，發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)Request，以通知接收方 接收方收到數(shù)據(jù)后，發(fā)響應(yīng)信號(hào)Acknowledge，以通知發(fā)送方,17,半同步方式傳送數(shù)據(jù),結(jié)合(混合)同步、異步兩種方式的優(yōu)點(diǎn)。 在固定時(shí)刻發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，時(shí)機(jī)不固定。 發(fā)送間隔可變，間隔時(shí)間是時(shí)鐘周期的倍數(shù)。 適用設(shè)備速度差異較大的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。,18,二、仲裁控制(判優(yōu)控制),仲裁控制： 在多設(shè)備總線系統(tǒng)中，根據(jù)一定的判決原理，決定某一時(shí)刻讓哪一個(gè)設(shè)備使用總線。 仲裁方法： 鏈?zhǔn)讲樵兎绞?計(jì)數(shù)器查詢方式 獨(dú)立請(qǐng)求方式等,下面分別介紹,19,鏈?zhǔn)讲樵兎绞?不要求),BG線：按鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)與各設(shè)備連接，排在前面的優(yōu)先級(jí)別高 特點(diǎn)： 信號(hào)線少，便于擴(kuò)充設(shè)備,設(shè)備1,設(shè)備2,BG總線回答線,設(shè)備n,BR總線請(qǐng)求線,總線控制部件,數(shù)據(jù)和地址總線,BS總線忙線,20,計(jì)數(shù)器查詢方式(不要求),BR總線請(qǐng)求線,BS總線忙線,總線控制部件,數(shù)據(jù)和地址總線,設(shè)備2,設(shè)備n,設(shè)備1,設(shè)備地址,當(dāng)設(shè)備通過BR總線申請(qǐng)使用總線時(shí)，總線控制部件接到申請(qǐng)后，在BS=0時(shí)讓計(jì)數(shù)器開始計(jì)算，若計(jì)數(shù)值與哪個(gè)設(shè)備的地址相同，它獲得總線使用權(quán)?？筛鶕?jù)計(jì)數(shù)器初值改變?cè)O(shè)備優(yōu)先級(jí)別 計(jì)數(shù)器初值=0：設(shè)備優(yōu)先級(jí)別等價(jià)鏈?zhǔn)讲樵兎绞?計(jì)數(shù)器初值=上次計(jì)數(shù)的中止值：每個(gè)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)別相同,21,獨(dú)立請(qǐng)求方式(不要求),總線控制部件,數(shù)據(jù)和地址總線,設(shè)備2,BR2,BG2,設(shè)備1,BR0,BG0,設(shè)備n,BRn,BGn,每個(gè)設(shè)備有自己獨(dú)立的BR總線請(qǐng)求線、BG總線回答線 總線控制部件中的優(yōu)先排隊(duì)電路根據(jù)優(yōu)先次序確定響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求 特點(diǎn)：響應(yīng)快、靈活、信號(hào)線多,獨(dú)立的線,80X86微機(jī)中采用獨(dú)立請(qǐng)求方式,22,三、總線驅(qū)動(dòng),總線驅(qū)動(dòng): 驅(qū)動(dòng)或隔離連到總線的器件，需要時(shí)驅(qū)動(dòng)，不需要時(shí)隔離 常見總線驅(qū)動(dòng)器芯片：三態(tài)門驅(qū)動(dòng)器、鎖存器,器件,總線驅(qū)動(dòng)器芯片,驅(qū)動(dòng)(導(dǎo)通)： 數(shù)據(jù)通過 隔離(不導(dǎo)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(qū)動(dòng)器件,23,三態(tài)門總線驅(qū)動(dòng)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(dǎo)通,OE低電位導(dǎo)通,總線驅(qū)動(dòng)器件,24,典型總線驅(qū)動(dòng)器芯片,74LS244 ：8總線驅(qū)動(dòng)器 內(nèi)部包含8個(gè)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(cuò)處理,數(shù)據(jù)傳送中會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，要能發(fā)現(xiàn)、處理錯(cuò)誤 可用某種校驗(yàn)方法檢測(cè)。如，用1位數(shù)據(jù)做偶校驗(yàn)位 當(dāng)收到的數(shù)據(jù)1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，認(rèn)為傳送正確 例 要傳送的數(shù)據(jù)是 1000011 加偶校驗(yàn)位 1 1000011 若收到的數(shù)據(jù)1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則出錯(cuò),26,總線主要性能指標(biāo),總線帶寬(B/S)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)總線上可傳送的字節(jié)數(shù)量 總線位寬(Bit)： 能同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，如32位、64位 工作頻率(MHz)：也稱時(shí)鐘頻率，也稱CPU主頻 計(jì)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(biāo)準(zhǔn),總線標(biāo)準(zhǔn)是為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中互連各個(gè)模塊制定的標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范) 為計(jì)算機(jī)接口的軟、硬件設(shè)計(jì)提供方便 內(nèi)容包括： 1)機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)規(guī)范 規(guī)定引腳名稱、功能以及相互的作用。是總線標(biāo)準(zhǔn)的核心。 3)電氣規(guī)范 規(guī)定信號(hào)邏輯電平、負(fù)載能力、最大額定值及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間等,28,6.2.1 系統(tǒng)總線,系統(tǒng)總線：機(jī)箱內(nèi)的底板總線、也稱板級(jí)總線或I/O通道總線 用于連接構(gòu)成微機(jī)的各個(gè)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(biāo)準(zhǔn) : ISA、 EISA、PCI、AGP,看圖片,29,主板系統(tǒng)總線插槽,多個(gè)PCI總線插槽(白色),1個(gè)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(biāo)準(zhǔn)總線) 用于IBM-PC/XT、AT機(jī)及其兼容機(jī) 早期流行，當(dāng)今PC機(jī)只保留一個(gè)ISA插槽，或不保留,ISA總線插槽,31,2.EISA總線,Extended Industry Standard Architecture 擴(kuò)展的ISA總線 16位總線，與ISA兼容 用于286、386微機(jī) 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(yīng)多媒體信息實(shí)時(shí)性開發(fā)，一般為白色。 使計(jì)算機(jī)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(wǎng)卡等。 獨(dú)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(hào) 通過PCI橋與CPU連接(北橋) 總線時(shí)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(gè)AGP擴(kuò)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(nèi)存?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)的速度，提高3D圖形處理能力,AGP,圖形/存儲(chǔ)器控制器/PCI橋,圖形顯示卡,PCI,CPU,I/O,I/O,I/O,顯示存儲(chǔ)器,系統(tǒng)內(nèi)存,AGP與PCI比較,34,AGP與PCI的關(guān)系,AGP僅是一種專用接口，不能取代PCI總線。 AGP標(biāo)準(zhǔn)與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。 AGP不是PCI的升級(jí)版本，其插槽與PCI不兼容。 AGP是對(duì)PCI的擴(kuò)充與增強(qiáng) 保留PCI接口信號(hào)基礎(chǔ)上，增加新接口信號(hào) 保留PCI原協(xié)議基礎(chǔ)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(jié)合)傳輸。,35,AGP其他特點(diǎn),具有2X、4X、8X的數(shù)據(jù)傳輸率 如，8X是每周期傳送8個(gè)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(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)分離，提高訪問內(nèi)存速度 并行操作(CPU訪問RAM時(shí)，AGP顯示卡可訪問AGP內(nèi)存，顯示卡獨(dú)享AGP總線),36,也稱機(jī)外總線、用戶總線 用于計(jì)算機(jī)主機(jī)連接外設(shè) 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(jī)與外設(shè)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(shè)備，即插即用，可熱插拔 無需用戶設(shè)定，自動(dòng)配置，不需另備電源 可靠，低成本，低功耗 具有級(jí)聯(lián)方式，可智能識(shí)別鏈上外設(shè)的插拔 速度較快，傳送速率滿足大多數(shù)外設(shè)要求，有1.5Mb/s、 12Mb/s、480Mb/s,38,2.IEEE1394,也叫Fire Wire 串行接口標(biāo)準(zhǔn)，一種連接外設(shè)的機(jī)外總線 純數(shù)字接口，不必將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào) 可連接家電，如數(shù)碼相機(jī)、DVD播放機(jī)、視頻電話 可連接硬盤、打印機(jī)、掃描儀,39,本章要求掌握的內(nèi)容,總線的基本概念、分類、基本功能、