計算機原理課件：03系統(tǒng)總線

13.系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線總線的基本概念總線的分類總線特性及性能指標總線結(jié)構(gòu)總線控制3.1總線的基本概念2一、為什么要用總線二、什么是總線三、總線上信息的傳送總線是連接各個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質(zhì)串行并行3.1總線的基本概念31.面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)框圖

中央處理器

CPUI/O總線M總線主存

I/O接口

I/O設(shè)備1

I/O設(shè)備2……I/O接口I/O接口

I/O設(shè)備n3.1總線的基本概念4單總線（系統(tǒng)總線）CPU

主存I/O接口

I/O設(shè)備1

I/O設(shè)備2I/O接口…

I/O設(shè)備nI/O接口…3.1總線的基本概念5系統(tǒng)總線

主存CPUI/O接口

I/O設(shè)備1…

I/O設(shè)備nI/O接口…存儲總線3.2總線分類61.片內(nèi)總線2.系統(tǒng)總線芯片內(nèi)部的總線數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線雙向與機器字長、存儲字長有關(guān)單向與存儲地址、I/O地址有關(guān)有出有入計算機各部件之間的信息傳輸線存儲器讀、存儲器寫總線允許、中斷確認中斷請求、總線請求3.2總線分類73.通信總線串行通信總線并行通信總線傳輸方式用于計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信3.3總線特性及性能指標8CPU插板主存插板I/O插板一、總線物理實現(xiàn)BUS主板3.3總線特性及性能指標91.機械特性2.電氣特性3.功能特性4.時間特性二、總線特性尺寸、形狀、管腳數(shù)

及

排列順序傳輸方向和有效的電平范圍每根傳輸線的功能信號的時序關(guān)系地址數(shù)據(jù)控制3.3總線特性及性能指標10三、總線的性能指標1.總線寬度2.標準傳輸率3.時鐘同步/異步4.總線復(fù)用5.信號線數(shù)6.總線控制方式7.其他指標數(shù)據(jù)線的根數(shù)每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBps）同步、不同步地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的總和負載能力并發(fā)、自動、仲裁、邏輯、計數(shù)3.3總線特性及性能指標11模塊系統(tǒng)總線標準四、總線標準系統(tǒng)模塊標準界面ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB3.3總線特性及性能指標12總線標準數(shù)據(jù)線總線時鐘帶寬ISA168MHz（獨立）33MBpsEISA328MHz（獨立）33MBpsVESA(VL-BUS)3232MHz（CPU）133MBpsPCI326433MHz（獨立）64MHz（獨立）132MBps528MBpsAGP3266.7MHz（獨立）133MHz（獨立）266MBps533MBpsRS-232串行通信總線標準數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計算機）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（調(diào)制解調(diào)器）之間的標準接口USB串行接口總線標準普通無屏蔽雙絞線帶屏蔽雙絞線最高1.5Mbps(USB1.0)12Mbps(USB1.0)480Mbps

(USB2.0)四、總線標準3.4總線結(jié)構(gòu)13一、單總線結(jié)構(gòu)單總線（系統(tǒng)總線）CPU

主存I/O接口

I/O設(shè)備1

I/O設(shè)備2I/O接口…

I/O設(shè)備nI/O接口…3.4總線結(jié)構(gòu)141.雙總線結(jié)構(gòu)具有特殊功能的處理器，由通道對I/O統(tǒng)一管理通道I/O接口設(shè)備n

……I/O接口設(shè)備0

CPU主存主存總線I/O總線二、多總線結(jié)構(gòu)3.4總線結(jié)構(gòu)152.三總線結(jié)構(gòu)主存總線DMA總線I/O總線CPU

主存設(shè)備1設(shè)備n高速外設(shè)I/O接口I/O接口I/O接口……3.4總線結(jié)構(gòu)163.三總線結(jié)構(gòu)的又一形式3.4局域網(wǎng)系統(tǒng)總線CPUCache局部總線擴展總線接口擴展總線Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存3.4總線結(jié)構(gòu)174.四總線結(jié)構(gòu)多媒體Modem主存擴展總線接口局域網(wǎng)SCSICPU串行接口FAX系統(tǒng)總線局部總線高速總線擴展總線圖形Cache/橋3.4總線結(jié)構(gòu)181.傳統(tǒng)微型機總線結(jié)構(gòu)三、總線結(jié)構(gòu)舉例存儲器SCSIⅡ控制器主存控制器ISA、EISA8MHz的16位數(shù)據(jù)通路標準總線控制器33MHz的32位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線多媒體高速局域網(wǎng)高性能圖形CPU……Modem3.4總線結(jié)構(gòu)192.VL-BUS局部總線結(jié)構(gòu)33MHz的32位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線ISA、EISA多媒體高速局域網(wǎng)高性能圖形圖文傳真8MHz的16位數(shù)據(jù)通路標準總線控制器CPU主存控制器存儲器局部總線控制器

SCSIⅡ控制器VLBUS……Modem3.4總線結(jié)構(gòu)203.PCI總線結(jié)構(gòu)CPU多媒體PCI橋高速局域網(wǎng)高性能圖形圖文傳真PCI總線系統(tǒng)總線33MHz的32位數(shù)據(jù)通路8MHz的16位數(shù)據(jù)通路ISA、EISA標準總線控制器SCSIⅡ

控制器存儲器Modem3.4總線結(jié)構(gòu)214.多層PCI總線結(jié)構(gòu)PCI總線2存儲器橋0橋4PCI設(shè)備橋5總線橋橋3橋1設(shè)備橋2第一級橋第二級橋第三級橋PCI總線4PCI總線5PCI總線3PCI總線1PCI總線0存儲器總線

標準總線CPU3.5總線控制22一、總線判優(yōu)控制總線判優(yōu)控制分布式集中式主設(shè)備(模塊)對總線有控制權(quán)從設(shè)備(模塊)響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來的總線命令1.基本概念鏈式查詢計數(shù)器定時查詢獨立請求方式3.5總線控制232.鏈式查詢方式總線控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG數(shù)據(jù)線地址線BS

－總線忙BR－總線請求BG－總線同意I/O接口13.5總線控制240BS

－總線忙BR－總線請求總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n設(shè)備地址3.計數(shù)器定時查詢方式I/O接口1計數(shù)器設(shè)備地址13.5總線控制25排隊器排隊器4.獨立請求方式總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG－總線同意BR－總線請求3.5總線控制26二、總線通信控制1.目的2.總線傳輸周期主模塊申請，總線仲裁決定主模塊向從模塊給出地址和命令主模塊和從模塊交換數(shù)據(jù)主模塊撤消有關(guān)信息申請分配階段尋址階段傳數(shù)階段結(jié)束階段解決通信雙方協(xié)調(diào)配合問題3.5總線控制27由統(tǒng)一時標控制數(shù)據(jù)傳送充分挖掘系統(tǒng)總線每個瞬間的潛力同步通信異步通信

半同步通信

分離式通信

3.總線通信的四種方式采用應(yīng)答方式

，沒有公共時鐘標準同步、異步結(jié)合3.5總線控制28讀命令(1)同步式數(shù)據(jù)輸入T1總線傳輸周期T2T3T4時鐘地址數(shù)據(jù)3.5總線控制29數(shù)據(jù)(2)同步式數(shù)據(jù)輸出T1總線傳輸周期T2T3T4時鐘地址寫命令3.5總線控制30不互鎖半互鎖全互鎖(3)異步通信主設(shè)備從設(shè)備請求回答3.5總線控制31(4)半同步通信同步發(fā)送方用系統(tǒng)時鐘前沿發(fā)信號

接收方用系統(tǒng)時鐘后沿判斷、識別（同步、異步結(jié)合）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

WAIT3.5總線控制32以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時序T1主模塊發(fā)地址T2主模塊發(fā)命令…T3從模塊提供數(shù)據(jù)T4從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令Tw

當為低電平時，等待一個TWAITTw

當為低電平時，等待一個TWAIT3.53.5總線控制33

讀

命令WAIT

地址

數(shù)據(jù)

時鐘總線傳輸周期T1T2TWTWT3T4(4)半同步通信（同步、異步結(jié)合）3.5總線控制34上述三種通信的共同點一個總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例）主模塊發(fā)地址、命令從模塊準備數(shù)據(jù)從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)總線空閑占用總線不占用總線占用總線3