電子商務(wù)時代的企業(yè)管理課件

計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)ComputerOrganizationandArchitecture(第四章)顧浩趙寶華

2004.112/10/2022112/8/20221目錄4.1總線工作原理4.2幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)4.3幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)12/10/20222目錄4.1總線工作原理12/8/20222序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.分時和共享是總線的兩個基本特性.共享:指多個部件連接在同一組總線上,各部件間交換的信息都可通過總線傳送.分時:指同一時刻總線只能在一對部件間傳送信息.一個系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)決定了該計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路用系統(tǒng)結(jié)構(gòu).因此,總線結(jié)構(gòu)的帶寬和結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能有很大影響.12/10/20223序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.12/84.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信的定時方式:指采用一定方式,讓接收端知道發(fā)送端信息的始發(fā)和結(jié)束時間.按定時方式不同,可把通信過程分成同步和異步通信兩種.1.同步通信:(1)特點:各部件都用一個公共的時鐘信號進(jìn)行同步控制,時鐘信號由CPU發(fā)出,發(fā)送到每一個部件(設(shè)備).●t0時刻:將CPU產(chǎn)生的設(shè)備地址放在地址總線上,并經(jīng)控制線指出操作性質(zhì)(R/W內(nèi)存或R/WI/O設(shè)備).●t1時刻:CPU發(fā)讀信號命令;●t2時刻:設(shè)備把數(shù)據(jù)放DB上,CPU在T3中進(jìn)行數(shù)據(jù)選通,將數(shù)接收到自己的寄存器.●t3時刻:CPU的讀命令和設(shè)備數(shù)據(jù)信號結(jié)束.●t4時刻:總線周期結(jié)束.可開始新數(shù)據(jù)的傳送.圖4.112/10/202244.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信4.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步調(diào)一致.傳輸頻率較高.(3)缺點:對所有模塊有嚴(yán)格的時限要求,故缺乏靈活性.2.異步通信:也叫應(yīng)答方式(1)特點:無統(tǒng)一時鐘和固定的時間標(biāo)準(zhǔn),靠請求—應(yīng)答方式(handshaking)進(jìn)行同步控制,以實現(xiàn)不同速度間的數(shù)據(jù)傳送.(2)三種應(yīng)答關(guān)系:●全互鎖:兩設(shè)備間的”請求”和”應(yīng)答”,互為制約.●半互鎖:設(shè)備2自行決定應(yīng)答信號撤消與否.●不互鎖:兩設(shè)備間的”請求”和”應(yīng)答”信號均有一定時間寬度,何時結(jié)束不互鎖.主模塊從模塊請求應(yīng)答12/10/202254.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步4.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:(1)傳輸線●地址線:決定直接尋址范圍.●數(shù)據(jù)線:決定數(shù)據(jù)寬度.●控制,時序和中斷信號線:決定總線功能強弱,適應(yīng)性好壞.●電源線:決定電源種類,地線分布及用法.●備用線:留給用戶進(jìn)行性能擴(kuò)充,滿足特殊需要.(2)接口邏輯:需三態(tài)門和緩沖寄存器作為它們的接口.(3)總線控制器:對各設(shè)備對總線的使用進(jìn)行合理的分配和管理.12/10/202264.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:12/8/2022.總線的急用與仲裁總線主設(shè)備:對總線有控制權(quán).總線從設(shè)備:對總線無控制權(quán).總線通信原則:●通信前由主模塊發(fā)請求;●同一時刻只允許一對模塊間通信;●模塊同時使用總線時,應(yīng)由總線控制器中的判優(yōu)和仲裁邏輯按判優(yōu)原則決定哪個模塊使用總線.總線判優(yōu)方式:集中式—總線控制邏輯集中的一處；分布式—總線控制邏輯分布在連接總線的各部件或設(shè)備中.12/10/202272.總線的急用與仲裁總線主設(shè)備:對總線有控制權(quán).12/8/集中控制的三種常見優(yōu)先權(quán)仲裁方式(1)鏈?zhǔn)讲樵兎绞?用3條控制線進(jìn)行控制:BS(總線忙);BR(總線講求);BG(總線允許).特征:將BG串行地從一部件(I/O接口)送到下一個部件,直到到達(dá)有請求的部件為止.優(yōu)先權(quán)位置:離總線控制器最近的部件具有最高使用權(quán),離它越遠(yuǎn),優(yōu)先權(quán)越低.電路:鏈?zhǔn)讲樵兛拷涌诘膬?yōu)先權(quán)排隊電路實現(xiàn).(2)計數(shù)器定時查詢方式:總線上的任一設(shè)備要求使用總線時,通過BR線發(fā)出總線請求.中央仲裁器接到請求信號以后,在BS線為”0”的情況下讓計數(shù)器開始計數(shù),計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備.每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路,當(dāng)?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址相一致時,該設(shè)備置“1”BS線,獲得了總線使用權(quán),此時中止計數(shù)查詢。

圖4.312/10/20228集中控制的三種常見優(yōu)先權(quán)仲裁方式(1)鏈?zhǔn)讲樵兎绞?用3條控(3)獨立請求方式●工作原理:每一個共享總線的設(shè)備均有一對總線請求線BRi和總線授權(quán)線BGi.當(dāng)設(shè)備要求使用總線時,便發(fā)出該設(shè)備的請求信號.總線控制器中的排隊電路決定首先響應(yīng)哪個設(shè)備的請求,給設(shè)備以授權(quán)信號BGi?！駜?yōu)點：響應(yīng)時間快,確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費的時間少,用不著一個設(shè)備接一個設(shè)備地查詢。其次,對優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活，可以預(yù)先固定也可以通過程序來改變優(yōu)先次序;還可以用屏蔽(禁止)某個請求的辦法,不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請求?！袢N方法控制線數(shù)目的比較:鏈?zhǔn)讲樵兎绞健挥枚€。計數(shù)器定時查詢方式——大致用㏒2n根線,n是允許接納的最大部件數(shù)。獨立請求方式——要用2n根線.12/10/20229(3)獨立請求方式●工作原理:12/8/202294.1.3總線特性與性能指標(biāo)從結(jié)構(gòu)上,總線由母線框架和各部件的插板組成.1.總線特性(1)機(jī)械(物理)特性:指總線的物理連接方式,包括總線的根數(shù),總線的插頭、插座的形狀,引腳線的排列方式等。(2)電氣特性:定義每一根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍.送入CPU的信號叫輸入信號(IN),從CPU發(fā)出的信號叫輸出信號(OUT)。(3)功能特性:描述總線中每一根線的功能,有DB,AB和CB.(4)時間特性:定義了每根線在什么時間有效.規(guī)定了總線上各信號有效的時序關(guān)系,CPU才能正確無誤地使用。2.總線的性能指標(biāo):計算機(jī)總線技術(shù)包括通路控制性能,使用方法,仲裁方法和傳輸方式等.12/10/2022104.1.3總線特性與性能指標(biāo)從結(jié)構(gòu)上,總線由母線框架和各部2.總線的性能指標(biāo)(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作中通過總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)(bit).常用8.16.32.64等.(2)總線周期:指一次總線操作中所用的時間.(3)總線帶寬(標(biāo)準(zhǔn)傳輸率):指總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù),用MB/S表示.帶寬計算公式:Dr=D/T=D×f;式中T是時鐘周期T=1/f,D為一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量.(4)總線工作的時鐘頻率:總線工作的頻率越高,帶寬越寬.(5)多路(分時)復(fù)用技術(shù):即地址和數(shù)據(jù)線共用一物理線路.(6)總線控制方式:含突發(fā)傳輸,并發(fā)工作,自動配置,仲裁方式,邏輯方式和計數(shù)方式等.(7)其它:如同步方式,信號線數(shù),負(fù)載能力和電源電壓等.12/10/2022112.總線的性能指標(biāo)(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作3.總線的標(biāo)準(zhǔn)化

相同的指令系統(tǒng),相同的功能,不同廠家生產(chǎn)的各功能部件在實現(xiàn)方法上幾乎沒有相同的,但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可以互換使用,其原因在于它們都遵守了相同的系統(tǒng)總線的要求,這就是系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化問題。(1)即插即用(plugandplay)功能:簡稱PnP.即背后設(shè)備只需簡單插入便可運行,無需用戶撥動開關(guān)或安裝軟件等.PnP功能主要取決于微機(jī)的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu),有的總線提供較完善的功能.12/10/2022123.總線的標(biāo)準(zhǔn)化相同的指令系統(tǒng),相同的功能4.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:1.按照總線傳遞的內(nèi)容分類:地址總線(AB);數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB).2.按總線所處位置分類:(1)片內(nèi)總線:位于CPU芯片內(nèi)部用于寄存器,ALU及各控制部件間傳輸信號的總線.(2)片外總線:位于CPU芯片外部用于連接CPU,MM和I/O設(shè)備的總線.3.按總線在系統(tǒng)中連接的主要部件分類:存儲總線;DMA總線;系統(tǒng)總線;設(shè)備總線.12/10/2022134.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:14.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結(jié)構(gòu):●特點:在許多單處理器的計算機(jī)中,使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、主存和I/O設(shè)備,叫做單總線結(jié)構(gòu).即所有的模塊都掛在同一組總線上.

●優(yōu)點:連接靈活,便于擴(kuò)充.●缺點:因所有信息公用一總線,信息傳輸吞吐量受限制.(2)雙總線結(jié)構(gòu):形成以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu).●優(yōu)點:保持了單總線系統(tǒng)簡單,易于擴(kuò)充的優(yōu)點,但又在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲總線,使CPU可通過專用總線與存儲器交換信息,并減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān),同時主存仍可通過系統(tǒng)總線與外設(shè)之間實現(xiàn)DMA操作,而不必經(jīng)過CPU.●缺點:以增加硬件為代價。12/10/2022144.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結(jié)構(gòu):12/8/2(3)三總線和多總線結(jié)構(gòu)●結(jié)構(gòu):它是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加DMA總線形成的,此舉是為了在主存與高速設(shè)備(如磁盤)間進(jìn)行高速成批的數(shù)據(jù)傳送.

這種結(jié)構(gòu)的硬件代價更大.●分級的三總線結(jié)構(gòu):一般用于I/O設(shè)備性能相差不大的情況.●四總線結(jié)構(gòu):在高速設(shè)備間設(shè)立一條單獨的高速總線,見圖4.9.12/10/202215(3)三總線和多總線結(jié)構(gòu)●結(jié)構(gòu):它是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加4.2幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機(jī)系統(tǒng)各部件的總線.4.2.1ISA(IndustryStandardArchitecture,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線ISA-8(XT總線)ISA-16(AT總線)ISA-16總線的每個插槽由一個長槽和一個短槽組成.長槽與XT兼容的62個引腳,每列有31個引腳,編號為A1—A31和B1—B31;短槽每列有18個引腳,編號為C1—C18和D1—D18.

引腳定義見表4.2.4.4.2微通道結(jié)構(gòu)MCA和EISA1.MCA:1987年由IBM推出PS/2系統(tǒng)時,采用的32位的微機(jī)總線.因采用封閉策略,沒把技術(shù)公開,且與ISA不兼容.2.EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture,擴(kuò)充工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線32位總線,與ISA完全兼容.最大數(shù)據(jù)傳輸頻率可達(dá)33Mb/s12/10/2022164.2幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機(jī)系統(tǒng)各部件4.2.3PCI(PeripheralComponentInterconnect)外設(shè)部件互連總線PCI總線位于高速外設(shè)與CPU之間.是由INTEL公司提出的局部總線標(biāo)準(zhǔn).版本從V1.0,V2.1到V2.2.其中,V2.2的性能:1.性能:

位寬總線工作頻率最大帶寬PCI2.232位3M/66M133/266MB/S(是ISA的33倍)（主流）64位3M/66M266/533MB/S

2.特點:見P159.

3.插座形狀和引腳:為白色矩形插座.總引線數(shù)120條基本引腳50根可選引腳51根12/10/2022174.2.3PCI(PeripheralComponen4.2.4AGP——

(AcceleratedGraohicPort)總線AGP總線PCI總線ISA總線

1.概述:AGP是一種為提高視頻帶寬而設(shè)計的總線規(guī)范.目的是為大幅度提高高檔微機(jī)處理圖形(尤其是3D)的能力.2.性能特點:見P160.

3.形狀和引線:褐色插座,一塊主板只有一個,只能插顯卡.CPUL2北橋顯卡主存(紋理數(shù)據(jù))南橋PCI卡PCI卡ISA卡ISA卡ISA卡CPU總線12/10/2022184.2.4AGP——

(AcceleratedGrao4.3幾種設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)—是用于連接部件或設(shè)備.接口技術(shù)—是主機(jī)與某外設(shè)的適配器,解決兩者間的電壓等級,信號形式和速度匹配.不同的接口是不通用的.4.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口標(biāo)準(zhǔn)1.EIA-RS232(1)概述:RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于20世紀(jì)60年代正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn),也是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn).用于實現(xiàn)計算機(jī)間,計算機(jī)與外設(shè)間的數(shù)據(jù)通信.(2)性能指標(biāo):最高傳輸速率—19.2kb/s;Dmax—15m.使用DB-25連接器.主信道:15條,帶*者(3)標(biāo)準(zhǔn)接口信號:共三組輔信道:5條,低速未使用和備份:5根設(shè)備或部件的連接技術(shù)不全用常用8根12/10/2022194.3幾種設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標(biāo)準(zhǔn)

2.RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)(1)概述:是EIA于1977年制定的串行接口標(biāo)準(zhǔn).于1980年成為美國標(biāo)準(zhǔn).電氣標(biāo)準(zhǔn)由RS-422A或RS-423A定義.(2)機(jī)械性能:規(guī)定37和9腳兩種接口連接器.(3)電氣性能:依據(jù)RS-422A(平衡方式)和RS-423A(非平衡方式)及RS-485電氣標(biāo)準(zhǔn).(4)性能指標(biāo):最高傳輸速率—100kb/s;Dmax—2000m.12/10/202220

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標(biāo)4.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE—用于微機(jī)。光驅(qū)接口SCSI—用于工作站/服務(wù)器或小型機(jī)。1.IDE和EIDE接口:(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics,集成設(shè)備電子部件)于1989年被ANSI(美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)認(rèn)可為ATA(AdvancedTechnologyAttachment,高級技術(shù)配件),IDE和ATA實際上是硬盤接口技術(shù)的不同描述.●最大特點:是把控制器集成到驅(qū)動器內(nèi).●三點限制:數(shù)據(jù)傳輸率<1.5MB/s;最多接2個硬盤;支持的硬盤最大容量為528MB.12/10/2022214.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE4.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(ATA-2):或稱FASTSCSI,它將最高傳輸率提高至132.8Mb/s,同時引進(jìn)了LBA(LogicalBlockArrdess)地址轉(zhuǎn)換方式,突破了528MB的限制,可支持高達(dá)8.1GB的硬盤.(3)UitraDMA/33/66/100/133:最高傳輸率達(dá)133Mb/s,硬盤容量達(dá)137GB.2.SCSI(SmallComputerSystemInterface)總線:即小型計算機(jī)系統(tǒng)接口,是系統(tǒng)級基于通道的接口,其設(shè)計思想來源于IBM大型機(jī)系統(tǒng)的I/O通道結(jié)構(gòu),廣泛用于服務(wù)器和圖形工作站.可連接硬盤,光驅(qū),掃描儀,打印機(jī)等.3.版本:SCSI-1—5MB/SSCSI-2（FASTSCSI）—10MB/SSCSI-2（WIDESCSI）—20MB/SSCSI-3UltraWideSCSI(16位）—40MB/S12/10/2022224.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(A2.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCSI(32位）——80MB/SSCSI-3Ultra2SCSI(16位）——80MB/SSCSI-3Ultra3SCSIUltra160/m——160MB/S4.主要特性(1)SCSI是系統(tǒng)級的標(biāo)準(zhǔn)輸入/出總線接口由8條數(shù)據(jù)線,一條奇偶校驗線,9條控制線組成.使用50芯電纜,以菊花鏈形式最多可連接8臺設(shè)備。(2)支持多任務(wù)并行操作,有總線仲裁功能.(3)可以同步/異步方式工作.(4)有兩種輸出方式:單端(Dmax=6m)和差分(Dmax=25m)(5)SCSI設(shè)備之間是一種對等關(guān)系,而不是主從關(guān)系.SCSI設(shè)備分為啟動設(shè)備(發(fā)命令的設(shè)備)和目標(biāo)設(shè)備(接受并響應(yīng)命令的設(shè)備),它們用高級命令通信,方便,靈活.12/10/2022232.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCS4.3.3USB(UniversalSerialBus)總線

1.概述:USB總線由IBM,Intel,Microsoft等7家公司聯(lián)合開發(fā),版本由USB0.9(1995年)USB1.1(1998年)USB2.0USB1.1與USB2.0的性能比較

2.特點:(1)使用方便,可連多個設(shè)備,且熱插拔.軟件可自動啟動.不涉及IRQ沖突.(2)速度快,可高達(dá)480Mb/s.(3)連接靈活,用HUB可最多可連127個.(4)獨立供電(5)支持多媒體版本速率Mb/s接點數(shù)接點間距離/m拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持系統(tǒng)支持特性信號線數(shù)USB1.1USB2.01248012712755星形星形W95以上,OS/2W98以上PnP,熱插拔PnP,熱插拔4/94/912/10/2022244.3.3USB(UniversalSerialBus3.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在問題:●理論上能連127個設(shè)備,實際只能連3~4個.●串聯(lián)時,會出現(xiàn)電力不足的問題.3.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):主控器具有根集線器功能,具有2~4個USB端口,采用”級聯(lián)”方式連接.最大串接能力為5個HUB級聯(lián),最長擴(kuò)展連接能力為30m.4.USB的接口接頭USB用矩形插座和插頭,有4針和9針兩種.目前常用4針.其中:引腳1—+5V電源引腳。引腳2—數(shù)據(jù)輸入/數(shù)據(jù)同步引腳RD。引腳3—信號接地引腳GND。引腳4—數(shù)據(jù)輸出/時鐘同步引腳TD。12/10/2022253.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在問題:●理論上能連127個設(shè)備,實際只能連35.USB系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)

●客戶驅(qū)動程序:與特定USB設(shè)備通信,由USB設(shè)備商或作為操作系統(tǒng)一部分提供.

●

USB驅(qū)動程序:作為OS中支持USB設(shè)備的驅(qū)動程序.

●通用主控制器驅(qū)動程序:主控制器中客戶軟件與USB設(shè)備間進(jìn)行點對點通信等.●主控制器:執(zhí)行HCD產(chǎn)生的指令列表.

●

USB設(shè)備.客戶驅(qū)動程序USB驅(qū)動程序(USBD)通用主控驅(qū)動程序(HCD)通用主控制器(HCD)USB設(shè)備通用主控制接口系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件12/10/2022265.USB系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)4.3.4IEEE1394總線又稱FireWire或iLink.是一種高效串行接口,目前已成為數(shù)碼影像設(shè)備的傳輸標(biāo)準(zhǔn).其前身由Apple公司于1985年開始研究.1992年被接納為IEEE1394 規(guī)范.1.主要技術(shù)特點:(1)支持高速應(yīng)用,可升級.IEEE1394:傳輸速率100~400Mb/sIEEE1394b:800Mb~3.2Gb/s(2)分層的主控制器結(jié)構(gòu):不需HUB就可連63臺設(shè)備.(3)同時支持等時和異步兩類傳輸模式.(4)采用基于內(nèi)存的地址編碼,具有64位地址.(5)采用對等結(jié)構(gòu),不強調(diào)要由計算機(jī)控制這些設(shè)備.(6)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在其外設(shè)增減時,會自動重設(shè)網(wǎng)絡(luò).(7)其它:信號線6(電源2,信號4)/4(無電源),支持W98以上系統(tǒng),支持PnP和熱插拔.12/10/2022274.3.4IEEE1394總線又稱FireWire或iLi2.IEEE1394的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以連在PCI總線上的IEEE1394總線為例,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有:(1)端口節(jié)點和中繼器(2)動態(tài)自動配置:不依賴于一個處理器.(3)支持點到點傳輸:不需主系統(tǒng)干預(yù).(4)設(shè)備插架:提供不打開機(jī)箱就可加入或更新外設(shè).4.3.5IEEE488總線是并行總線接口標(biāo)準(zhǔn),用于系統(tǒng)連接.最多連接15臺設(shè)備,最大傳輸距離20m;一般信號傳輸速率500Kb/s,最大傳輸速率1Mb/s.12/10/2022282.IEEE1394的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以連在PCI總線上的IEEE1第四章作業(yè)4.14.34.54.612/10/202229第四章作業(yè)4.112/8/202229計算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)ComputerOrganizationandArchitecture(第四章)顧浩趙寶華

2004.112/10/20223012/8/20221目錄4.1總線工作原理4.2幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)4.3幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)12/10/202231目錄4.1總線工作原理12/8/20222序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.分時和共享是總線的兩個基本特性.共享:指多個部件連接在同一組總線上,各部件間交換的信息都可通過總線傳送.分時:指同一時刻總線只能在一對部件間傳送信息.一個系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)決定了該計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路用系統(tǒng)結(jié)構(gòu).因此,總線結(jié)構(gòu)的帶寬和結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能有很大影響.12/10/202232序總線——是能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路.12/84.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信的定時方式:指采用一定方式,讓接收端知道發(fā)送端信息的始發(fā)和結(jié)束時間.按定時方式不同,可把通信過程分成同步和異步通信兩種.1.同步通信:(1)特點:各部件都用一個公共的時鐘信號進(jìn)行同步控制,時鐘信號由CPU發(fā)出,發(fā)送到每一個部件(設(shè)備).●t0時刻:將CPU產(chǎn)生的設(shè)備地址放在地址總線上,并經(jīng)控制線指出操作性質(zhì)(R/W內(nèi)存或R/WI/O設(shè)備).●t1時刻:CPU發(fā)讀信號命令;●t2時刻:設(shè)備把數(shù)據(jù)放DB上,CPU在T3中進(jìn)行數(shù)據(jù)選通,將數(shù)接收到自己的寄存器.●t3時刻:CPU的讀命令和設(shè)備數(shù)據(jù)信號結(jié)束.●t4時刻:總線周期結(jié)束.可開始新數(shù)據(jù)的傳送.圖4.112/10/2022334.1總線工作原理

4.1.1總線通信的定時方式總線通信4.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步調(diào)一致.傳輸頻率較高.(3)缺點:對所有模塊有嚴(yán)格的時限要求,故缺乏靈活性.2.異步通信:也叫應(yīng)答方式(1)特點:無統(tǒng)一時鐘和固定的時間標(biāo)準(zhǔn),靠請求—應(yīng)答方式(handshaking)進(jìn)行同步控制,以實現(xiàn)不同速度間的數(shù)據(jù)傳送.(2)三種應(yīng)答關(guān)系:●全互鎖:兩設(shè)備間的”請求”和”應(yīng)答”,互為制約.●半互鎖:設(shè)備2自行決定應(yīng)答信號撤消與否.●不互鎖:兩設(shè)備間的”請求”和”應(yīng)答”信號均有一定時間寬度,何時結(jié)束不互鎖.主模塊從模塊請求應(yīng)答12/10/2022344.1.1總線通信的定時方式(2)優(yōu)點:模塊間配合簡單,步4.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:(1)傳輸線●地址線:決定直接尋址范圍.●數(shù)據(jù)線:決定數(shù)據(jù)寬度.●控制,時序和中斷信號線:決定總線功能強弱,適應(yīng)性好壞.●電源線:決定電源種類,地線分布及用法.●備用線:留給用戶進(jìn)行性能擴(kuò)充,滿足特殊需要.(2)接口邏輯:需三態(tài)門和緩沖寄存器作為它們的接口.(3)總線控制器:對各設(shè)備對總線的使用進(jìn)行合理的分配和管理.12/10/2022354.1.2總線的組成與仲裁1.總線的組成:12/8/2022.總線的急用與仲裁總線主設(shè)備:對總線有控制權(quán).總線從設(shè)備:對總線無控制權(quán).總線通信原則:●通信前由主模塊發(fā)請求;●同一時刻只允許一對模塊間通信;●模塊同時使用總線時,應(yīng)由總線控制器中的判優(yōu)和仲裁邏輯按判優(yōu)原則決定哪個模塊使用總線.總線判優(yōu)方式:集中式—總線控制邏輯集中的一處；分布式—總線控制邏輯分布在連接總線的各部件或設(shè)備中.12/10/2022362.總線的急用與仲裁總線主設(shè)備:對總線有控制權(quán).12/8/集中控制的三種常見優(yōu)先權(quán)仲裁方式(1)鏈?zhǔn)讲樵兎绞?用3條控制線進(jìn)行控制:BS(總線忙);BR(總線講求);BG(總線允許).特征:將BG串行地從一部件(I/O接口)送到下一個部件,直到到達(dá)有請求的部件為止.優(yōu)先權(quán)位置:離總線控制器最近的部件具有最高使用權(quán),離它越遠(yuǎn),優(yōu)先權(quán)越低.電路:鏈?zhǔn)讲樵兛拷涌诘膬?yōu)先權(quán)排隊電路實現(xiàn).(2)計數(shù)器定時查詢方式:總線上的任一設(shè)備要求使用總線時,通過BR線發(fā)出總線請求.中央仲裁器接到請求信號以后,在BS線為”0”的情況下讓計數(shù)器開始計數(shù),計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備.每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路,當(dāng)?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址相一致時,該設(shè)備置“1”BS線,獲得了總線使用權(quán),此時中止計數(shù)查詢。

圖4.312/10/202237集中控制的三種常見優(yōu)先權(quán)仲裁方式(1)鏈?zhǔn)讲樵兎绞?用3條控(3)獨立請求方式●工作原理:每一個共享總線的設(shè)備均有一對總線請求線BRi和總線授權(quán)線BGi.當(dāng)設(shè)備要求使用總線時,便發(fā)出該設(shè)備的請求信號.總線控制器中的排隊電路決定首先響應(yīng)哪個設(shè)備的請求,給設(shè)備以授權(quán)信號BGi?！駜?yōu)點：響應(yīng)時間快,確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費的時間少,用不著一個設(shè)備接一個設(shè)備地查詢。其次,對優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活，可以預(yù)先固定也可以通過程序來改變優(yōu)先次序;還可以用屏蔽(禁止)某個請求的辦法,不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請求?！袢N方法控制線數(shù)目的比較:鏈?zhǔn)讲樵兎绞健挥枚€。計數(shù)器定時查詢方式——大致用㏒2n根線,n是允許接納的最大部件數(shù)。獨立請求方式——要用2n根線.12/10/202238(3)獨立請求方式●工作原理:12/8/202294.1.3總線特性與性能指標(biāo)從結(jié)構(gòu)上,總線由母線框架和各部件的插板組成.1.總線特性(1)機(jī)械(物理)特性:指總線的物理連接方式,包括總線的根數(shù),總線的插頭、插座的形狀,引腳線的排列方式等。(2)電氣特性:定義每一根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍.送入CPU的信號叫輸入信號(IN),從CPU發(fā)出的信號叫輸出信號(OUT)。(3)功能特性:描述總線中每一根線的功能,有DB,AB和CB.(4)時間特性:定義了每根線在什么時間有效.規(guī)定了總線上各信號有效的時序關(guān)系,CPU才能正確無誤地使用。2.總線的性能指標(biāo):計算機(jī)總線技術(shù)包括通路控制性能,使用方法,仲裁方法和傳輸方式等.12/10/2022394.1.3總線特性與性能指標(biāo)從結(jié)構(gòu)上,總線由母線框架和各部2.總線的性能指標(biāo)(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作中通過總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)(bit).常用8.16.32.64等.(2)總線周期:指一次總線操作中所用的時間.(3)總線帶寬(標(biāo)準(zhǔn)傳輸率):指總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù),用MB/S表示.帶寬計算公式:Dr=D/T=D×f;式中T是時鐘周期T=1/f,D為一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量.(4)總線工作的時鐘頻率:總線工作的頻率越高,帶寬越寬.(5)多路(分時)復(fù)用技術(shù):即地址和數(shù)據(jù)線共用一物理線路.(6)總線控制方式:含突發(fā)傳輸,并發(fā)工作,自動配置,仲裁方式,邏輯方式和計數(shù)方式等.(7)其它:如同步方式,信號線數(shù),負(fù)載能力和電源電壓等.12/10/2022402.總線的性能指標(biāo)(1)總線寬度:即傳送寬度,指一次總線操作3.總線的標(biāo)準(zhǔn)化

相同的指令系統(tǒng),相同的功能,不同廠家生產(chǎn)的各功能部件在實現(xiàn)方法上幾乎沒有相同的,但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可以互換使用,其原因在于它們都遵守了相同的系統(tǒng)總線的要求,這就是系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化問題。(1)即插即用(plugandplay)功能:簡稱PnP.即背后設(shè)備只需簡單插入便可運行,無需用戶撥動開關(guān)或安裝軟件等.PnP功能主要取決于微機(jī)的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu),有的總線提供較完善的功能.12/10/2022413.總線的標(biāo)準(zhǔn)化相同的指令系統(tǒng),相同的功能4.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:1.按照總線傳遞的內(nèi)容分類:地址總線(AB);數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB).2.按總線所處位置分類:(1)片內(nèi)總線:位于CPU芯片內(nèi)部用于寄存器,ALU及各控制部件間傳輸信號的總線.(2)片外總線:位于CPU芯片外部用于連接CPU,MM和I/O設(shè)備的總線.3.按總線在系統(tǒng)中連接的主要部件分類:存儲總線;DMA總線;系統(tǒng)總線;設(shè)備總線.12/10/2022424.1.4總線分類無統(tǒng)一的分類方法,但可從不同角度分類:14.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結(jié)構(gòu):●特點:在許多單處理器的計算機(jī)中,使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、主存和I/O設(shè)備,叫做單總線結(jié)構(gòu).即所有的模塊都掛在同一組總線上.

●優(yōu)點:連接靈活,便于擴(kuò)充.●缺點:因所有信息公用一總線,信息傳輸吞吐量受限制.(2)雙總線結(jié)構(gòu):形成以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu).●優(yōu)點:保持了單總線系統(tǒng)簡單,易于擴(kuò)充的優(yōu)點,但又在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲總線,使CPU可通過專用總線與存儲器交換信息,并減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān),同時主存仍可通過系統(tǒng)總線與外設(shè)之間實現(xiàn)DMA操作,而不必經(jīng)過CPU.●缺點:以增加硬件為代價。12/10/2022434.按系統(tǒng)中使用的總線數(shù)量分類(1)單總線結(jié)構(gòu):12/8/2(3)三總線和多總線結(jié)構(gòu)●結(jié)構(gòu):它是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加DMA總線形成的,此舉是為了在主存與高速設(shè)備(如磁盤)間進(jìn)行高速成批的數(shù)據(jù)傳送.

這種結(jié)構(gòu)的硬件代價更大.●分級的三總線結(jié)構(gòu):一般用于I/O設(shè)備性能相差不大的情況.●四總線結(jié)構(gòu):在高速設(shè)備間設(shè)立一條單獨的高速總線,見圖4.9.12/10/202244(3)三總線和多總線結(jié)構(gòu)●結(jié)構(gòu):它是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加4.2幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機(jī)系統(tǒng)各部件的總線.4.2.1ISA(IndustryStandardArchitecture,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線ISA-8(XT總線)ISA-16(AT總線)ISA-16總線的每個插槽由一個長槽和一個短槽組成.長槽與XT兼容的62個引腳,每列有31個引腳,編號為A1—A31和B1—B31;短槽每列有18個引腳,編號為C1—C18和D1—D18.

引腳定義見表4.2.4.4.2微通道結(jié)構(gòu)MCA和EISA1.MCA:1987年由IBM推出PS/2系統(tǒng)時,采用的32位的微機(jī)總線.因采用封閉策略,沒把技術(shù)公開,且與ISA不兼容.2.EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture,擴(kuò)充工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線32位總線,與ISA完全兼容.最大數(shù)據(jù)傳輸頻率可達(dá)33Mb/s12/10/2022454.2幾種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線—連接同一臺計算機(jī)系統(tǒng)各部件4.2.3PCI(PeripheralComponentInterconnect)外設(shè)部件互連總線PCI總線位于高速外設(shè)與CPU之間.是由INTEL公司提出的局部總線標(biāo)準(zhǔn).版本從V1.0,V2.1到V2.2.其中,V2.2的性能:1.性能:

位寬總線工作頻率最大帶寬PCI2.232位3M/66M133/266MB/S(是ISA的33倍)（主流）64位3M/66M266/533MB/S

2.特點:見P159.

3.插座形狀和引腳:為白色矩形插座.總引線數(shù)120條基本引腳50根可選引腳51根12/10/2022464.2.3PCI(PeripheralComponen4.2.4AGP——

(AcceleratedGraohicPort)總線AGP總線PCI總線ISA總線

1.概述:AGP是一種為提高視頻帶寬而設(shè)計的總線規(guī)范.目的是為大幅度提高高檔微機(jī)處理圖形(尤其是3D)的能力.2.性能特點:見P160.

3.形狀和引線:褐色插座,一塊主板只有一個,只能插顯卡.CPUL2北橋顯卡主存(紋理數(shù)據(jù))南橋PCI卡PCI卡ISA卡ISA卡ISA卡CPU總線12/10/2022474.2.4AGP——

(AcceleratedGrao4.3幾種設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)—是用于連接部件或設(shè)備.接口技術(shù)—是主機(jī)與某外設(shè)的適配器,解決兩者間的電壓等級,信號形式和速度匹配.不同的接口是不通用的.4.3.1EIA-RS232D/RS-449串行接口標(biāo)準(zhǔn)1.EIA-RS232(1)概述:RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于20世紀(jì)60年代正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn),也是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn).用于實現(xiàn)計算機(jī)間,計算機(jī)與外設(shè)間的數(shù)據(jù)通信.(2)性能指標(biāo):最高傳輸速率—19.2kb/s;Dmax—15m.使用DB-25連接器.主信道:15條,帶*者(3)標(biāo)準(zhǔn)接口信號:共三組輔信道:5條,低速未使用和備份:5根設(shè)備或部件的連接技術(shù)不全用常用8根12/10/2022484.3幾種設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標(biāo)準(zhǔn)

2.RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)(1)概述:是EIA于1977年制定的串行接口標(biāo)準(zhǔn).于1980年成為美國標(biāo)準(zhǔn).電氣標(biāo)準(zhǔn)由RS-422A或RS-423A定義.(2)機(jī)械性能:規(guī)定37和9腳兩種接口連接器.(3)電氣性能:依據(jù)RS-422A(平衡方式)和RS-423A(非平衡方式)及RS-485電氣標(biāo)準(zhǔn).(4)性能指標(biāo):最高傳輸速率—100kb/s;Dmax—2000m.12/10/202249

4.3.1EIA-RS232D/RS-449

串行接口標(biāo)4.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE—用于微機(jī)。光驅(qū)接口SCSI—用于工作站/服務(wù)器或小型機(jī)。1.IDE和EIDE接口:(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics,集成設(shè)備電子部件)于1989年被ANSI(美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)認(rèn)可為ATA(AdvancedTechnologyAttachment,高級技術(shù)配件),IDE和ATA實際上是硬盤接口技術(shù)的不同描述.●最大特點:是把控制器集成到驅(qū)動器內(nèi).●三點限制:數(shù)據(jù)傳輸率<1.5MB/s;最多接2個硬盤;支持的硬盤最大容量為528MB.12/10/2022504.3.2IDE接口與SCSI接口總線常用硬盤和IDE4.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(ATA-2):或稱FASTSCSI,它將最高傳輸率提高至132.8Mb/s,同時引進(jìn)了LBA(LogicalBlockArrdess)地址轉(zhuǎn)換方式,突破了528MB的限制,可支持高達(dá)8.1GB的硬盤.(3)UitraDMA/33/66/100/133:最高傳輸率達(dá)133Mb/s,硬盤容量達(dá)137GB.2.SCSI(SmallComputerSystemInterface)總線:即小型計算機(jī)系統(tǒng)接口,是系統(tǒng)級基于通道的接口,其設(shè)計思想來源于IBM大型機(jī)系統(tǒng)的I/O通道結(jié)構(gòu),廣泛用于服務(wù)器和圖形工作站.可連接硬盤,光驅(qū),掃描儀,打印機(jī)等.3.版本:SCSI-1—5MB/SSCSI-2（FASTSCSI）—10MB/SSCSI-2（WIDESCSI）—20MB/SSCSI-3UltraWideSCSI(16位）—40MB/S12/10/2022514.3.2IDE接口與SCSI接口總線(2)EIDE(A2.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCSI(32位）——80MB/SSCSI-3Ultra2SCSI(16位）——80MB/SSCSI-3Ultra3SCSIUltra160/m——160MB/S4.主要特性(1)SCSI是系統(tǒng)級的標(biāo)準(zhǔn)輸入/出總線接口由8條數(shù)據(jù)線,一條奇偶校驗線,9條控制線組成.使用50芯電纜,以菊花鏈形式最多可連接8臺設(shè)備。(2)支持多任務(wù)并行操作,有總線仲裁功能.(3)可以同步/異步方式工作.(4)有兩種輸出方式:單端(Dmax=6m)和差分(Dmax=25m)(5)SCSI設(shè)備之間是一種對等關(guān)系,而不是主從關(guān)系.SCSI設(shè)備分為啟動設(shè)備(發(fā)命令的設(shè)備)和目標(biāo)設(shè)備(接受并響應(yīng)命令的設(shè)備),它們用高級命令通信,方便,靈活.12/10/2022522.SCSI總線SCSI-3UltraWideSCS4.3.3USB(UniversalSerialBus)總線

1.概述:USB總線由IBM,Intel,Microsoft等7家公司聯(lián)合開發(fā),版本由USB0.9(1995年)USB1.1(1998年)USB2.0USB1.1與USB2.0的性能比較

2.特點:(1)使用方便,可連多個設(shè)備,且熱插拔.軟件可自動啟動.不涉及IRQ沖突.(2)速度快,可高達(dá)480Mb/s.(3)連接靈活,用HUB可最多可連127個.(4)獨立供電(5)支持多媒體版本速率Mb/s接點數(shù)接點間距離/m拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持系統(tǒng)支持特性信號線數(shù)USB1.1USB2.01248012712755星形星形W95以上,OS