計算機組成原理第六章總線系統(tǒng).ppt

1、第1、6章總線系統(tǒng)、第2、牙齒章節(jié)首先介紹總線系統(tǒng)的幾個茄子基本概念和基本技術。在此基礎上，具體介紹了當前實用的PCI總線和廣泛使用的InfiniBand標準等。6.1總線概念和結構形式6.2總線介面6.3總線仲裁6.4總線計時和資料傳輸模式6.5主機總線和PCI總線6，6 InfiniBand標準、3，6.1計算機總線概念和結構形式、總線基本概念總線連接方法總線內部結構總線結構實例、4，6.1.1總線計算機總線定義：由于計算機的多個功能組件之間無法使用完整的互連格式，因此公共信息通道(即公共信息通道)，5，6.1.1總線的基本概念，總線是構成電腦系統(tǒng)的互連機構，是多個系統(tǒng)功能部件之間資料傳輸

2、的公共路徑。通過總線連接，計算機在系統(tǒng)功能組件之間交換地址、數據和控制信息，并基于資源爭用工作。6，6.1.1總線的基本概念，總線是內部總線：CPU內部連接角寄存器和算術器部件之間的總線。系統(tǒng)總線：外部總線。徐璐連接CPU和電腦系統(tǒng)其他高速功能組件的總線。I/O總線：中低速I/O設備徐璐連接的總線。7、cla、cla、add30、sta40、nop、jmp 21，000 006，000 004，20，21，22，23，23緩沖寄存器DR、累加器AC、命令寄存器IR、9，6 . 1 . 1 . 1總線基本概念，相同的命令系統(tǒng)，相同的功能，不同制造商生產的每個功能部件在實施方法上幾乎不相同，但是每

3、個工廠生產的相同功能部件可以徐璐更換使用。原因是什么？徐璐需要標準化系統(tǒng)總線，以便徐璐使用其他企業(yè)生產的相同功能部件。現在出現了很多總線標準，如PCI、ISA等。使用標準總線的優(yōu)點簡化系統(tǒng)設計簡化系統(tǒng)結構，提高系統(tǒng)可靠性促進系統(tǒng)擴展和更新，10，6.1.1總線基本概念，總線帶寬：總線本身可以達到的最大傳輸速率。一次可以傳輸的數據位數(例如，S100=8位，ISA=16位，EISA=32位，PCI-2=64位)。總線寬度不超過微處理器外部數據總線寬度。11，示例1 (1)一個總線在總線周期內并行傳輸4字節(jié)的數據。假設總線周期是總線時鐘周期，總線時鐘頻率33MHz?？偩€帶寬是多少？(2)如果在總線

4、周期內并行傳輸64位數據，那么上升到總線時鐘頻率66MHz，那么總線帶寬是多少？解釋：(1)總線帶寬顯示為Dr，總線時鐘周期為T=1/f，總線周期發(fā)送的數據量顯示為D，根據定義，DR=D/T=D (1/T)=DF=4B 3100，14，6.1.2總線連接，單巴士：通過單個系統(tǒng)總線連接CPU、內存和I/O設備。15，6.1.2總線連接，單巴士結構特征：在單巴士結構中進行總線連接所需的邏輯部件必須高速運行，以便在特定設備需要使用總線時快速獲得總線控制。停止使用總線可以迅速放棄總線控制權。否則，一個總線可能會延遲很長時間，因為它由多個功能零件共享。具有、DBUS、ABUS和CBUS功能的系統(tǒng)總線：結

5、構簡單，易于擴展。多部件共享一個總線，分時操作，傳輸效率低。16，單巴士速度瓶頸，17，6.1.2總線連接，多總線：在CPU、主內存、I/O之間互連上使用多個總線如圖所示。18，6.1.2總線連接，高速CPU總線：在CPU和高速緩存之間使用系統(tǒng)總線：主內存已連接?？梢詫⒏咚貺AN(100Mb/s局域網)、視頻介面、圖形介面、SCSI介面(支持本地磁盤驅動器和其他外圍設備)和火線介面(支持大容量I/O設備)連接到高速網絡。通過高速總線擴展總線接口連接擴展總線，通過擴展總線連接可串行運行的I/O設備。通過網橋CPU總線、系統(tǒng)總線、高速總線等進行徐璐連接。網橋本質上是一個具有緩沖區(qū)、轉換和控制功能的

6、邏輯電路。多總線結構實現了高速、中速、低速設備在徐璐其他總線上同時工作，提高了總線效率和吞吐量，處理器結構的變化不會影響高速總線。19，6.1.3總線內部結構、初始總線內部結構是處理器籌碼針的擴展，是處理器和I/O設備適配器的通道，如圖所示。牙齒簡單總線一般也由50100條線組成，根據功能，這些線可以分為地址線、數據線、控制線三個茄子類別。20，6.1.3總線內部結構，早期總線結構的缺點是CPU是總線上的唯一主體。為了支持以后的DMA傳輸，添加了具有簡單仲裁邏輯的DMA控制器，但未滿足多CPU環(huán)境的要求?？偩€信號是CPU針信號的擴展，因此其總線結構與CPU緊密相關，從而降低了通用性。21，由現

7、代流行的總線內部結構、22，6.1.4總線內部結構、地址線、數據線、控制線組成。結構類似于簡單的總線結構，但通常有32條地址線、32條或64條數據線。為了減少布線，64位數據的低32位數據線經常與地址線多路復用。仲裁總線：包括總線請求行和總線審批行。中斷和同步總線：可以處理優(yōu)先級中斷任務，包括中斷請求行和中斷批準行。公用線路：包括時鐘信號線、電源線、接地電纜、系統(tǒng)重置電纜、通電或斷電的定時信號線等。23，6.1.5總線結構的示例，大多數計算機使用分層的多總線結構。右圖顯示了三層多總線結構，包括CPU總線、PCI總線和ISA總線。24，6.1.5總線結構實例、奔騰總線結構分為三層：CPU總線、P

8、CI總線和ISA總線。25，個人組件互連(PCI)是美國美國計算機協會專業(yè)組(SIG)推出的下一代3264位總線頻率3366MHz，數據傳輸速率132528MB/s。由于許多用戶仍然使用ISA總線或EISA總線介面卡，因此大多數586系列主板產品中仍留有EISA總線。26，PCI總線功能，在需要智能設備時通過總線控制提高資料傳輸速度，并支持高度專業(yè)化任務的支持拆分傳輸模式。在牙齒模式下，PCI可以在很短的時間內傳輸大量數據。特別適用于快速顯示具有特殊高速緩存的圖像。外圍設備可以與CPU隔離。外圍設備或CPU上的單個升級都有問題同步計時、集中式仲裁、27、ISA/EISA、ISA為IBM牙齒28

9、6計算機開發(fā)的產業(yè)標準總線寬度為16位。EISA為32位中央處理器(386、486、586等)設計的所有性能(包括ISA總線)的總線寬度從16位到32位、總線頻率從8.3MHz到16mhz、28、6.2總線介面、6.2.1、信息傳輸分時傳輸是總線分時傳輸。29，信息傳輸方法，串行傳輸并行傳輸字符串并行傳輸，30，1，串行傳輸和-串行轉換，字符串-和轉換，傳輸部件，接收部件，0000101，同步-“位時間”成本低，速度慢。32，2，并行傳輸，部件傳輸，低，高，1，接收部件；3、分時傳輸總線重用或孔劉總線部件分時使用總線。34，6.2總線介面、6.2.2和總線接口的基本概念界面是CPU和主內存以及

10、外圍設備之間總線連接的邏輯組件。35，6.2總線介面，界面的一般功能：控制、緩沖、狀態(tài)、轉換、清理、節(jié)目中斷。一個適配器的兩個介面：一個連接到系統(tǒng)總線，一個并行，另一個連接到設備，可以使用并行或串行方式。36，示例2串行傳輸字符，每秒傳輸的位(bit)位數稱為波特率。假定資料傳輸速度為120個字符/秒，并且每個字符格式都包含10位(開始位、停止位、8個數據位)，則傳輸波特率是多少？每個位需要多少時間？解決方法：波特率：10位120/秒=1200波特位所需時間Td是波特率的倒數。TD=1/1200=0.83310-3s=0.833ms，37，6.3總線仲裁；每個總線任務只能有一個主要交易方，但是

11、可以有多個從屬交易方。要解決多個功能模塊爭用總線問題，必須安裝總線仲裁組件?？偩€占用時間：主人持續(xù)控制總線時間的時間。38，總線仲裁，總線仲裁：對總線使用的合理分配和管理。部件總線通信時，必須向控制部件發(fā)送請求信號。受控部件根據每個部件的優(yōu)先級確定是否使用總線。根據總線控制部件的位置，仲裁方法分為兩類茄子。3360中央總線仲裁(一般)分布式總線仲裁，39鏈查詢方法(串行連接方法)柜臺時序查詢方法獨立請求方法，40，鏈查詢方法，中央仲裁器，介面1，介面2，介面N，響應鏈中的電路故障、總線、41、柜臺計時查詢方法、總線、設備地址數、BR、BS線數為2n根。計數器的初始值可以設置為程序。-每個設備的

12、優(yōu)先級是可變的。-靈活性。42，柜臺定時查詢方法：總線上的所有設備需要總線時，中央仲裁器通過BR線接收請求信號，當BS線為“0”時，計數器開始計數，計數值通過一系列地址線發(fā)送到每個設備。，43，在每個設備接口上，設備地址識別電路，如果地址行的計數值與總線請求設備地址匹配，則該設備設定“1”BS行并獲得總線許可。牙齒時停止計數查詢。每個計數可以從“0”開始，也可以從開發(fā)斷點開始。從“0”開始時，每個設備的優(yōu)先級與鏈查詢方法相同，優(yōu)先級順序是固定的。從斷點開始，每個設備具有相同的總線優(yōu)先級。44，計數器的初始值也可以設置為程序，可以輕松更改優(yōu)先級，但這種靈活性以增加線數為代價?？梢暂p松改變優(yōu)先級。

13、45，獨立請求方式，每個設備一對BR和BG；響應速度高的控制靈活性，可以通過程序更改優(yōu)先級。有很多控制線- 2n根.、總線、br1、br2、brn和bg1設備要求使用總線時，向這些設備發(fā)出請求信號。總線仲裁器具有隊列電路，該根據特定優(yōu)先級確定首先響應設備的請求，并為設備提供批準信號BGi。47，6.3總線仲裁，獨立請求方式的優(yōu)點是響應時間快。也就是說，首先確定響應所需的時間較少，無需按設備進行查詢。第二，優(yōu)先級控制相當靈活。BR0優(yōu)先級最高，可以提前固定，例如BR1牙齒最低的BRn。您還可以通過過程更改優(yōu)先級。通過阻止(禁止)請求的方式，可能無法響應來自無效設備的請求。因此，現代總線標準一般采

14、用獨立請求方式。48，6.3總線仲裁，6.3.2，分布式仲裁分布式仲裁：不需要中央仲裁員，但多個仲裁員爭奪總線使用。有總線請求時，將唯一的仲裁號碼發(fā)送至孔劉仲裁總線(孔劉仲裁)，每個仲裁員將從仲裁總線(仲裁)中獲得的號碼與自己的號碼進行比較。仲裁總線號碼大，總線請求沒有響應，仲裁號碼取消。最后，優(yōu)勝者的仲裁號碼保留在仲裁總線上。顯然，分散仲裁基于優(yōu)先仲裁戰(zhàn)略。49，6.3總線仲裁，分布式仲裁圖表，50，6.3總線仲裁，(1)參與此次競爭的所有主要設備，與設備競爭號碼CN相反，打電話給仲裁總線AB，實現了“線或”邏輯。較低的AB線表示一個或多個主設備的CNi為1，較高的AB線表示所有主設備的CNi為0。(2)競爭時，CN和AB位的比較，