計算機組成原理總線系統(tǒng)

1、第6章 總線系統(tǒng)2021-10-152目錄目錄l6.1 總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài) 理解理解l6.2 總線接口總線接口 了解了解l6.3 總線的仲裁總線的仲裁理解理解l6.4 總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式了解了解l6.5 HOST總線和總線和PCI總線總線 了解了解l6.6 InfiniBand標準標準了解了解2021-10-153考研大綱要求考研大綱要求(一一) 總線概述總線概述1. 總線的基本概念總線的基本概念2. 總線的分類總線的分類3. 總線的組成及性能指標總線的組成及性能指標(二二) 總線仲裁總線仲裁1. 集中仲裁方式集中仲裁方式2. 分布仲裁方式分

2、布仲裁方式(三三) 總線操作和定時總線操作和定時1. 同步定時方式同步定時方式2. 異步定時方式異步定時方式(四四) 總線標準總線標準2021-10-1546.1 總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)l6.1.1總線的基本概念總線的基本概念l6.1.2總線的連接方式總線的連接方式l6.1.3總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)l6.1.4總線結(jié)構(gòu)實例總線結(jié)構(gòu)實例2021-10-1556.1.1 總線的基本概念總線的基本概念l總線總線構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互聯(lián)機構(gòu)，是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互聯(lián)機構(gòu)，是系統(tǒng)內(nèi)各功能部件之間進行系統(tǒng)內(nèi)各功能部件之間進行信息傳送的公共通路信息傳送的公共通路。l總線的分類總線的分類 按

3、連接部件分按連接部件分u內(nèi)部總線、局部總線、系統(tǒng)總線、通信總線內(nèi)部總線、局部總線、系統(tǒng)總線、通信總線按傳送的信息分按傳送的信息分u數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線2021-10-156按傳送信息分類的總線按傳送信息分類的總線l地址總線地址總線單向單向，三態(tài)總線，用于傳送，三態(tài)總線，用于傳送地址信息地址信息；其位數(shù)決定可直接尋址的范圍；其位數(shù)決定可直接尋址的范圍；l數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線雙向雙向，三態(tài)總線，用于傳送，三態(tài)總線，用于傳送數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息 ；其位數(shù)有其位數(shù)有8位、位、16位、位、32位、位、64位等；位等；l控制總線控制總線傳送控制、狀態(tài)信息；傳送控制、狀態(tài)信息；位

4、數(shù)不定。位數(shù)不定。2021-10-157按連接部件分類的總線按連接部件分類的總線l內(nèi)部總線內(nèi)部總線各芯片內(nèi)部邏輯器件的連接總線；各芯片內(nèi)部邏輯器件的連接總線；l局部總線局部總線CPU與其他部件的連接總線；與其他部件的連接總線；介于介于CPU內(nèi)部總線和系統(tǒng)總線之間，可高速傳輸數(shù)據(jù)；內(nèi)部總線和系統(tǒng)總線之間，可高速傳輸數(shù)據(jù)；l系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線計算機各功能部件的連接總線；計算機各功能部件的連接總線；l通信總線通信總線微機系統(tǒng)與微機系統(tǒng)、其他設(shè)備之間的連接總線；微機系統(tǒng)與微機系統(tǒng)、其他設(shè)備之間的連接總線；2021-10-158M.M 擴展板擴展板CPU 插件板插件板I/O插件板插件板BUS總線的物理實現(xiàn)

5、總線的物理實現(xiàn)2021-10-1591、總線的特性、總線的特性l物理特性物理特性總線的位數(shù)，總線插頭、插座的形狀，引腳的排列方式等；總線的位數(shù)，總線插頭、插座的形狀，引腳的排列方式等；l功能特性功能特性確定每一根總線的名稱、定義、功能與邏輯關(guān)系等，如傳送確定每一根總線的名稱、定義、功能與邏輯關(guān)系等，如傳送數(shù)據(jù)、地址、控制信號；數(shù)據(jù)、地址、控制信號；l電氣特性電氣特性規(guī)定每一根總線上信號的傳送方向及有效電平范圍等內(nèi)容；規(guī)定每一根總線上信號的傳送方向及有效電平范圍等內(nèi)容；l時間特性時間特性總線上各信號有效的時序關(guān)系；總線上各信號有效的時序關(guān)系；2021-10-15102、總線標準、總線標準l總線的

6、標準化總線的標準化為保證總線的性能充分發(fā)揮以及兼容問題而提出的；為保證總線的性能充分發(fā)揮以及兼容問題而提出的；主要包括總線的各種特性、數(shù)據(jù)傳輸率、總線通信協(xié)議、主要包括總線的各種特性、數(shù)據(jù)傳輸率、總線通信協(xié)議、仲裁協(xié)議等一系列規(guī)定和約定。仲裁協(xié)議等一系列規(guī)定和約定。l總線標準的來源總線標準的來源權(quán)威組織正式公布的標準；權(quán)威組織正式公布的標準；實際存在的工業(yè)標準；實際存在的工業(yè)標準；l典型的標準總線典型的標準總線ISA、EISA、PCI等；等；l按總線標準設(shè)計的接口是按總線標準設(shè)計的接口是通用接口通用接口。2021-10-15113、總線的性能指標、總線的性能指標l總線寬度總線寬度一次總線操作中

7、，最多可傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。一次總線操作中，最多可傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。l總線周期總線周期一次總線操作所需要的最小間隔時間。一次總線操作所需要的最小間隔時間。總線周期與總線的時鐘頻率成反比，即總線周期與總線的時鐘頻率成反比，即T=1/fl總線帶寬總線帶寬單位時間內(nèi)通過總線的數(shù)據(jù)位數(shù)，總線的數(shù)據(jù)傳輸率；單位時間內(nèi)通過總線的數(shù)據(jù)位數(shù)，總線的數(shù)據(jù)傳輸率；單位一般為單位一般為MB/s。2021-10-1512課本課本P185【例例1】(1)某總線在一個總線周期中并行傳送某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘

8、周期，總線時鐘頻率為33MHz，則總線帶寬是多少，則總線帶寬是多少? l一個總線周期一個總線周期 T =1/f=1/(33106)l一個總線周期的傳送的數(shù)據(jù)量一個總線周期的傳送的數(shù)據(jù)量 D =4Bl總線帶寬總線帶寬Dr = D/T = D1/T = Df = 4B33106/s=132MB/s(2)如果一個總線周期中并行傳送如果一個總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率升位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率升為為66MHz，則總線帶寬是多少，則總線帶寬是多少?l總線帶寬總線帶寬Dr = Df = 8B66106/s = 528MB/s2021-10-15136.1.2 總線的連接方式總線的連接方式l適配器

9、：又稱接口適配器：又稱接口實現(xiàn)高速實現(xiàn)高速CPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，并完成計算機和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。并完成計算機和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。 l單機系統(tǒng)中，總線結(jié)構(gòu)的三種基本類型：單機系統(tǒng)中，總線結(jié)構(gòu)的三種基本類型： 單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)u使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、內(nèi)存和、內(nèi)存和I/O設(shè)備。設(shè)備。 雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)u在在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲總線。和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲總線。 三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)u在各外部設(shè)備與通道之間增加一組在各外部設(shè)備與通道之間增

10、加一組I/O總線。總線。多總線結(jié)構(gòu)多總線結(jié)構(gòu)u通過橋?qū)⒍嗫偩€彼此相連。通過橋?qū)⒍嗫偩€彼此相連。2021-10-1514l系統(tǒng)內(nèi)的所有部件均由系統(tǒng)內(nèi)的所有部件均由系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線連接；連接；l優(yōu)點：優(yōu)點：各部件之間可直接進行通信；系統(tǒng)易于擴充；各部件之間可直接進行通信；系統(tǒng)易于擴充；l缺點：缺點：總線負載重；總線負載重；若有慢速設(shè)備，則會產(chǎn)生較大的時間延遲。若有慢速設(shè)備，則會產(chǎn)生較大的時間延遲。動畫演示：動畫演示：6-1.swf6-1.swf單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)CPUCPU主存主存設(shè)備設(shè)備適配器適配器設(shè)備設(shè)備適配器適配器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線2021-10-1515l系統(tǒng)內(nèi)的所有部件均由系統(tǒng)內(nèi)的所有部

11、件均由系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線連接；在連接；在CPU和主存之間再專和主存之間再專門設(shè)置了一組高速的門設(shè)置了一組高速的存儲總線存儲總線。l特點：特點：保持了單總線的優(yōu)點（簡單、易擴充）；保持了單總線的優(yōu)點（簡單、易擴充）；減輕了系統(tǒng)總線的工作負擔，使減輕了系統(tǒng)總線的工作負擔，使CPU工作效率有所提高；工作效率有所提高；但增加了硬件成本。但增加了硬件成本。動畫演示：動畫演示：6-2.swf6-2.swf雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)CPU主存主存設(shè)備設(shè)備適配器適配器設(shè)備設(shè)備適配器適配器存儲總線存儲總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線2021-10-1516l系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線負責連接負責連接CPU、主存、主存、I/O通道；通道；存儲

12、總線存儲總線負責連接負責連接CPU與主存；與主存；I/O總線總線負責連接各負責連接各I/O適配器。適配器。l特點：特點：設(shè)置了設(shè)置了通道通道，對外設(shè)進行統(tǒng)一的管理，分擔了，對外設(shè)進行統(tǒng)一的管理，分擔了CPU的工作。的工作。提高了提高了CPU工作效率，同時也最大限度的提高外設(shè)的工作工作效率，同時也最大限度的提高外設(shè)的工作速度。速度。但硬件成本進一步增加。但硬件成本進一步增加。動畫演示：動畫演示：6-3.swf6-3.swf三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)CPU主存主存設(shè)備適配器設(shè)備適配器設(shè)備適配器設(shè)備適配器IOPI/OI/O總線總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲總線存儲總線2021-10-1517三總線結(jié)構(gòu)的又一形式

13、三總線結(jié)構(gòu)的又一形式局域網(wǎng)局域網(wǎng)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線CPUCache局部總線局部總線擴展總線接口擴展總線接口擴展總線擴展總線Modem串行接口串行接口SCSI局部局部I/OI/O控制器控制器主存主存2021-10-1518多總線結(jié)構(gòu)多總線結(jié)構(gòu)2021-10-15196.1.3 總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)l早期總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)早期總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)實際是實際是CPU芯片芯片引腳的延伸；引腳的延伸；l早期總線的不足早期總線的不足CPU是總線上惟是總線上惟一的主控者。一的主控者。 總線結(jié)構(gòu)與總線結(jié)構(gòu)與CPU緊密相關(guān)，通用緊密相關(guān)，通用性較差。性較差。 2021-10-1520現(xiàn)代總線現(xiàn)代總線l多采用標準總線多采

14、用標準總線與結(jié)構(gòu)、與結(jié)構(gòu)、CPU、技術(shù)無關(guān)；、技術(shù)無關(guān)；又被稱為底板總線。又被稱為底板總線。 l現(xiàn)代總線可分為四個部分：現(xiàn)代總線可分為四個部分： 數(shù)據(jù)傳送總線數(shù)據(jù)傳送總線u地址線、數(shù)據(jù)線、控制線；地址線、數(shù)據(jù)線、控制線；仲裁總線仲裁總線u總線請求線、總線授權(quán)線；總線請求線、總線授權(quán)線； 中斷和同步總線中斷和同步總線u中斷請求線、中斷認可線；中斷請求線、中斷認可線； 公用線公用線u時鐘信號、電源等；時鐘信號、電源等；2021-10-1521CPUCPU多媒體多媒體PCI PCI 橋橋高速局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)高性能圖形高性能圖形調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器圖文傳真圖文傳真PCI 總線總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線33

15、MHz33 MHz的的3232位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路8 MHz8 MHz的的1616位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路ISA EISA標準總線標準總線 控制器控制器 SCSI SCSI 控制器控制器存儲器存儲器6.1.4 總線結(jié)構(gòu)實例總線結(jié)構(gòu)實例CPU-CPU-存儲器總線，存儲器總線，6464位位DBDB、3232位位ABAB，66.6MHz66.6MHzPCIPCI總線總線連接快速外設(shè)連接快速外設(shè)3232位位/64/64位總線寬度位總線寬度33.3MHz33.3MHzPCI-ISAPCI-ISA總線總線連接低速外設(shè)連接低速外設(shè)1616位位DBDB，2424位位ABAB8MHz8MHz何謂何謂“橋橋”？具有緩

16、存、轉(zhuǎn)換、控具有緩存、轉(zhuǎn)換、控制功能的邏輯電路制功能的邏輯電路動畫演示：動畫演示：6-5.swf2021-10-15226.1.5 總線技術(shù)的發(fā)展歷程總線技術(shù)的發(fā)展歷程l1981年，年，IBM公司推出了公司推出了PC/XT總線；總線；l1984年，年，Intel公司聯(lián)合幾家公司制定了公司聯(lián)合幾家公司制定了ISA總線規(guī)范；總線規(guī)范；ISA，Industry Standard Architecture，工業(yè)標準結(jié)構(gòu)，工業(yè)標準結(jié)構(gòu)l1987年，年，IBM公司推出了公司推出了MCA總線；總線；MCA，Micro Channel Architecture，微通道結(jié)構(gòu)，微通道結(jié)構(gòu)l1991年，年，Inte

17、l、Compaq等等9家公司聯(lián)合推出家公司聯(lián)合推出EISA總線；總線；EISA，Extended Industrial Standard Architecture l1992年，視頻電子標準協(xié)會年，視頻電子標準協(xié)會(VESA)公布了公布了VL總線標準；總線標準；VL，VESA Local Bus l1992年，年，Intel公司推出了公司推出了PCI總線；總線；PCI，Peripheral Component Interconnect，外圍設(shè)備互連總線，外圍設(shè)備互連總線l1996年，年， Intel公司推出了公司推出了AGP總線；總線；AGP，Accelerated Graphics Port

18、，加速圖形接口，加速圖形接口2021-10-1523總線技術(shù)的發(fā)展歷程總線技術(shù)的發(fā)展歷程PC/XT總線總線2021-10-1524PC/XT總線總線l早期早期PC/XT微機配套的微機配套的8位系統(tǒng)總線，也稱為位系統(tǒng)總線，也稱為PC總線；總線；主板上包括主板上包括8個個PC/XT總線擴展槽；總線擴展槽；主板時鐘頻率為主板時鐘頻率為14.3128MHz；CPU時鐘為時鐘為4.77MHz，最快的訪存周期由，最快的訪存周期由4個時鐘周期構(gòu)個時鐘周期構(gòu)成，總線帶寬約為成，總線帶寬約為1MB/s；lPC/XT總線擴展槽包括總線擴展槽包括62個管腳；個管腳；CPU引腳經(jīng)過引腳經(jīng)過8282、8286、8288

19、、8259、8237等芯片組等芯片組合而成；合而成；右側(cè)為右側(cè)為A列，左側(cè)為列，左側(cè)為B列，各列，各31個管腳，包括地址線、數(shù)個管腳，包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源線五類；據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源線五類；2021-10-1525 揚聲器 8 個 8 位 62 引腳擴展槽 擴展總線緩沖 CPU 8088(4.77MHz) 8087（可選） ROM BIOS DRAM 控制器 RAM 8237 DMA 控制器 DMA 頁面寄存器 8253 定時/計數(shù)器 8259 中斷控制器 8250 串行通信控制器 鍵盤與并行控制電路 2021-10-1526ISA總線總線l16位位的

20、總線結(jié)構(gòu)，并保持了對的總線結(jié)構(gòu)，并保持了對8位總線的兼容性；位總線的兼容性；主板上也是主板上也是8個擴展槽；個擴展槽；擴展槽既可以插入擴展槽既可以插入16位板卡，也可以插入位板卡，也可以插入8位板卡；位板卡；總線時鐘與總線時鐘與CPU時鐘均為時鐘均為612MHz，訪存周期至少，訪存周期至少3個時鐘個時鐘周期，總線帶寬約為周期，總線帶寬約為48MB/s；lISA總線設(shè)計為長短插槽形式；總線設(shè)計為長短插槽形式；前前62管腳的長插槽管腳的長插槽u信號分布與功能含義大致與信號分布與功能含義大致與PCPC總線相同；總線相同；后后36管腳的短插槽管腳的短插槽uISA總線新增，分為總線新增，分為C、D列，各

21、列，各18個管腳；個管腳；2021-10-1527ISA總線插槽總線插槽同一類型的同一類型的插槽都是相插槽都是相通的，板卡通的，板卡可以插入其可以插入其中任何一個中任何一個槽中。槽中。2021-10-1528ISA聲卡聲卡2021-10-15292021-10-1530EISA總線總線lEISA總線是總線是ISA總線的擴展總線的擴展數(shù)據(jù)總線從數(shù)據(jù)總線從16位變?yōu)槲蛔優(yōu)?2位，位，地址總線從地址總線從24位變?yōu)槲蛔優(yōu)?2位；位；增加了突發(fā)式傳送（增加了突發(fā)式傳送（Burst Transfer，又稱猝發(fā)式傳送）；，又稱猝發(fā)式傳送）；支持多處理器的高性能支持多處理器的高性能32位位標準總線。標準總線

22、。lEISA總線擴展槽的插腳分上、下兩層；總線擴展槽的插腳分上、下兩層；上層同上層同ISA總線的兼容；總線的兼容；下層是下層是EISA總線新增的信號；總線新增的信號；ISA插板ISA插板EISA插板EISA插板2021-10-1531PCI總線總線lPCI總線是一種將系統(tǒng)中外圍部件以結(jié)構(gòu)化可控制方式連接起總線是一種將系統(tǒng)中外圍部件以結(jié)構(gòu)化可控制方式連接起來的總線標準，是基于奔騰處理器而發(fā)展的總線。來的總線標準，是基于奔騰處理器而發(fā)展的總線。lPCI 總線的主要性能總線的主要性能數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線32位（位（5V） ，可擴充到，可擴充到64位（位（3.3V） ；最多支持最多支持10 臺外設(shè)；臺外設(shè)

23、；總線時鐘頻率總線時鐘頻率33MHz/66MHz；支持突發(fā)式傳送，最大數(shù)據(jù)傳輸速率支持突發(fā)式傳送，最大數(shù)據(jù)傳輸速率528MB/s；能自動識別外設(shè)，硬件插卡自動識別、配置，能自動識別外設(shè)，硬件插卡自動識別、配置，即插即用即插即用；獨特的中間緩沖器設(shè)計方式，獨立于獨特的中間緩沖器設(shè)計方式，獨立于 CPU，并將，并將CPU子系子系統(tǒng)與外設(shè)分開；統(tǒng)與外設(shè)分開；支持多主設(shè)備系統(tǒng)；支持多主設(shè)備系統(tǒng)；2021-10-1532PCI插槽插槽2021-10-1533PCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)lPCI總線中提出了總線中提出了“橋橋”的概念的概念“橋橋”連接兩條總線，使總線之間互相通信；連接兩條總線，使總線之間互相通信

24、；PCI總線是在總線是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，由一個由一個橋接電路橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。l橋的類型橋的類型主橋：連接主橋：連接CPU和基本和基本PCI總線，也稱為總線，也稱為“北橋北橋”；標準總線橋：連接標準總線橋：連接PCI總線和其他標準總線和其他標準IO總線；總線；PCI橋：連接兩條橋：連接兩條PCI總線；總線；南橋南橋2021-10-1534CPUCache 控制器控制器內(nèi)存控制器內(nèi)存控制器處理器總線與主處理器總線與主PCI總線橋接

25、器總線橋接器高速緩存高速緩存Cache內(nèi)存內(nèi)存DRAMPCI與與PCI橋接器橋接器PCI與與ISA橋接器橋接器PCI與與EISA橋接器橋接器LAN I/O控制器控制器MODEM控制器控制器I/O支持支持軟盤軟盤鍵盤鍵盤串行口串行口I/O支持支持并行口并行口聲頻聲頻處理器總線處理器總線主主PCI總線總線次次PCI總線總線ISA總線總線EISA總線總線存儲器存儲器總線總線PCI SCSI卡卡PCI 顯卡顯卡標準標準總線橋總線橋PCI橋橋主橋主橋基于基于PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2021-10-1535Pentium PC的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu) 處理器總線處理器總線2021-10-1536

26、AGP總線總線lAGP總線是一種顯示卡專用的局部圖形總線；總線是一種顯示卡專用的局部圖形總線；嚴格的說，嚴格的說，AGP不能稱為總線，因為它是點對點連接，即不能稱為總線，因為它是點對點連接，即控制芯片和控制芯片和AGP顯示卡連接連接；顯示卡連接連接；lAGP總線直接與主板的北橋芯片相連，讓顯示芯片與系統(tǒng)主內(nèi)總線直接與主板的北橋芯片相連，讓顯示芯片與系統(tǒng)主內(nèi)存直接相連存直接相連;避免了窄帶寬的避免了窄帶寬的PCI總線形成的系統(tǒng)瓶頸，增加總線形成的系統(tǒng)瓶頸，增加3D圖形數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)傳輸速度傳輸速度;在顯存不足的情況下還可以調(diào)用系統(tǒng)主內(nèi)存。在顯存不足的情況下還可以調(diào)用系統(tǒng)主內(nèi)存。 2021-10-1

27、537AGP插槽插槽2021-10-1538AGP接口的發(fā)展接口的發(fā)展l1996年，年，AGP 1.0圖形標準問世；圖形標準問世；包括包括AGP 1X和和AGP 2X兩種模式；兩種模式；數(shù)據(jù)傳輸帶寬分別達到了數(shù)據(jù)傳輸帶寬分別達到了266MB/s和和533MB/s；l1998年，年，AGP 2.0規(guī)范正式發(fā)布；規(guī)范正式發(fā)布；增加了增加了AGP 4X模式，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達到模式，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達到1066MB/s；l1998年，年，AGP Pro接口與接口與AGP 2.0同時推出同時推出 ；在原有在原有AGP插槽的兩側(cè)進行延伸，提供額外的電能，增強插槽的兩側(cè)進行延伸，提供額外的電能，增強其功能。其功能

28、。 l2000年，年，AGP3.0 規(guī)范正式發(fā)布；規(guī)范正式發(fā)布； 增加了增加了AGP 8X模式，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達到了模式，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達到了2133MB/s；2021-10-1539286主板386主板486主板2021-10-1540Pentium主板支持PentiumII/III的主板支持Pentium4的主板2021-10-15416.2 總線接口總線接口l6.2.1 信息的傳送方式信息的傳送方式l6.2.2 接口的基本概念接口的基本概念2021-10-15426.2.1 信息的傳送方式信息的傳送方式l串行傳送串行傳送使用一條傳輸線，采用脈沖傳送。使用一條傳輸線，采用脈沖傳送。特點：成本比

29、較低廉，信息傳送速度慢；特點：成本比較低廉，信息傳送速度慢； l并行傳送并行傳送每一數(shù)據(jù)位需要一條傳輸線，一般采用電位傳送；每一數(shù)據(jù)位需要一條傳輸線，一般采用電位傳送；系統(tǒng)總線的信息傳送方式。系統(tǒng)總線的信息傳送方式。l分時傳送分時傳送總線傳送信息的分時復用總線傳送信息的分時復用u某個傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息。某個傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息。共享總線部件對總線的分時復用共享總線部件對總線的分時復用u在不同的時間內(nèi)由不同的部件使用總線。在不同的時間內(nèi)由不同的部件使用總線。動畫演示：動畫演示：6-7.swf串行和并行串行和并行傳送示意圖傳送示意圖例如：例如：CPU中的復用引

30、腳中的復用引腳例如：系統(tǒng)中主模塊對例如：系統(tǒng)中主模塊對總線的爭用總線的爭用2021-10-15432021-10-15446.2.2 接口的基本概念接口的基本概念l接口接口I/O設(shè)備適配器；設(shè)備適配器；指指CPU和主存、外圍設(shè)備之間通過總線進行連接的邏輯部件。和主存、外圍設(shè)備之間通過總線進行連接的邏輯部件。 l接口的典型功能接口的典型功能控制、緩沖、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、中斷等。控制、緩沖、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、中斷等。 l一個適配器必有兩個接口一個適配器必有兩個接口一個同系統(tǒng)總線相連，采用并行方式；一個同系統(tǒng)總線相連，采用并行方式；另外一個同設(shè)備相連，可能采用并行方式或是串行方式。另外一個同設(shè)備相連，可能采用并

31、行方式或是串行方式。lCPU、接口和外圍設(shè)備之間的連接關(guān)系、接口和外圍設(shè)備之間的連接關(guān)系課本課本P192 圖圖6.7 動畫演示：動畫演示：6-8.swf2021-10-1545課本課本P193【例例2】利用串行方式傳送字符，每秒鐘傳送的比特利用串行方式傳送字符，每秒鐘傳送的比特(bit)位數(shù)常位數(shù)常稱為波特率。稱為波特率。假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是120個字符個字符/秒，每一個字符格式規(guī)秒，每一個字符格式規(guī)定包含定包含10位（起始位、停止位、位（起始位、停止位、8個數(shù)據(jù)位），問傳送個數(shù)據(jù)位），問傳送的波特率是多少的波特率是多少?每位占用的時間是多少每位占用的時間是多少?解：解： 波特

32、率為：波特率為：10位位120/秒秒=1200波特波特 每個每個bit占用的時間占用的時間Td是波特率的倒數(shù)：是波特率的倒數(shù)： Td=1/1200=0.8330.001s=0.833ms2021-10-15466.3 總線的仲裁總線的仲裁l6.3.1 集中式仲裁集中式仲裁l6.3.2 分布式仲裁分布式仲裁2021-10-1547總線的仲裁總線的仲裁l連接到總線上的功能模塊有連接到總線上的功能模塊有主動主動和和被動被動兩種形態(tài)；兩種形態(tài)；主方主方可以啟動一個總線周期；可以啟動一個總線周期；從方從方只能響應(yīng)主方請求；只能響應(yīng)主方請求；每次總線操作，只能有一個主方，但是可以有多個從方。每次總線操作，

33、只能有一個主方，但是可以有多個從方。l多個功能模塊爭用總線時，必須由多個功能模塊爭用總線時，必須由總線仲裁部件總線仲裁部件選擇一個主選擇一個主設(shè)備使用總線。設(shè)備使用總線。l總線占用期總線占用期主方持續(xù)控制總線的時間。主方持續(xù)控制總線的時間。l總線仲裁方式總線仲裁方式集中式：由集中式：由中央仲裁器中央仲裁器決定總線使用權(quán)的歸屬。決定總線使用權(quán)的歸屬。分布式：多個仲裁器競爭使用總線。分布式：多個仲裁器競爭使用總線。2021-10-15486.3.1 集中式仲裁集中式仲裁l 鏈式查詢方式鏈式查詢方式設(shè)備的優(yōu)先權(quán)設(shè)備的優(yōu)先權(quán)與總線控制器的距離與總線控制器的距離有關(guān)；有關(guān)；優(yōu)點優(yōu)點：硬件連接簡單，判優(yōu)容

34、易，設(shè)備增刪容易；：硬件連接簡單，判優(yōu)容易，設(shè)備增刪容易；缺點缺點：對電路故障敏感，優(yōu)先級固定；：對電路故障敏感，優(yōu)先級固定； l 計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式設(shè)備的優(yōu)先權(quán)由設(shè)備的優(yōu)先權(quán)由計數(shù)值計數(shù)值決定，計數(shù)值為決定，計數(shù)值為0時同鏈式查詢方式；時同鏈式查詢方式；優(yōu)點優(yōu)點：優(yōu)先權(quán)控制靈活，對電路故障不敏感；：優(yōu)先權(quán)控制靈活，對電路故障不敏感；缺點缺點：硬件成本增加，控制復雜度高；：硬件成本增加，控制復雜度高；l 獨立請求方式獨立請求方式設(shè)備的優(yōu)先權(quán)由設(shè)備的優(yōu)先權(quán)由中央仲裁器的內(nèi)部排隊邏輯中央仲裁器的內(nèi)部排隊邏輯決定；決定；優(yōu)點優(yōu)點：響應(yīng)時間快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備花費的時間少；：響應(yīng)

35、時間快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備花費的時間少； 對優(yōu)先次序的控制也是相當靈活的；對優(yōu)先次序的控制也是相當靈活的； 缺點缺點：硬件復雜度高。：硬件復雜度高。動畫演示動畫演示: 6-10.swf2021-10-1549鏈式查詢方式（鏈式查詢方式（1/2）l連接方式連接方式采用采用菊花鏈菊花鏈的方式連接的方式連接所有具有總線使用能力的部件所有具有總線使用能力的部件；各設(shè)備各設(shè)備共用共用一根總線請求信號線一根總線請求信號線BR、總線授權(quán)信號線、總線授權(quán)信號線BG、總線忙信號線總線忙信號線BS與中央仲裁器連接；與中央仲裁器連接；l工作方式工作方式總線授權(quán)信號總線授權(quán)信號BG串行地從一個串行地從一個I/O接口

36、傳送到下一個接口傳送到下一個I/O接口。接口。中央中央仲裁器仲裁器設(shè)備接口設(shè)備接口0 0設(shè)備接口設(shè)備接口1 1設(shè)備接口設(shè)備接口N NBGBRBS2021-10-1550總總線線控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口nBG數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BS -總線忙總線忙BR-總線請求總線請求BG-總線同意總線同意I/O接口接口1鏈式查詢方式（鏈式查詢方式（2/2）2021-10-1551計數(shù)器定時查詢方式（計數(shù)器定時查詢方式（1/2）l連接方式連接方式省去總線授權(quán)信號省去總線授權(quán)信號BG；增加計數(shù)器增加計數(shù)器和和設(shè)備地址線號線設(shè)備地址線號線，每次相應(yīng)總線申請，由計數(shù)，

37、每次相應(yīng)總線申請，由計數(shù)值決定響應(yīng)的順序。值決定響應(yīng)的順序。l工作方式工作方式有總線請求時，發(fā)出計數(shù)值，選擇設(shè)備查詢請求狀態(tài)，依次有總線請求時，發(fā)出計數(shù)值，選擇設(shè)備查詢請求狀態(tài)，依次查詢每一個設(shè)備；查詢每一個設(shè)備；中央中央仲裁器仲裁器設(shè)備接口設(shè)備接口0設(shè)備接口設(shè)備接口1設(shè)備接口設(shè)備接口NBRBS設(shè)備地址設(shè)備地址2021-10-1552 0BS -總線忙總線忙BR-總線請求總線請求總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n設(shè)備地址設(shè)備地址I/O接口接口1 計數(shù)器計數(shù)器設(shè)備地址設(shè)備地址 1計數(shù)器定時查詢方式（計數(shù)器定時查詢方式（2/2）

38、2021-10-1553獨立請求方式（獨立請求方式（1/2）l連接方式連接方式每個部件均有每個部件均有獨立的請求和響應(yīng)信號線獨立的請求和響應(yīng)信號線，由中央仲裁器，由中央仲裁器的內(nèi)部排隊邏輯決定響應(yīng)順序。的內(nèi)部排隊邏輯決定響應(yīng)順序。中央中央仲裁器仲裁器設(shè)備接口設(shè)備接口0 0設(shè)備接口設(shè)備接口1 1設(shè)備接口設(shè)備接口N NBR0BG0BR1BG1BRNBGN2021-10-1554總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0I/O接口接口1I/O接口接口nBR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-總線同意總線同意BR-總線請求總線請求獨立請求方式（獨立請求方式（2/2）排隊器排隊器

39、2021-10-15556.3.2 分布式仲裁分布式仲裁l分布式仲裁不需要中央仲裁器，由分布在各部件中的多個仲裁分布式仲裁不需要中央仲裁器，由分布在各部件中的多個仲裁器競爭使用總線。器競爭使用總線。l每個潛在的主模塊都有每個潛在的主模塊都有自己的仲裁器自己的仲裁器和和唯一的仲裁號唯一的仲裁號，通過仲，通過仲裁總線上仲裁號的比較，決定可占用總線的部件。裁總線上仲裁號的比較，決定可占用總線的部件。某部件某部件有總線請求有總線請求時，將其時，將其仲裁號發(fā)送到共享仲裁總線上仲裁號發(fā)送到共享仲裁總線上；每個仲裁器將仲裁總線上得到的號與自己的號進行比較；每個仲裁器將仲裁總線上得到的號與自己的號進行比較；如

40、果仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應(yīng)，并撤如果仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應(yīng)，并撤消它的仲裁號；消它的仲裁號；最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。l分布式仲裁是以分布式仲裁是以優(yōu)先級仲裁策略優(yōu)先級仲裁策略為基礎(chǔ)。為基礎(chǔ)。 2021-10-15566.4 總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式l6.4.1 總線的定時總線的定時l6.4.2 總行數(shù)據(jù)傳送模式總行數(shù)據(jù)傳送模式2021-10-15576.4.1 總線的定時總線的定時l總線的信息傳送過程總線的信息傳送過程請求總線、總線仲裁、尋址、信息傳送、狀態(tài)返回；請求總線、總線仲裁、尋

41、址、信息傳送、狀態(tài)返回； l定時定時確定確定事件出現(xiàn)在總線上的時序關(guān)系事件出現(xiàn)在總線上的時序關(guān)系；l定時的分類：定時的分類：l同步定時同步定時l異步定時異步定時2021-10-15581、同步定時、同步定時l系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用統(tǒng)一的時鐘信號統(tǒng)一的時鐘信號，所有事件的出現(xiàn)時間均有該時鐘，所有事件的出現(xiàn)時間均有該時鐘信號確定；信號確定；l優(yōu)點優(yōu)點各模塊配合簡單一致各模塊配合簡單一致;數(shù)據(jù)傳輸效率較高；數(shù)據(jù)傳輸效率較高；l缺點：缺點：各模塊的速度差異較大時各模塊的速度差異較大時，會影響系統(tǒng)的整體工作效率；會影響系統(tǒng)的整體工作效率；時鐘信號受到干擾時時鐘信號受到干擾時，會，會引起錯誤的同步；引起錯誤的同

42、步；l適用于總線長度較短，各功能模塊速度相差不多的系統(tǒng)。適用于總線長度較短，各功能模塊速度相差不多的系統(tǒng)。動畫演示：動畫演示：6-12.swf2021-10-1559異步定時異步定時l系統(tǒng)依靠系統(tǒng)依靠應(yīng)答方式應(yīng)答方式或或互鎖機制互鎖機制來決定事件出現(xiàn)的時間。來決定事件出現(xiàn)的時間。l優(yōu)點優(yōu)點總線周期長度可變；總線周期長度可變；l缺點缺點增加了總線的復雜性和成本；增加了總線的復雜性和成本；l適用于設(shè)備工作速度不一致的系統(tǒng)。適用于設(shè)備工作速度不一致的系統(tǒng)。 動畫演示：動畫演示：6-13.swf6-13.swf2021-10-1560異步定時的互鎖機制異步定時的互鎖機制不互鎖不互鎖半互鎖半互鎖全互鎖全

43、互鎖主設(shè)備主設(shè)備從設(shè)備從設(shè)備請請求求回回答答2021-10-15616.4.2 總線數(shù)據(jù)傳送模式總線數(shù)據(jù)傳送模式l讀、寫操作讀、寫操作主設(shè)備利用系統(tǒng)總線，完成與從設(shè)備直接的數(shù)據(jù)傳送；主設(shè)備利用系統(tǒng)總線，完成與從設(shè)備直接的數(shù)據(jù)傳送；l塊傳送操作塊傳送操作只需給出塊的起始地址，然后對固定塊長度的數(shù)據(jù)一個接只需給出塊的起始地址，然后對固定塊長度的數(shù)據(jù)一個接一個地讀出或?qū)懭?。一個地讀出或?qū)懭搿寫后讀、讀修改寫操作寫后讀、讀修改寫操作只給出地址一次，或先寫后讀（校驗），或先讀后寫（多只給出地址一次，或先寫后讀（校驗），或先讀后寫（多道程序系統(tǒng)中對共享存儲資源的保護）。道程序系統(tǒng)中對共享存儲資源的保護）。l廣播、廣集操作廣播、廣集操作廣播：總線允許一個主方對多個從方進行寫操作。廣播：總線允許一個主方對多個從方進行寫操作。廣集：與廣播相反的操