湘潭大學(xué)第8章 總線結(jié)構(gòu)與互連網(wǎng)絡(luò)(2010_4)

1、第第8 8章章 系統(tǒng)總線及其互連結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線及其互連結(jié)構(gòu) 計算機(jī)系統(tǒng)是通過總線將計算機(jī)系統(tǒng)是通過總線將CPUCPU、存儲器及輸、存儲器及輸入輸出設(shè)備連接起來的。入輸出設(shè)備連接起來的。 總線是它們相互通信的公共通路，在這個通總線是它們相互通信的公共通路，在這個通路上傳送地址、數(shù)據(jù)及控制信息。路上傳送地址、數(shù)據(jù)及控制信息。 本章主要介紹：本章主要介紹：總線的基本概念、功能和類型總線的基本概念、功能和類型總線上信息流的控制，它涉及到總線的結(jié)構(gòu)、總線上信息流的控制，它涉及到總線的結(jié)構(gòu)、信息傳送方式及總線控制與通信等問題。信息傳送方式及總線控制與通信等問題。8.1 8.1 計算機(jī)系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)

2、的互連結(jié)構(gòu) 計算機(jī)系統(tǒng)的互連可分為系統(tǒng)內(nèi)互連和系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)的互連可分為系統(tǒng)內(nèi)互連和系統(tǒng)間互連。間互連。 系統(tǒng)內(nèi)互連又分為片內(nèi)互連和部件之間的互系統(tǒng)內(nèi)互連又分為片內(nèi)互連和部件之間的互連。連。片內(nèi)互連是通過片內(nèi)總線來完成的，片內(nèi)總線片內(nèi)互連是通過片內(nèi)總線來完成的，片內(nèi)總線是指同一個芯片內(nèi)的傳輸線。如芯片內(nèi)的寄存是指同一個芯片內(nèi)的傳輸線。如芯片內(nèi)的寄存器之間、寄存器與運算部件之間等的互連。它器之間、寄存器與運算部件之間等的互連。它的特點是距離短，控制簡單，速度要求高。的特點是距離短，控制簡單，速度要求高。部件之間的互連是通過系統(tǒng)總線來完成的，系部件之間的互連是通過系統(tǒng)總線來完成的，系統(tǒng)總線是指計算

3、機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的傳輸線。如統(tǒng)總線是指計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的傳輸線。如CPUCPU、主存、通道或接口之間的互連線。主存、通道或接口之間的互連線。 系統(tǒng)間互連是通過系統(tǒng)外總線來完成的，系統(tǒng)間互連是通過系統(tǒng)外總線來完成的，外總線是指系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的互連線。特外總線是指系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的互連線。特點是距離遠(yuǎn)，速度差異較大。點是距離遠(yuǎn)，速度差異較大。 由于許多需要解決的問題已經(jīng)不可能單獨由于許多需要解決的問題已經(jīng)不可能單獨由單機(jī)來完成，故需要多臺處理器或計算由單機(jī)來完成，故需要多臺處理器或計算機(jī)協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)程序、任務(wù)、作業(yè)級的機(jī)協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)程序、任務(wù)、作業(yè)級的并行處理，所以處理器之間、多計算機(jī)可并行處理，所以處

4、理器之間、多計算機(jī)可通過互連通信通過互連通信( (網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)) ) 將多個計算機(jī)或多個將多個計算機(jī)或多個處理機(jī)、多個存儲器模塊以及多個處理機(jī)、多個存儲器模塊以及多個I/OI/O設(shè)備設(shè)備聯(lián)系在一起，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的共享。聯(lián)系在一起，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的共享。 互連網(wǎng)絡(luò)具有三大要素，即結(jié)點間互連拓互連網(wǎng)絡(luò)具有三大要素，即結(jié)點間互連拓?fù)鋼? (包含連接通路包含連接通路) )、開關(guān)元件和控制方式。、開關(guān)元件和控制方式。在采用集中式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，互連網(wǎng)絡(luò)可以是在采用集中式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，互連網(wǎng)絡(luò)可以是一個獨立的部件，由一組開關(guān)元件構(gòu)成，位于一個獨立的部件，由一組開關(guān)元件構(gòu)成，位于被連接的處理機(jī)或功能部件結(jié)點之間，在

5、一定被連接的處理機(jī)或功能部件結(jié)點之間，在一定的控制方式作用下，按照互連拓?fù)涞囊蠼⒌目刂品绞阶饔孟?，按照互連拓?fù)涞囊蠼⒔Y(jié)點間的各條連接通路，以實現(xiàn)各個結(jié)點對的結(jié)點間的各條連接通路，以實現(xiàn)各個結(jié)點對的相互通信。相互通信。在采用分布式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，開關(guān)元件可能分在采用分布式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，開關(guān)元件可能分散地隱含在各個結(jié)點內(nèi)部，從外面只能看到由散地隱含在各個結(jié)點內(nèi)部，從外面只能看到由結(jié)點間連接通路所代表的互連拓?fù)?，因而互連結(jié)點間連接通路所代表的互連拓?fù)?，因而互連網(wǎng)絡(luò)并不是以一個獨立部件的形式出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)并不是以一個獨立部件的形式出現(xiàn)的。 互連網(wǎng)絡(luò)兩種形式?；ミB網(wǎng)絡(luò)兩種形式。非共享連接通路，即結(jié)點與

6、結(jié)點直接相連，非非共享連接通路，即結(jié)點與結(jié)點直接相連，非直接相連的結(jié)點之間的通信經(jīng)過中間結(jié)點轉(zhuǎn)送。直接相連的結(jié)點之間的通信經(jīng)過中間結(jié)點轉(zhuǎn)送。大多數(shù)計算機(jī)網(wǎng)的連接是這種情況。大多數(shù)計算機(jī)網(wǎng)的連接是這種情況。共享連接通路，即多個結(jié)點之間經(jīng)過開關(guān)元件共享連接通路，即多個結(jié)點之間經(jīng)過開關(guān)元件相連，以建立可變的連接通路，同一路徑通過相連，以建立可變的連接通路，同一路徑通過開關(guān)元件的選擇在不同時刻可為不同的結(jié)點對開關(guān)元件的選擇在不同時刻可為不同的結(jié)點對服務(wù)，達(dá)到共享的目的。服務(wù)，達(dá)到共享的目的?？刂破鬏斎?輸出存儲器模塊數(shù)據(jù)變換網(wǎng)絡(luò)處理單元圖8.1 并行處理計算機(jī)系統(tǒng)中的互連網(wǎng)絡(luò) 互連網(wǎng)絡(luò)分為互連網(wǎng)絡(luò)分為

7、：靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)，它，它的每一個開關(guān)元件固定地與的每一個開關(guān)元件固定地與一個結(jié)點相連，以建立該結(jié)點與鄰近結(jié)點之間一個結(jié)點相連，以建立該結(jié)點與鄰近結(jié)點之間的被動連接通路。一般用于分布計算機(jī)系統(tǒng)和的被動連接通路。一般用于分布計算機(jī)系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)，實現(xiàn)計算機(jī)結(jié)點之間的總線連接。計算機(jī)網(wǎng)，實現(xiàn)計算機(jī)結(jié)點之間的總線連接。動態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)動態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)，它，它的結(jié)點只與互連網(wǎng)絡(luò)邊界上的結(jié)點只與互連網(wǎng)絡(luò)邊界上的開關(guān)元件連接，在所有開關(guān)元件共同參與下，的開關(guān)元件連接，在所有開關(guān)元件共同參與下，建立結(jié)點之間主動可控的通信路徑。它一般用建立結(jié)點之間主動可控的通信路徑。它一般用于多處理機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)并行進(jìn)程間的相互

8、通信。于多處理機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)并行進(jìn)程間的相互通信。 這里，僅討論計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部所特有的系這里，僅討論計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部所特有的系統(tǒng)總線。統(tǒng)總線。8.28.2總線的基本概念總線的基本概念 計算機(jī)系統(tǒng)大多采用模塊結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)大多采用模塊結(jié)構(gòu)一個模塊就是一個具有專門功能的插件一個模塊就是一個具有專門功能的插件( (功能功能部件、插卡部件、插卡) )，如，如CPUCPU、內(nèi)存條、顯示卡、網(wǎng)卡、內(nèi)存條、顯示卡、網(wǎng)卡等。等。 總線是指為多個功能部件之間傳送信息的總線是指為多個功能部件之間傳送信息的公共通路。公共通路。 借助于總線連接，計算機(jī)在各功能部件之借助于總線連接，計算機(jī)在各功能部件之間實現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制

9、信息的交換，并間實現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換，并完成程序規(guī)定的工作。完成程序規(guī)定的工作。8.2.18.2.1總線傳輸方式和分類總線傳輸方式和分類 從不同的角度進(jìn)行分類。從不同的角度進(jìn)行分類。 1.1.按傳送的信息的方式分按傳送的信息的方式分 (1)(1)串行傳送。指在傳送信息時只有一根傳串行傳送。指在傳送信息時只有一根傳送線，所有的信息都在該傳輸線上傳輸，送線，所有的信息都在該傳輸線上傳輸，每次只傳送一位。若需要傳送的信息有每次只傳送一位。若需要傳送的信息有8 8位，位，則需要傳送則需要傳送8 8次，即需要次，即需要8 8個時鐘周期用于個時鐘周期用于傳送。傳送。 (2)(2)并行傳送。指在傳

10、送信息時有多根傳并行傳送。指在傳送信息時有多根傳送線，所有的信息都在這些傳輸線上同時送線，所有的信息都在這些傳輸線上同時傳輸，每次傳送多位。傳輸，每次傳送多位。 (3)(3)復(fù)合傳送。它是指在數(shù)據(jù)總線上，先復(fù)合傳送。它是指在數(shù)據(jù)總線上，先傳送地址，再傳送數(shù)據(jù)。傳送地址，再傳送數(shù)據(jù)。地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線復(fù)合傳送示意圖2.2.按傳送信息的類型按傳送信息的類型 (1)(1)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBDB，用于傳送數(shù)據(jù)、地址、狀態(tài)、控，用于傳送數(shù)據(jù)、地址、狀態(tài)、控制字等。雙向傳送；制字等。雙向傳送； (2)(2)地址總線地址總線ABAB，它用于傳送訪問存儲器或，它用于傳送訪問存儲器或I/OI/O設(shè)設(shè)備的地址。單

11、向傳送；備的地址。單向傳送； (3)(3)控制總線控制總線CBCB，用于傳送，用于傳送CPUCPU的控制命令、中斷的控制命令、中斷請求與響應(yīng)、請求與響應(yīng)、DMADMA請求與響應(yīng)等。每一根線是單向請求與響應(yīng)等。每一根線是單向傳送的；傳送的； (4)(4)復(fù)合總線如復(fù)合總線如ADAD，用于數(shù)據(jù)總線上，根據(jù)時間的，用于數(shù)據(jù)總線上，根據(jù)時間的先后進(jìn)行傳送，先傳送地址，后傳送數(shù)據(jù)。先后進(jìn)行傳送，先傳送地址，后傳送數(shù)據(jù)。8.2.28.2.2總線的特性與標(biāo)準(zhǔn)總線的特性與標(biāo)準(zhǔn) 特性：特性： 1.1.機(jī)械特性機(jī)械特性( (物理特性物理特性) )指總線物理連接方式，包括總線的插頭、插座指總線物理連接方式，包括總線

12、的插頭、插座的形狀、尺寸大小，引腳的數(shù)目、排列方式等。的形狀、尺寸大小，引腳的數(shù)目、排列方式等。 2.2.功能特性功能特性指總線中的每一根連線的功能。如傳送某一位指總線中的每一根連線的功能。如傳送某一位地址、數(shù)據(jù)或者控制信號。地址、數(shù)據(jù)或者控制信號。 3.3.電氣特性電氣特性定義每一根線的信號傳遞方向及有效電平和電定義每一根線的信號傳遞方向及有效電平和電流。流。一般規(guī)定送入一般規(guī)定送入CPUCPU的信號稱為輸入，從的信號稱為輸入，從CPUCPU發(fā)出發(fā)出的信號稱為輸出。如傳送的地址是輸出。的信號稱為輸出。如傳送的地址是輸出。一般總線電平都符合一般總線電平都符合TTLTTL電平的定義。電平的定義。

13、 4.4.過程特性過程特性( (時間特性時間特性) )定義每一根線上的信號與時間之間的關(guān)系。定義每一根線上的信號與時間之間的關(guān)系。 總線性能重要指標(biāo)：總線性能重要指標(biāo)：總線帶寬總線帶寬( (最高數(shù)據(jù)傳輸速率最高數(shù)據(jù)傳輸速率) )是指在單位時間是指在單位時間內(nèi)總線傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)或位數(shù)。單位為每秒內(nèi)總線傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)或位數(shù)。單位為每秒兆字節(jié)或每秒兆位兆字節(jié)或每秒兆位(MB/s(MB/s或或Mb/s)Mb/s)。 實際帶寬會受到總線長度、布局、連接的功實際帶寬會受到總線長度、布局、連接的功能部件數(shù)、驅(qū)動能部件數(shù)、驅(qū)動/ /接收器性能等因素的影響。接收器性能等因素的影響。它們將造成信號畸變、延時、

14、干擾等。它們將造成信號畸變、延時、干擾等。 例例8.1 8.1 某總線在一個總線周期內(nèi)傳送某總線在一個總線周期內(nèi)傳送6464位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率為位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率為200MHz200MHz，問總線，問總線的帶寬是多少？的帶寬是多少？ 解：設(shè)總線帶寬用解：設(shè)總線帶寬用DrDr表示，一個總線周期表示，一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用傳送的數(shù)據(jù)量用D D表示，總線時鐘頻率用表示，總線時鐘頻率用f f表示，總線時鐘周期用表示，總線時鐘周期用T T表示，則表示，則: :Dr=D/T=DDr=D/T=D* *f=64f=64* *200MHz200MHz =128Mb/s=1600MB/s=128Mb/s=

15、1600MB/s 2 2總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn) 總線標(biāo)準(zhǔn)為了方便不同廠家生產(chǎn)的功能部件靈活地總線標(biāo)準(zhǔn)為了方便不同廠家生產(chǎn)的功能部件靈活地構(gòu)成一個計算機(jī)系統(tǒng)而提出。構(gòu)成一個計算機(jī)系統(tǒng)而提出。 (1)(1)正式公布的標(biāo)準(zhǔn)。正式公布的標(biāo)準(zhǔn)。由由IEEE(IEEE(電氣電子工程師學(xué)會電氣電子工程師學(xué)會) )或或CCITT(CCITT(國際電報電話咨國際電報電話咨詢委員會詢委員會) )等國際組織正式確定和承認(rèn)，并有嚴(yán)格的定義。等國際組織正式確定和承認(rèn)，并有嚴(yán)格的定義。 (2)(2)實際的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。實際的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。首先由某一廠家提出，而又得到其它廠家廣泛使用，這首先由某一廠家提出，而又得到其它廠家廣泛使用，這種

16、標(biāo)準(zhǔn)還沒有經(jīng)過正式、嚴(yán)格的定義，也有可能經(jīng)過一種標(biāo)準(zhǔn)還沒有經(jīng)過正式、嚴(yán)格的定義，也有可能經(jīng)過一段時間后提交給有關(guān)組織討論而被確定為正式標(biāo)準(zhǔn)。段時間后提交給有關(guān)組織討論而被確定為正式標(biāo)準(zhǔn)。 計算機(jī)系統(tǒng)中總線分類：計算機(jī)系統(tǒng)中總線分類： 1.1.連接計算機(jī)內(nèi)各功能部件的總線連接計算機(jī)內(nèi)各功能部件的總線( (內(nèi)部總線內(nèi)部總線) )，如如CPUCPU、存儲器和、存儲器和I/OI/O接口的總線。接口的總線。PCPC機(jī)中的標(biāo)機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)總線如下表。準(zhǔn)總線如下表。類型帶寬位數(shù)ISA8MB/s16EISA33.3MB/s32VESA132MB/s32PCI100MHz64 2.系統(tǒng)之間或系統(tǒng)與外部設(shè)備之間連接的

17、總線(外部總線)，常用的有RS-232C、USB、1394和IEEE-488等總線。8.2.28.2.2總線連接方式總線連接方式 分為單總線和多總線結(jié)構(gòu)。分為單總線和多總線結(jié)構(gòu)。 1.1.單總線單總線單總線結(jié)構(gòu)是指所有功能部件連接到一條系單總線結(jié)構(gòu)是指所有功能部件連接到一條系統(tǒng)總線上。統(tǒng)總線上。 用于微機(jī)和小型機(jī)中。用于微機(jī)和小型機(jī)中。 在總線結(jié)構(gòu)中，信號送到總線上即加到總在總線結(jié)構(gòu)中，信號送到總線上即加到總線上連接的所有部件。線上連接的所有部件。CPUI/OnI/O2I/O1MSysteminterface 注意注意: :單總線結(jié)構(gòu)不允許兩個以上的功能部單總線結(jié)構(gòu)不允許兩個以上的功能部件同時

18、發(fā)送信息。使信息的吞吐量受到限制。件同時發(fā)送信息。使信息的吞吐量受到限制。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于擴(kuò)充。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于擴(kuò)充。 缺點：可能成為計算機(jī)信息傳送的瓶頸。缺點：可能成為計算機(jī)信息傳送的瓶頸。 如果將單總線上的各個部件更換成如果將單總線上的各個部件更換成CPUCPU，就，就擴(kuò)展成為多擴(kuò)展成為多CPUCPU系統(tǒng)。系統(tǒng)。2.2.雙總線雙總線 在在CPUCPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲總線，使儲總線，使CPUCPU與存儲器、主存與外設(shè)之間與存儲器、主存與外設(shè)之間快速地交換信息，從而形成存儲總線與系快速地交換信息，從而形成存儲總線與系統(tǒng)總線分開的雙總線

19、結(jié)構(gòu)。統(tǒng)總線分開的雙總線結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點優(yōu)點: :簡單、易于擴(kuò)充。簡單、易于擴(kuò)充。 缺點缺點: :增加了硬件。增加了硬件。CPUSystem bus interfaceNetSCSIModemMCacheprinterSystem busMemory bus3.3.三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu) 在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加I/OI/O總線。其中：總線。其中： 系統(tǒng)總線是系統(tǒng)總線是CPUCPU、主存和、主存和I/OI/O總線接口之間進(jìn)總線接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送公共通路，行數(shù)據(jù)傳送公共通路， I/OI/O總線是多個外設(shè)與總線是多個外設(shè)與I/OI/O總線接口之間進(jìn)行總線接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公

20、共通路。數(shù)據(jù)傳送的公共通路。CPUI/O bus interfaceNetSCSIModemMCacheprinterSystem busMemory busI/O busMouse8.38.3總線仲裁和協(xié)議總線仲裁和協(xié)議 當(dāng)多個功能部件同時提出使用總線時：當(dāng)多個功能部件同時提出使用總線時：誰可取得總線的使用權(quán)？誰可取得總線的使用權(quán)？怎樣確定它們的優(yōu)先次序？怎樣確定它們的優(yōu)先次序？當(dāng)一個功能部件取得總線使用權(quán)后，怎樣控當(dāng)一個功能部件取得總線使用權(quán)后，怎樣控制部件之間的通信？制部件之間的通信？通信完成后，總線的使用權(quán)怎樣釋放？通信完成后，總線的使用權(quán)怎樣釋放？ 通過總線傳輸需要解決總線通信控制問

21、通過總線傳輸需要解決總線通信控制問題：題：總線判優(yōu)或仲裁邏輯中斷邏輯總線判優(yōu)或仲裁邏輯中斷邏輯定時及傳送處理定時及傳送處理 總線判優(yōu)是確定總線申請者的優(yōu)先順序。總線判優(yōu)是確定總線申請者的優(yōu)先順序。 總線判優(yōu)控制按其仲裁控制機(jī)構(gòu)的設(shè)置分為：總線判優(yōu)控制按其仲裁控制機(jī)構(gòu)的設(shè)置分為： 集中式控制分布式控制集中式控制分布式控制集中式控制指總線控制邏輯基本上集中于一個集中式控制指總線控制邏輯基本上集中于一個設(shè)備或部件。設(shè)備或部件。分布總線控制指總線控制邏輯分散在連接總線分布總線控制指總線控制邏輯分散在連接總線的各個部件或設(shè)備中。的各個部件或設(shè)備中。 兩種控制方式分為：兩種控制方式分為： 串行鏈接控制串行

22、鏈接控制 定時查詢定時查詢 獨立請求獨立請求 以集中式控制方式為例進(jìn)行介紹。以集中式控制方式為例進(jìn)行介紹。1.1.串行鏈接控制串行鏈接控制 總線控制器使用總線控制器使用“總線請求總線請求”、“總線忙總線忙”、“總總線可用線可用”三根控制線與所有部件相連。與總線相連三根控制線與所有部件相連。與總線相連的所有部件經(jīng)公共的的所有部件經(jīng)公共的“總線請求總線請求”線發(fā)出申請。線發(fā)出申請。只有在只有在“總線可用總線可用”信號未建立時，信號未建立時，“總線請求總線請求”才能被才能被總線控制器響應(yīng)，并送出總線控制器響應(yīng)，并送出“總線可用總線可用”回答信號，并串行回答信號，并串行地通過每個部件。地通過每個部件。

23、如果某個部件接收到如果某個部件接收到“總線可用總線可用”信號，但沒有信號，但沒有“總線請總線請求求”，則將該信號傳給下一個部件；否則停止，則將該信號傳給下一個部件；否則停止“總線可用總線可用”信號傳送，該部件建立信號傳送，該部件建立“總線忙總線忙”信號，去除信號，去除“總線請總線請求求”，之后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。，之后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 “總線忙總線忙”信號維持信號維持“總線可用總線可用”信號。信號?！翱偩€忙總線忙”在數(shù)在數(shù)據(jù)傳送完成后撤消，據(jù)傳送完成后撤消，“總線可用總線可用”信號也隨之去除。信號也隨之去除。 如下圖。如下圖。串行鏈接判優(yōu)線路串行鏈接判優(yōu)線路 優(yōu)先次序是由優(yōu)先次序是由“總線可用

24、總線可用”線所連接部件的位置線所連接部件的位置決定的，離總線控制器越近的部件其優(yōu)先權(quán)越高，決定的，離總線控制器越近的部件其優(yōu)先權(quán)越高，離總線控制器越遠(yuǎn)的部件其優(yōu)先權(quán)越低。離總線控制器越遠(yuǎn)的部件其優(yōu)先權(quán)越低。部件0總線控制器部件1部件n總線請求總線忙總線可用 優(yōu)點：優(yōu)點：用用3 3根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線仲裁，且很容易擴(kuò)充設(shè)備。線仲裁，且很容易擴(kuò)充設(shè)備。 缺點：缺點：對總線可用信號的電路故障非常敏感，如果對總線可用信號的電路故障非常敏感，如果第第i i個設(shè)備的接口電路有故障，那么第個設(shè)備的接口電路有故障，那么第i i個以后個以后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作。的設(shè)備都不能

25、進(jìn)行工作。優(yōu)先級是固定的，如果優(yōu)先級高的設(shè)備頻繁優(yōu)先級是固定的，如果優(yōu)先級高的設(shè)備頻繁發(fā)出總線請求，那么優(yōu)先級較低的設(shè)備可能長發(fā)出總線請求，那么優(yōu)先級較低的設(shè)備可能長期不能使用總線。期不能使用總線。2.2.定時查詢控制定時查詢控制 定時查詢控制方式是指定時查詢各部件是否定時查詢控制方式是指定時查詢各部件是否需要使用總線。需要使用總線。 一般通過設(shè)置計數(shù)器來實現(xiàn)。一般通過設(shè)置計數(shù)器來實現(xiàn)。 若采用總線控制器設(shè)置統(tǒng)一的計數(shù)方式，則若采用總線控制器設(shè)置統(tǒng)一的計數(shù)方式，則稱為統(tǒng)一計數(shù)方式。稱為統(tǒng)一計數(shù)方式。部件0總線控制器部件1部件n定時查詢計數(shù)器總線忙總線請求圖統(tǒng)一計數(shù)方式比較器部件地址計數(shù)器值總線

26、忙 工作過程：工作過程：當(dāng)控制器接到某部件發(fā)來的當(dāng)控制器接到某部件發(fā)來的“總線請求總線請求”信號時，信號時，計數(shù)器開始計數(shù)。當(dāng)計數(shù)值與發(fā)出請求信號部件計數(shù)器開始計數(shù)。當(dāng)計數(shù)值與發(fā)出請求信號部件的地址一致時，說明已經(jīng)查詢到優(yōu)先級高的請求的地址一致時，說明已經(jīng)查詢到優(yōu)先級高的請求部件。于是該部件建立部件。于是該部件建立“總線忙總線忙”，并停止查詢。，并停止查詢。該部件占用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，傳送完畢后，撤該部件占用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，傳送完畢后，撤消消“總線忙總線忙”信號。信號。 若計數(shù)器不是集中設(shè)置，而是每一個部件設(shè)若計數(shù)器不是集中設(shè)置，而是每一個部件設(shè)置一個，則是局部計數(shù)方式。置一個，則是局部計數(shù)

27、方式。總線控制器只是一個時鐘產(chǎn)生器，給各部件的總線控制器只是一個時鐘產(chǎn)生器，給各部件的計數(shù)器提供計數(shù)脈沖。計數(shù)器提供計數(shù)脈沖。當(dāng)計數(shù)值達(dá)到發(fā)出當(dāng)計數(shù)值達(dá)到發(fā)出“總線請求總線請求”的部件時，該的部件時，該部件建立部件建立“忙忙”信號，并以它禁止時鐘脈沖的發(fā)信號，并以它禁止時鐘脈沖的發(fā)出。于是該部件成為主設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，傳出。于是該部件成為主設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，傳送完成后，撤消送完成后，撤消“忙忙”信號，計數(shù)脈沖又可以繼信號，計數(shù)脈沖又可以繼續(xù)發(fā)出。續(xù)發(fā)出。 定時查詢控制方式優(yōu)先級的確定可由程序定時查詢控制方式優(yōu)先級的確定可由程序確定，如從確定，如從0 0或中止點開始等。這種靈活或中止點開始等

28、。這種靈活性是以增加連線數(shù)目為代價的。性是以增加連線數(shù)目為代價的。部件0總線控制器部件1部件n時鐘總線忙圖局部計數(shù)方式3.3.獨立請求控制獨立請求控制 獨立請求控制是指連接在總線上的各個獨立請求控制是指連接在總線上的各個部件均有獨立的部件均有獨立的“總線請求總線請求”和和“總線總線可用可用”信號線。信號線。部件0總線控制器部件1部件n總線請求0總線忙總線可用0總線請求1總線可用1圖獨立請求控制 工作過程：工作過程：當(dāng)某部件發(fā)當(dāng)某部件發(fā)“總線請求總線請求”到總線控制器，請求使到總線控制器，請求使用總線。用總線?？刂破魅缯J(rèn)為可使用總線，則發(fā)出控制器如認(rèn)為可使用總線，則發(fā)出“總線可用總線可用”到該部

29、件，并撤消到該部件，并撤消“總線請求總線請求”，同時建立，同時建立“總總線忙線忙”信號。信號。該部件通過總線傳送數(shù)據(jù)完畢，撤消該部件通過總線傳送數(shù)據(jù)完畢，撤消“總線忙總線忙”，去除去除“總線可用總線可用”，并確定下一個可使用總線的，并確定下一個可使用總線的部件。部件。 優(yōu)點：優(yōu)先次序可靈活選定，可采用循環(huán)、優(yōu)點：優(yōu)先次序可靈活選定，可采用循環(huán)、程序控制、自適應(yīng)、混合等方式。程序控制、自適應(yīng)、混合等方式。 缺點：仲裁機(jī)構(gòu)復(fù)雜。缺點：仲裁機(jī)構(gòu)復(fù)雜。8.3.2 8.3.2 總線協(xié)議總線協(xié)議 總線一次信息傳送階段分為：總線一次信息傳送階段分為：總線請求，總線仲裁，尋址總線請求，總線仲裁，尋址( (目的

30、地目的地址址) )，信息傳送，狀態(tài)返回。，信息傳送，狀態(tài)返回。 協(xié)議或規(guī)程指為了使數(shù)據(jù)通信能圓滿地進(jìn)協(xié)議或規(guī)程指為了使數(shù)據(jù)通信能圓滿地進(jìn)行，要對通信雙方如何交換信息建立一些行，要對通信雙方如何交換信息建立一些規(guī)定和過程。規(guī)定和過程。 信息傳送方式分為：信息傳送方式分為： 同步通信同步通信 異步通信異步通信1.1.同步通信同步通信 在同步通信方式下，通信雙方由統(tǒng)一的時在同步通信方式下，通信雙方由統(tǒng)一的時鐘控制數(shù)據(jù)傳送，該時鐘通常是由鐘控制數(shù)據(jù)傳送，該時鐘通常是由CPUCPU發(fā)發(fā)出的，并傳送到總線上的所有部件，如下出的，并傳送到總線上的所有部件，如下圖。圖。 經(jīng)過一段時間，本次總線傳送周期結(jié)束，經(jīng)

31、過一段時間，本次總線傳送周期結(jié)束，開始下一個新的總線傳送周期。開始下一個新的總線傳送周期。圖 同步通信 由于采用了公共時鐘，各個功能部件何時發(fā)由于采用了公共時鐘，各個功能部件何時發(fā)送或接收信息都由統(tǒng)一時鐘規(guī)定，因此同步送或接收信息都由統(tǒng)一時鐘規(guī)定，因此同步通信具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率。通信具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率。 同步通信適用于總線長度較短、各功能部件同步通信適用于總線長度較短、各功能部件操作時間差不多的情況。操作時間差不多的情況。 設(shè)計時鐘必須按部件最慢的操作來設(shè)計公共設(shè)計時鐘必須按部件最慢的操作來設(shè)計公共時鐘。當(dāng)操作時間相差很大時，會降低總線時鐘。當(dāng)操作時間相差很大時，會降低總線的效率。的效率。

32、2.2.異步通信異步通信 異步通信方式的主要特征是沒有統(tǒng)一的時間異步通信方式的主要特征是沒有統(tǒng)一的時間周期劃分，而采取應(yīng)答方式實現(xiàn)總線的傳送周期劃分，而采取應(yīng)答方式實現(xiàn)總線的傳送操作，所需時間視需要而定。操作，所需時間視需要而定。 異步通信方式是指利用數(shù)據(jù)發(fā)送部件和接收異步通信方式是指利用數(shù)據(jù)發(fā)送部件和接收部件之間的相互部件之間的相互“握手握手”信號信號( (非統(tǒng)一時鐘非統(tǒng)一時鐘) )來實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)傳送的方式。來實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)傳送的方式。 異步通信分為：異步通信分為： 單向控制方式單向控制方式 雙向控制方式雙向控制方式 雙向控制分為：雙向控制分為： 非互鎖非互鎖 半互鎖半互鎖 全互鎖全互鎖 在和

33、外設(shè)通信時經(jīng)常采用雙向異步互鎖通信。在和外設(shè)通信時經(jīng)常采用雙向異步互鎖通信。圖異步通信方式圖異步通信方式 如圖如圖(a)(a)，部件，部件1 1發(fā)出請求信號，經(jīng)過一定時發(fā)出請求信號，經(jīng)過一定時間后，自動降下請求信號。部件間后，自動降下請求信號。部件2 2收到請求收到請求后，在條件允許時發(fā)出回答信號，經(jīng)過一定后，在條件允許時發(fā)出回答信號，經(jīng)過一定時間后，自動降下回答信號。在這種應(yīng)答方時間后，自動降下回答信號。在這種應(yīng)答方式中，回答信號是因請求信號而引發(fā)的，用式中，回答信號是因請求信號而引發(fā)的，用箭頭表示這種引發(fā)關(guān)系。但這兩個信號的結(jié)箭頭表示這種引發(fā)關(guān)系。但這兩個信號的結(jié)束都是由部件自身定時決定的

34、，不存在互鎖束都是由部件自身定時決定的，不存在互鎖關(guān)系，因而稱為非互鎖方式。關(guān)系，因而稱為非互鎖方式。 如圖如圖(b)(b)，部件，部件1 1在接到部件在接到部件2 2的回答信號后，的回答信號后，便撤消請求信號。而部件便撤消請求信號。而部件2 2的回答信號撤消的回答信號撤消仍由自己的定時決定，不采用互鎖。因此，仍由自己的定時決定，不采用互鎖。因此，這種方式稱為半互鎖方式這種方式稱為半互鎖方式 如圖如圖(c)(c)，部件，部件1 1在接到部件在接到部件2 2的回答信號后，的回答信號后，撤消其請求信號。而部件撤消其請求信號。而部件2 2在檢測到請求信在檢測到請求信號撤消后，便撤消其回答信號。因此，

35、這種號撤消后，便撤消其回答信號。因此，這種方式稱為全互鎖方式。方式稱為全互鎖方式。 雙向異步互鎖通信是指發(fā)送部件將數(shù)據(jù)放雙向異步互鎖通信是指發(fā)送部件將數(shù)據(jù)放到總線上后，經(jīng)過一定的時間延遲后，要到總線上后，經(jīng)過一定的時間延遲后，要在控制線上發(fā)出在控制線上發(fā)出“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”請求信號。請求信號。而接收部件則應(yīng)發(fā)而接收部件則應(yīng)發(fā)“數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收”回答信號回答信號到源部件，并接收數(shù)據(jù)。發(fā)送部件收到這到源部件，并接收數(shù)據(jù)。發(fā)送部件收到這個回答信號后，去除原數(shù)據(jù)，至此結(jié)束本個回答信號后，去除原數(shù)據(jù)，至此結(jié)束本次操作。次操作。 以某機(jī)總線為例，說明異步全互鎖方式下主以某機(jī)總線為例，說明異步全互鎖方

36、式下主設(shè)備訪問從設(shè)備的過程，如下圖。因為它取設(shè)備訪問從設(shè)備的過程，如下圖。因為它取消了公共時鐘，時鐘線被二條通信聯(lián)絡(luò)線代消了公共時鐘，時鐘線被二條通信聯(lián)絡(luò)線代替，一條稱為替，一條稱為“ReadyReady”( (準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好) )，另一條稱，另一條稱為為“AcceptAccept”( (接收接收) )。圖異步通信總線信號圖異步通信總線信號 寫操作過程：寫操作過程：主設(shè)備首先把地址、數(shù)據(jù)放到總線上，在允許主設(shè)備首先把地址、數(shù)據(jù)放到總線上，在允許的滯后、譯碼及建立時間的延遲之后，主設(shè)備向的滯后、譯碼及建立時間的延遲之后，主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送從設(shè)備發(fā)送ReadyReady信號，表示數(shù)據(jù)可以被從設(shè)備信號

37、，表示數(shù)據(jù)可以被從設(shè)備接收。接收。從設(shè)備接收到這個從設(shè)備接收到這個ReadyReady后，開始進(jìn)行寫操作，后，開始進(jìn)行寫操作，把數(shù)據(jù)鎖存于一個受控緩沖寄存器中，然后從設(shè)把數(shù)據(jù)鎖存于一個受控緩沖寄存器中，然后從設(shè)備向主設(shè)備回送備向主設(shè)備回送AcceptAccept信號表示從設(shè)備已經(jīng)收到信號表示從設(shè)備已經(jīng)收到了數(shù)據(jù)，主設(shè)備收到了數(shù)據(jù)，主設(shè)備收到AcceptAccept信號之后撤消信號之后撤消ReadyReady信號，接著從設(shè)備也撤消信號，接著從設(shè)備也撤消AcceptAccept信號，表示一次信號，表示一次數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。 讀操作過程：讀操作過程：主設(shè)備首先把地址放到總線上，在選中從設(shè)備

38、之后，主主設(shè)備首先把地址放到總線上，在選中從設(shè)備之后，主設(shè)備發(fā)送設(shè)備發(fā)送ReadyReady信號，啟動從設(shè)備操作，在從設(shè)備把所要信號，啟動從設(shè)備操作，在從設(shè)備把所要求數(shù)據(jù)放到總線上之后，從設(shè)備向主設(shè)備回送求數(shù)據(jù)放到總線上之后，從設(shè)備向主設(shè)備回送AcceptAccept信信號，表示從設(shè)備讀操作完成。號，表示從設(shè)備讀操作完成。主設(shè)備收到主設(shè)備收到AcceptAccept信號后，立即把總線上的數(shù)據(jù)裝入它信號后，立即把總線上的數(shù)據(jù)裝入它的緩沖器，在這期間的緩沖器，在這期間AcceptAccept信號必須保持高電平，數(shù)據(jù)信號必須保持高電平，數(shù)據(jù)信號必須保持穩(wěn)定，當(dāng)主設(shè)備完成數(shù)據(jù)的接收，就撤消信號必須保持

39、穩(wěn)定，當(dāng)主設(shè)備完成數(shù)據(jù)的接收，就撤消ReadyReady信號，接著從設(shè)備也撤消信號，接著從設(shè)備也撤消AcceptAccept信號，于是整個數(shù)信號，于是整個數(shù)據(jù)傳送完成。據(jù)傳送完成。 異步通信方式優(yōu)點：總線周期長度可變，便異步通信方式優(yōu)點：總線周期長度可變，便于實現(xiàn)不同速度部件之間的數(shù)據(jù)傳送。于實現(xiàn)不同速度部件之間的數(shù)據(jù)傳送。 缺點：會增加總線的復(fù)雜性和成本。缺點：會增加總線的復(fù)雜性和成本?？偩€負(fù)載能力和出錯處理總線負(fù)載能力和出錯處理 總線上可連接多個部件，具有擴(kuò)充靈活的優(yōu)總線上可連接多個部件，具有擴(kuò)充靈活的優(yōu)點，但總線驅(qū)動能力總是有限的，因此在擴(kuò)點，但總線驅(qū)動能力總是有限的，因此在擴(kuò)充時要加以

40、注意。通常一個功能部件或一個充時要加以注意。通常一個功能部件或一個部件限制在部件限制在1 12 2個負(fù)載以內(nèi)。個負(fù)載以內(nèi)。 在總線的傳輸線上至少連接兩個源部件，而在總線的傳輸線上至少連接兩個源部件，而對集成電路來講，不是任意兩個集成電路的對集成電路來講，不是任意兩個集成電路的輸出端可以短接在一起的，使用不當(dāng)，會損輸出端可以短接在一起的，使用不當(dāng)，會損壞器件。壞器件。 通常采用三態(tài)輸出電路或集電極開路輸出通常采用三態(tài)輸出電路或集電極開路輸出電路來驅(qū)動總線。后者速度較低，通常使電路來驅(qū)動總線。后者速度較低，通常使用在用在I/OI/O總線上?？偩€上。 數(shù)據(jù)傳送過程中也可能產(chǎn)生錯誤，有些接數(shù)據(jù)傳送過程

41、中也可能產(chǎn)生錯誤，有些接收部件有自動糾錯能力；而有些部件無自收部件有自動糾錯能力；而有些部件無自動糾錯能力但能發(fā)現(xiàn)錯誤。若發(fā)現(xiàn)傳送錯動糾錯能力但能發(fā)現(xiàn)錯誤。若發(fā)現(xiàn)傳送錯誤，則向誤，則向CPUCPU發(fā)出發(fā)出“數(shù)據(jù)出錯數(shù)據(jù)出錯”中斷請求信中斷請求信號，號，CPUCPU響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)入出錯處理程序。響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)入出錯處理程序。8.4 PCI8.4 PCI總線總線 最早提出的最早提出的PCIPCI總線工作在總線工作在33MHz33MHz頻率之下，頻率之下，傳輸帶寬達(dá)到了傳輸帶寬達(dá)到了133MB/s133MB/s（33MHz33MHz* *32bit/832bit/8），基本上滿足了當(dāng)時處），基本上滿

42、足了當(dāng)時處理器的發(fā)展需要。隨著對更高性能的要求，理器的發(fā)展需要。隨著對更高性能的要求，19931993年提出了年提出了64-bit64-bit的的PCIPCI總線，后來又提總線，后來又提出把出把PCI PCI 總線的頻率提升到總線的頻率提升到66MHz66MHz。 8.4.1 PCI8.4.1 PCI總線的特點總線的特點 1 1 PCIPCI總線的特點總線的特點 數(shù)據(jù)傳輸率高數(shù)據(jù)傳輸率高PCIPCI的數(shù)據(jù)總線寬度為的數(shù)據(jù)總線寬度為3232位，可擴(kuò)充到位，可擴(kuò)充到6464位。位。它以它以33 MHz33 MHz的時鐘頻率操作。因此，若采用的時鐘頻率操作。因此，若采用6464位寬度，則最高傳輸速率

43、可達(dá)位寬度，則最高傳輸速率可達(dá)264 MB264 MBs s。 支持猝發(fā)傳輸支持猝發(fā)傳輸(Burst Transmission)(Burst Transmission)猝發(fā)數(shù)據(jù)傳輸是指一個傳輸周期內(nèi)在一個地址猝發(fā)數(shù)據(jù)傳輸是指一個傳輸周期內(nèi)在一個地址后可跟若干個數(shù)據(jù)。這意味著傳輸從某一個地后可跟若干個數(shù)據(jù)。這意味著傳輸從某一個地址開始后，可以連續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，而每次址開始后，可以連續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，而每次的操作，地址是自動加的操作，地址是自動加1 1的。這樣加快了傳輸?shù)摹＿@樣加快了傳輸速度。速度。 支持多主控器支持多主控器在同一條在同一條PCIPCI總線上可以有多個總線主控器總線上可以有多個總

44、線主控器( (主主設(shè)備設(shè)備) )，各個主控器通過總線仲裁競爭總線控制，各個主控器通過總線仲裁競爭總線控制權(quán)。權(quán)。PCIPCI總線專門設(shè)有總線占用請求和總線占用允許總線專門設(shè)有總線占用請求和總線占用允許信號，各個主控器占用總線是合法的，而不必信號，各個主控器占用總線是合法的，而不必再是再是“盜用盜用”。 減少存取延遲減少存取延遲PCIPCI總線能夠大幅度減少外圍設(shè)備取得總線控制總線能夠大幅度減少外圍設(shè)備取得總線控制權(quán)所需的時間，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩?。例如?quán)所需的時間，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩?。例如以太網(wǎng)控制器，如果等待總線使用權(quán)的時間過以太網(wǎng)控制器，如果等待總線使用權(quán)的時間過長，會使網(wǎng)卡無法及時在緩

45、沖區(qū)溢出之前迅速長，會使網(wǎng)卡無法及時在緩沖區(qū)溢出之前迅速將數(shù)據(jù)送給將數(shù)據(jù)送給CPUCPU，而被迫將接收的信息作額外的，而被迫將接收的信息作額外的處理。處理。 獨立于處理器獨立于處理器PCIPCI總線以一種獨特的、獨立于處理器的中間總線以一種獨特的、獨立于處理器的中間緩沖器方式，將中央處理器子系統(tǒng)與外圍設(shè)備緩沖器方式，將中央處理器子系統(tǒng)與外圍設(shè)備分開。有了這種緩沖器的設(shè)計，用戶可隨意增分開。有了這種緩沖器的設(shè)計，用戶可隨意增添外圍設(shè)備，系統(tǒng)的性能也不會下降。這種總添外圍設(shè)備，系統(tǒng)的性能也不會下降。這種總線結(jié)構(gòu)還可保證外圍設(shè)備互連系統(tǒng)的設(shè)計不會線結(jié)構(gòu)還可保證外圍設(shè)備互連系統(tǒng)的設(shè)計不會因處理器技術(shù)的

46、變化而變化。因處理器技術(shù)的變化而變化。 支持即插即用支持即插即用(Plug and Play)(Plug and Play)所謂即插即用是指在新的接口卡插入總線插槽所謂即插即用是指在新的接口卡插入總線插槽時，系統(tǒng)能自動識別并裝入相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程時，系統(tǒng)能自動識別并裝入相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，因而立即可以使用。序，因而立即可以使用。 數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)完整性PCIPCI總線提供了數(shù)據(jù)和地址的奇偶校驗功能，總線提供了數(shù)據(jù)和地址的奇偶校驗功能，保證了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。保證了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。 低成本、高可靠性低成本、高可靠性PCIPCI總線插槽短，總線物理引腳窄且間距小，總線插槽短，總線物理引腳窄且

47、間距小，支持總線標(biāo)準(zhǔn)的支持總線標(biāo)準(zhǔn)的PCIPCI芯片均為超大規(guī)模集成電芯片均為超大規(guī)模集成電路，體積小，可靠性高；路，體積小，可靠性高；PCIPCI總線采用地址總線采用地址數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)，減少了引腳數(shù)量。這些使得數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)，減少了引腳數(shù)量。這些使得PCIPCI接口卡的小型化成為可能，從而降低了成接口卡的小型化成為可能，從而降低了成本，提高了可靠性。本，提高了可靠性。2 2PCIPCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在一個系統(tǒng)中，在一個系統(tǒng)中，PCIPCI總線還能和其他總線總線還能和其他總線( (如如ISAISA、EISAEISA等總線等總線) )共存，從而使系統(tǒng)中共存，從而使系統(tǒng)中既能接入高速外

48、圍設(shè)備，也能接入低速外既能接入高速外圍設(shè)備，也能接入低速外圍設(shè)備。下圖為采用圍設(shè)備。下圖為采用PCIPCI總線的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)總線的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。構(gòu)示意圖。處理器/CacheHOST橋處理器/CacheDRAMHOST總線主存控制器PCI設(shè)備PCI設(shè)備主設(shè)備目標(biāo)設(shè)備RAM目標(biāo)設(shè)備I/OPCI/LAGACY橋PCI/PCI橋PCI設(shè)備PCI總線PCI總線LAGACY總線(ISA,EISA,)PCI設(shè)備PCI設(shè)備LAGACY設(shè)備LAGACY設(shè)備 8.4.2 PCI8.4.2 PCI總線信號定義總線信號定義 PCIPCI接口信號通常分為必備的和可選的。接口信號通常分為必備的和可選的。 如果只作為從

49、設(shè)備，則至少需要如果只作為從設(shè)備，則至少需要4747根信號根信號線；若作為主設(shè)備，則需要線；若作為主設(shè)備，則需要4949根信號線。根信號線。 PCIPCI總線規(guī)范中接口信號如總線規(guī)范中接口信號如下下圖圖。信號名稱后面有信號名稱后面有“#”“#”號表示低電平有效，否號表示低電平有效，否則表示高電平有效則表示高電平有效。對于有兩種意義的信號對于有兩種意義的信號( (如如C/BE4C/BE40#)0#)，低，低電平時表示有電平時表示有“#”“#”號的信號起作用，高電平號的信號起作用，高電平時表示沒有時表示沒有“#”“#”號的信號起作用。號的信號起作用。 利用這些信號線可以處理數(shù)據(jù)、地址，實利用這些信

50、號線可以處理數(shù)據(jù)、地址，實現(xiàn)接口控制、仲裁及系統(tǒng)功能?，F(xiàn)接口控制、仲裁及系統(tǒng)功能。 具體信號的意義見教材。具體信號的意義見教材。PCI總線設(shè)備AD310C/BE40#PAR地址/數(shù)據(jù)線FRAME#IRDY#TRDY#STOP#DEVSEL#IDSEL#接口控制信號PERR#SERR#錯誤報告信號REQ#GNT#仲裁信號僅 主 設(shè) 備用CLKRST#系統(tǒng)信號AD6362C/BE74#PAR64REQ64ACK64LOCK#64位總線擴(kuò)展信號接口控制信號INTA#INTB#INTC#INTD#中斷信號SBO#SDONE#CACHE支持信號TDITDOTCKTMSTRST#邊界掃描信號8.4.3 P

51、CI8.4.3 PCI總線周期類型和操作總線周期類型和操作 1 1 PCIPCI總線周期類型總線周期類型PCIPCI總線周期由當(dāng)前被授權(quán)的主設(shè)備發(fā)起?？偩€周期由當(dāng)前被授權(quán)的主設(shè)備發(fā)起。PCIPCI支持點到點的對等訪問，也支持某些主設(shè)備的支持點到點的對等訪問，也支持某些主設(shè)備的廣播讀寫。廣播讀寫。 PCIPCI總線周期類型由主設(shè)備在總線周期類型由主設(shè)備在C/BE#C/BE# 3030線線上送出的上送出的4 4位總線命令代碼指明，被目標(biāo)設(shè)位總線命令代碼指明，被目標(biāo)設(shè)備譯碼確認(rèn)，然后主從雙方協(xié)調(diào)配合完成備譯碼確認(rèn)，然后主從雙方協(xié)調(diào)配合完成指定的總線周期操作。指定的總線周期操作。4 4位代碼組合可指定

52、位代碼組合可指定1616種總線命令，但實際給出種總線命令，但實際給出1212種。種。PCIPCI總線總線周期類型如周期類型如下下表。表。C/BE#3210命令類型C/BE#3210命令類型00000001001000110100010101100111中斷確認(rèn)周期特殊周期I/O讀周期I/O寫周期保留保留存儲器讀周期存儲器寫周期10001001101010111100110111101111保留保留配置讀周期配置寫周期存儲器多重讀周期雙地址周期存儲器讀行周期存儲器寫和使無效周期 存儲器讀存儲器讀/ /寫總線周期是以猝發(fā)式傳送為基寫總線周期是以猝發(fā)式傳送為基本機(jī)制，一次猝發(fā)式傳送總線周期通常由本機(jī)

53、制，一次猝發(fā)式傳送總線周期通常由一個地址周期和一個或幾個數(shù)據(jù)周期組成。一個地址周期和一個或幾個數(shù)據(jù)周期組成。 存儲器讀存儲器讀/ /寫周期的解釋，取決于寫周期的解釋，取決于PCIPCI總線總線上的存儲器控制器是否支持存儲器上的存儲器控制器是否支持存儲器/cache/cache之間的之間的PCIPCI傳輸協(xié)議。如果支持，則存儲器傳輸協(xié)議。如果支持，則存儲器讀讀/ /寫一般是通過寫一般是通過cachecache來進(jìn)行；否則，是來進(jìn)行；否則，是以數(shù)據(jù)塊非緩存方式來傳輸。以數(shù)據(jù)塊非緩存方式來傳輸。讀命令類型對于有cache能力的存儲器對于無cache能力的存儲器存儲器讀存儲器讀行存儲器多重讀猝發(fā)式讀取

54、cache行的一半或更少猝發(fā)長度為0.53個cache行猝發(fā)長度大于3個cache行猝發(fā)式讀取1-2個存儲字猝發(fā)長度為3-12存儲字猝發(fā)長度大于12個存儲字 特殊周期是用于主設(shè)備將其信息(如狀態(tài)信息)廣播到多個目標(biāo)方。 配置讀/寫周期是PCI具有自動配置能力的體現(xiàn)。PCI有三個相互獨立的物理地址空間，即存儲器、I/O、配置空間。 雙地址周期用于主方指示它正在使用64位地址。 特殊周期是用于主設(shè)備將其信息特殊周期是用于主設(shè)備將其信息( (如狀態(tài)信如狀態(tài)信息息) )廣播到多個目標(biāo)方。廣播到多個目標(biāo)方。 配置讀配置讀/ /寫周期是寫周期是PCIPCI具有自動配置能力的具有自動配置能力的體現(xiàn)。體現(xiàn)。P

55、CIPCI有三個相互獨立的物理地址空間，有三個相互獨立的物理地址空間，即存儲器、即存儲器、I/OI/O、配置空間。、配置空間。 雙地址周期用于主方指示它正在使用雙地址周期用于主方指示它正在使用6464位位地址。地址。2 2PCIPCI總線上的操作總線上的操作 對于對于PCIPCI總線的傳輸，可總結(jié)出以下幾條規(guī)總線的傳輸，可總結(jié)出以下幾條規(guī)則：則： FRAME#FRAME#和和IRDY#IRDY#決定總線的忙閑狀態(tài)。當(dāng)決定總線的忙閑狀態(tài)。當(dāng)其中一個有效時，表示總線忙；兩個都無效時，其中一個有效時，表示總線忙；兩個都無效時，總線進(jìn)入空閑狀態(tài)。總線進(jìn)入空閑狀態(tài)。一旦一旦FRAME#FRAME#被置為無效，在同一傳輸期間不被置為無效，在同一傳輸期間不能重新置為有效。能重新置為有效。除非設(shè)置除非設(shè)置IRDY#IRDY#，一般情況下不能設(shè)置，一般情況下不能設(shè)置FRAME#FRAME#無效無效( (在在FRAME#FRAME#無效后的第一個時鐘沿?zé)o效后的第一個時鐘沿IRDY#IRDY#必須保持有效必須保持有效) )。一旦主設(shè)備已使一旦主設(shè)備已使IRDY#IRDY#有效，在當(dāng)前數(shù)據(jù)傳有效，在當(dāng)前數(shù)據(jù)傳