華東師范大學(xué)-計(jì)算機(jī)組成原理8

§8總線(zǒnɡxiàn)系統(tǒng)精品資料§8總線(zǒnɡxiàn)系統(tǒng)8.1總線的概念(gàiniàn)和結(jié)構(gòu)形態(tài)8.2總線接口8.3總線的仲裁、定時(shí)和數(shù)據(jù)傳送模式8.4PCI總線精品資料§8總線(zǒnɡxiàn)系統(tǒng)8.1總線(zǒnɡxiàn)的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)精品資料8.1總線(zǒnɡxiàn)的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)一、總線的基本概念總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互連機(jī)構(gòu)，是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行(jìnxíng)數(shù)據(jù)傳送的公共通路包括：控制線路——遵循總線協(xié)議，傳輸請(qǐng)求和確認(rèn)信號(hào)，并指出數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)線路——在源和目的間傳遞數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)、地址和復(fù)雜指令精品資料一、總線(zǒnɡxiàn)的基本概念1.總線的特性·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·功能特性：描述總線中每一根(yīɡēn)線的功能·電氣特性：定義每一根(yīɡēn)線上信號(hào)的傳遞方向以及有效電平范圍·時(shí)間特性：定義了各信號(hào)的時(shí)序關(guān)系精品資料一、總線(zǒnɡxiàn)的基本概念2.總線(zǒnɡxiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化為了使各廠家生產(chǎn)的相同功能部件可以互換使用，必須制訂統(tǒng)一的系統(tǒng)總線(zǒnɡxiàn)的標(biāo)準(zhǔn)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用的典型系統(tǒng)總線(zǒnɡxiàn)標(biāo)準(zhǔn)ISA總線(zǒnɡxiàn)（16位，帶寬8MB/s）EISA總線(zǒnɡxiàn)（32位，帶寬33.3MB/s）PCI總線(zǒnɡxiàn)（64位，帶寬100MB/s）精品資料2.總線(zǒnɡxiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化·總線帶寬·總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率·是衡量總線性能的重要指標(biāo)(zhǐbiāo)·單位兆字節(jié)每秒(MB/s)·帶寬受到總線布線長(zhǎng)度、總線驅(qū)動(dòng)器/接收器性能、連接在總線上的模塊數(shù)等諸多因素的影響精品資料·總線(zǒnɡxiàn)帶寬例1）(1)某總線(zǒnɡxiàn)在一個(gè)總線(zǒnɡxiàn)周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線(zǒnɡxiàn)周期等于一個(gè)總線(zǒnɡxiàn)時(shí)鐘周期，總線(zǒnɡxiàn)時(shí)鐘頻率為33MHz，則總線(zǒnɡxiàn)帶寬是多少?(2)如果一個(gè)總線(zǒnɡxiàn)周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線(zǒnɡxiàn)時(shí)鐘頻率升為66MHz，則總線(zǒnɡxiàn)帶寬是多少?精品資料·總線(zǒnɡxiàn)帶寬解：設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時(shí)鐘周期(zhōuqī)用T=1/f表示，一個(gè)總線周期(zhōuqī)傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，根據(jù)定義可得：Dr=D/T=D×1/T=D×f=4B×33×1000000/s=132MB/s(2)64位=8B，Dr=D×f=8B×66×1000000/s=528MB/s精品資料8.1總線的概念和結(jié)構(gòu)(jiégòu)形態(tài)二、總線的連接方式總線可分為：處理器-內(nèi)存總線——長(zhǎng)度短，速度快I/O總線——擴(kuò)展外設(shè)，往往采用標(biāo)準(zhǔn)總線例：USB、RS-232、1394、ATA等特殊(tèshū)功能總線——例：圖形總線精品資料二、總線的連接(liánjiē)方式單總線結(jié)構(gòu)使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接(liánjiē)CPU、主存和I/O設(shè)備CPU主存設(shè)備適配器設(shè)備適配器系統(tǒng)總線……精品資料二、總線的連接(liánjiē)方式·特點(diǎn)：·各部件分時(shí)使用總線交換信息·要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運(yùn)行，以便需要使用總線時(shí)能迅速獲得總線控制權(quán)；而當(dāng)不再使用總線時(shí)，能迅速放棄(fàngqì)總線控制權(quán)·優(yōu)點(diǎn)：易于擴(kuò)充·缺點(diǎn)：總線由多設(shè)備共用，可能導(dǎo)致較大的時(shí)間延遲精品資料二、總線(zǒnɡxiàn)的連接方式多總線結(jié)構(gòu)CPU主存IOP（通道）背板總線處理器-內(nèi)存總線I/O適配器I/O適配器……I/O總線通道實(shí)際上是一臺(tái)具有特殊(tèshū)功能的處理器，又稱為IOP(I/O處理器)，它分擔(dān)了一部分CPU的功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的統(tǒng)一管理及外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送。顯然，由于增加了IOP，使整個(gè)系統(tǒng)的效率大大提高優(yōu)點(diǎn)：各種不同性能的部件通過各自的總線傳輸信息，效率高缺點(diǎn)：增加了硬件代價(jià)精品資料二、總線(zǒnɡxiàn)的連接方式大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，速度差異較大的設(shè)備模塊(mókuài)使用不同速度的總線，而速度相近的設(shè)備模塊(mókuài)使用同一類總線優(yōu)點(diǎn)：充分發(fā)揮總線效能精品資料6.1總線結(jié)構(gòu)實(shí)例(shílì)Pentium計(jì)算機(jī)主板的總線結(jié)構(gòu)框圖(kuàngtú)CPU總線也稱CPU—存儲(chǔ)器總線是一個(gè)64位數(shù)據(jù)線和32位地址線的同步總線CPU是這條總線的主控者，但必要時(shí)可放棄總線控制權(quán)Pentium機(jī)使用該總線與低速I/O設(shè)備連接ISA總線控制邏輯還通過主板上的片級(jí)總線與實(shí)時(shí)鐘/日歷、ROM、鍵盤和鼠標(biāo)控制器(8042微處理器)等芯片相連接

Pentium計(jì)算機(jī)主板總線結(jié)構(gòu)框圖是一個(gè)三層次的多總線結(jié)構(gòu)：CPU總線、PCI總線、ISA總線Pentium機(jī)總線系統(tǒng)中有一個(gè)核心邏輯芯片組，簡(jiǎn)稱PCI芯片組，包括主存控制器、cache控制器芯片、北橋芯片和南橋芯片

CPU－PCI總線的橋稱為北橋；PCI總線－ISA總線的橋稱為南橋橋的功能：信號(hào)緩沖、電平轉(zhuǎn)接、控制協(xié)議轉(zhuǎn)換

PCI總線用于連接高速的I/O設(shè)備模塊。通過“橋”芯片，上面與更高速的CPU總線相連，下面與低速的ISA總線相接PCI總線采用集中式仲裁方式，有專用的PCI總線仲裁器精品資料二、總線(zǒnɡxiàn)的連接方式Pentium4PC機(jī)的I/O系統(tǒng)(xìtǒng)的組織結(jié)構(gòu)

處理器通過兩塊主要芯片與外設(shè)連接：·北橋（DMA控制器）：連接處理器、內(nèi)存、AGP圖像總線和南橋芯片。·南橋：與多種I/O總線相連。精品資料8.1總線的概念和結(jié)構(gòu)(jiégòu)形態(tài)三、總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的影響1.最大存儲(chǔ)容量最大存儲(chǔ)容量取決于地址總線的位數(shù)有兩種編址方式：·統(tǒng)一編址：利用同一個(gè)地址空間編址主存單元(dānyuán)和I/O端口·獨(dú)立編址：主存和I/O為兩個(gè)獨(dú)立的地址空間精品資料三、總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能(xìngnéng)的影響2.指令系統(tǒng)

·采用獨(dú)立編址時(shí)，需設(shè)置I/O指令·在多總線系統(tǒng)中，指令系統(tǒng)必須要有I/O指令，以區(qū)分(qūfēn)訪問是使用哪條總線精品資料三、總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能(xìngnéng)的影響3.吞吐量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的吞吐量是指流入、處理和流出系統(tǒng)的信息速率系統(tǒng)吞吐率主要取決于主存的存取周期（非流水線方式）采用雙端口存儲(chǔ)器，分別連于不同的總線，以增加主存的有效速度(sùdù)在多總線系統(tǒng)中，I/O工作由通道完成，所以系統(tǒng)的吞吐率要高于單總線精品資料§8總線(zǒnɡxiàn)系統(tǒng)8.1總線的概念(gàiniàn)和結(jié)構(gòu)形態(tài)8.2總線接口精品資料8.2總線(zǒnɡxiàn)接口一、信息(xìnxī)的傳遞方式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，信息(xìnxī)傳輸采用二種方式：·串行傳送·并行傳送

精品資料一、信息的傳遞(chuándì)方式1.串行傳送當(dāng)信息(xìnxī)以串行方式傳送時(shí)，只有一條傳輸線，且采用脈沖傳送在串行傳送時(shí)，按順序來傳送表示一個(gè)數(shù)碼的所有二進(jìn)制位(bit)的脈沖信號(hào)，通常以第一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最低有效位，最后一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最高有效位精品資料1.串行傳送(chuánsònɡ)傳送控制方式：①以“位時(shí)間”區(qū)別每一個(gè)二進(jìn)制位；②每個(gè)“位時(shí)間”內(nèi)包含一個(gè)同步脈沖，以控制發(fā)送和接受(jiēshòu)數(shù)據(jù)并-串轉(zhuǎn)換串-并轉(zhuǎn)換傳送數(shù)據(jù)00000101發(fā)送部件接收部件00000101高位低位T8T7T6T5T4T3T2T1位時(shí)間傳送脈沖精品資料1.串行傳送(chuánsònɡ)在串行傳送時(shí)，被傳送的數(shù)據(jù)需要在發(fā)送部件中進(jìn)行并-串轉(zhuǎn)換，這稱為拆卸；而在接收部件又需要進(jìn)行串-并轉(zhuǎn)換，這稱為裝配串行傳送的主要優(yōu)點(diǎn)是只需要一條(yītiáo)傳輸線，這一點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)距離傳輸顯得特別重要，不管傳送的數(shù)據(jù)量有多少，只需要一條(yītiáo)傳輸線，成本比較低廉精品資料一、信息(xìnxī)的傳遞方式2.并行(bìngxíng)傳送信息的各位通過各自的傳輸線并行(bìngxíng)傳輸發(fā)送部件接收部件高位低位10111000精品資料8.2總線(zǒnɡxiàn)接口二、接口的基本概念外設(shè)的功能和特性差異很大I/O設(shè)備連接主機(jī)存在以下主要問題：·工作(gōngzuò)速度的匹配問題；·時(shí)序的配合問題；·信息表示格式的一致性問題；·信息類型及信號(hào)電平的匹配問題精品資料二、接口(jiēkǒu)的基本概念為了協(xié)調(diào)這些差異，在設(shè)備和主機(jī)的連接處增加(zēngjiā)一個(gè)邏輯部件——接口接口即I/O設(shè)備適配器，具體指CPU和主存、外圍設(shè)備之間通過總線進(jìn)行連接的邏輯部件接口部件在它動(dòng)態(tài)連接的兩個(gè)部件之間起著“轉(zhuǎn)換器”的作用，以便實(shí)現(xiàn)彼此之間的信息傳送精品資料二、接口(jiēkǒu)的基本概念1.接口的典型功能控制：接口靠程序的指令信息來控制外圍設(shè)備的動(dòng)作，如啟動(dòng)、關(guān)閉設(shè)備等緩沖：接口在外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他部件之間起到一個(gè)緩沖器的作用，以補(bǔ)償速度上的差異狀態(tài)：接口監(jiān)視外圍設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。狀態(tài)信息包括數(shù)據(jù)“準(zhǔn)備就緒”、“忙”、“錯(cuò)誤(cuòwù)”等等，供CPU查詢精品資料1.接口的典型(diǎnxíng)功能轉(zhuǎn)換：接口可以完成任何要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，例如并-串轉(zhuǎn)換或串-并轉(zhuǎn)換，因此數(shù)據(jù)能在外圍設(shè)備和CPU之間正確地進(jìn)行傳送整理：接口可以完成一些特別的功能，例如在需要時(shí)可以修改字計(jì)數(shù)器或當(dāng)前內(nèi)存地址寄存器程序(chéngxù)中斷：每當(dāng)外圍設(shè)備向CPU請(qǐng)求某種動(dòng)作時(shí)，接口即產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)送CPU精品資料二、接口(jiēkǒu)的基本概念2.一個(gè)適配器通常有兩個(gè)接口(jiēkǒu)界面：①和系統(tǒng)總線的接口(jiēkǒu)，CPU和適配器的數(shù)據(jù)交換一定是并行方式②和外設(shè)的接口(jiēkǒu)，適配器和外設(shè)的數(shù)據(jù)交換可以是并行方式，也可以是串行方式根據(jù)外圍設(shè)備采用串行數(shù)據(jù)或并行數(shù)據(jù)的方式不同，適配器分為串行數(shù)據(jù)接口(jiēkǒu)和并行數(shù)據(jù)接口(jiēkǒu)兩大類精品資料二、接口(jiēkǒu)的基本概念3.異步串行通信方式每傳送一個(gè)字符均要附加一些同步信息，常以一個(gè)起始(qǐshǐ)位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束，稱為一幀。通信雙方應(yīng)約定：①波特率（bps）：每秒傳送的代碼位數(shù)通信波特率標(biāo)準(zhǔn)一般為：1200、2400、4800、9600和19200等精品資料二、接口(jiēkǒu)的基本概念例2）利用(lìyòng)串行方式傳送字符，每秒鐘傳送的比特(bit)位數(shù)常稱為波特率。假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是120個(gè)字符/秒，每一個(gè)字符格式規(guī)定包含10個(gè)bit(起始位、停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位)，問傳送的波特率是多少?每個(gè)bit占用的時(shí)間是多少?解：波特率為：10位×120/秒=1200波特每個(gè)bit占用的時(shí)間Td是波特率的倒數(shù)：Td=1/1200=0.833×10-3s=0.833ms精品資料3.異步串行通信(tōngxìn)方式②幀格式·1個(gè)起始位：低電平·5～8個(gè)數(shù)據(jù)位：低位在前；高位在后·1個(gè)校驗(yàn)(xiàoyàn)位：奇校/偶校/不校驗(yàn)(xiàoyàn)·1/1.5/2位停止位：高電平·空閑位：高電平相鄰兩個(gè)字符間加入，可任意長(zhǎng)精品資料3.異步串行通信(tōngxìn)方式例3）用異步通信方式傳送字符“4”，設(shè)幀格式為數(shù)據(jù)位7位；偶校驗(yàn)(xiàoyàn)；1位停止位，請(qǐng)畫出傳輸波形圖。解：“4”的ASCII字符=34H=0110100B0010110起始位校驗(yàn)位停止位空閑位精品資料§8總線(zǒnɡxiàn)系統(tǒng)8.1總線(zǒnɡxiàn)的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)8.2總線(zǒnɡxiàn)接口8.3總線(zǒnɡxiàn)的仲裁、定時(shí)和數(shù)據(jù)傳送模式精品資料8.3總線的仲裁、定時(shí)(dìnɡshí)和數(shù)據(jù)傳送模式一、總線的仲裁連接到總線上的功能模塊有主動(dòng)和被動(dòng)兩種形態(tài)(xíngtài)主設(shè)備：主方可以啟動(dòng)一個(gè)總線周期從設(shè)備：從方只能響應(yīng)主方的請(qǐng)求每次總線操作，只能有一個(gè)主方占據(jù)總線控制權(quán)，但同一時(shí)間里可以有一個(gè)或多個(gè)從方精品資料一、總線(zǒnɡxiàn)的仲裁總線仲裁部件：解決多個(gè)主設(shè)備同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線控制(kòngzhì)權(quán)的問題仲裁策略：優(yōu)先級(jí)公平策略總線占用期：主方持續(xù)控制(kòngzhì)總線的時(shí)間仲裁方式：按照總線仲裁電路的位置不同分為：集中式仲裁分布式仲裁精品資料一、總線(zǒnɡxiàn)的仲裁1.集中式仲裁集中式仲裁中每個(gè)功能模塊至少有兩條線連到中央仲裁器①送往仲裁器的總線請(qǐng)求信號(hào)線BR②仲裁器送出的總線授權(quán)信號(hào)線BG有三種方式(fāngshì)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞?fāngshì)計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式(fāngshì)獨(dú)立請(qǐng)求方式(fāngshì)精品資料1.集中式仲裁(zhòngcái)①鏈?zhǔn)讲樵?cháxún)方式中央仲裁器設(shè)備接口0設(shè)備接口1設(shè)備接口nDABGBRBS需有三根控制線：·

BS（忙）：有效，表示總線正被使用；·

BR（總線請(qǐng)求）：有效，表示至少有一部件要求使用總線；·

BG（總線授權(quán)）：有效，表示總線控制部件響應(yīng)總線請(qǐng)求主要特點(diǎn)：總線授權(quán)信號(hào)BG串行地從一個(gè)接口傳送到下一個(gè)接口假如BG到達(dá)的接口無總線請(qǐng)求，則繼續(xù)下傳；假如BG到達(dá)的接口有總線請(qǐng)求，該設(shè)備撤消BR請(qǐng)求，并置位BS，

該接口獲得了總線控制權(quán)。裁決器感知BS有效，撤消BG信號(hào)。·離中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先級(jí)優(yōu)點(diǎn):鏈路簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充缺點(diǎn):①電路故障敏感，如果第i個(gè)設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路有故障，那么第i個(gè)以后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作了②優(yōu)先級(jí)固定，如果優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備出現(xiàn)頻繁的請(qǐng)求，優(yōu)先級(jí)較低的設(shè)備則可能長(zhǎng)期不能使用總線。。。精品資料②計(jì)數(shù)器定時(shí)(dìnɡshí)查詢方式1.集中式仲裁(zhòngcái)總線上的任一設(shè)備要求使用總線時(shí)，通過BR線發(fā)出總線請(qǐng)求中央仲裁器接到請(qǐng)求信號(hào)后，若此時(shí)BS線為“0”，則啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備每個(gè)設(shè)備接口都有一個(gè)設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請(qǐng)求總線的設(shè)備地址相一致時(shí)，該設(shè)備置“1”BS線，獲得總線控制權(quán)，中央裁決器感知BS=1，即中止計(jì)數(shù)每次計(jì)數(shù)可以從“0”開始，也可以從中止點(diǎn)開始

·優(yōu)先級(jí)固定：每次計(jì)數(shù)從“0”開始，

·優(yōu)先級(jí)循環(huán)：計(jì)數(shù)從中止點(diǎn)開始，則每個(gè)設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)相等計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來設(shè)置，這可以方便地改變優(yōu)先次序·缺點(diǎn)：增加線數(shù)（送計(jì)數(shù)地址值）中央仲裁器設(shè)備接口0設(shè)備接口1設(shè)備接口nDABRBS設(shè)備地址。。。精品資料③獨(dú)立(dúlì)請(qǐng)求方式1.集中式仲裁(zhòngcái)

每一個(gè)共享總線的設(shè)備均有一對(duì)總線請(qǐng)求線BRi和總線授權(quán)線BGi當(dāng)設(shè)備要求使用總線時(shí)，便發(fā)出該設(shè)備的請(qǐng)求信號(hào)中央仲裁器中的排隊(duì)電路決定首先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求，并向該設(shè)備發(fā)出授權(quán)信號(hào)BGi中央仲裁器設(shè)備接口0設(shè)備接口1設(shè)備接口nBR0BG0BR1BG1DABGnBRn優(yōu)點(diǎn)：·響應(yīng)時(shí)間快

·優(yōu)先級(jí)靈活：·預(yù)先固定；

·可通過程序來改變優(yōu)先次序；

·可采用屏蔽(禁止)某個(gè)請(qǐng)求的辦法，不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請(qǐng)求缺點(diǎn)：控制復(fù)雜，增加線數(shù)。。。精品資料一、總線(zǒnɡxiàn)的仲裁2.分布式仲裁分布式仲裁不需要中央(zhōngyāng)仲裁器，每個(gè)潛在的主功能模塊都有自己的仲裁號(hào)和仲裁器當(dāng)它們有總線請(qǐng)求時(shí)，把它們唯一的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個(gè)仲裁器將仲裁總線上的編號(hào)與自己的編號(hào)進(jìn)行比較·如果仲裁總線上的優(yōu)先級(jí)大，則總線請(qǐng)求不予響應(yīng)，設(shè)備撤消其仲裁號(hào)·獲勝者的仲裁號(hào)保留在仲裁總線上顯然，分布式仲裁以優(yōu)先級(jí)仲裁策略為基礎(chǔ)精品資料8.3總線(zǒnɡxiàn)的仲裁、定時(shí)和數(shù)據(jù)傳送模式二、總線的定時(shí)總線的一次信息傳送過程，大致可分為(fēnwéi)如下五個(gè)階段：請(qǐng)求總線總線仲裁尋址(目的地址)信息傳送狀態(tài)返回(或錯(cuò)誤報(bào)告)精品資料二、總線(zǒnɡxiàn)的定時(shí)為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時(shí)協(xié)議(xiéyì)定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)序關(guān)系兩種定時(shí)方式：同步方式異步方式精品資料二、總線(zǒnɡxiàn)的定時(shí)1.同步定時(shí)在同步定時(shí)協(xié)議中，事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)鐘信號(hào)來確定同步定時(shí)適用于總線長(zhǎng)度(chángdù)較短、各功能模塊存取時(shí)間比較接近的情況優(yōu)點(diǎn)：以固定時(shí)鐘進(jìn)行控制，控制簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：·必須考慮與慢速設(shè)備的同步，系統(tǒng)傳輸效率不高（工作在同一時(shí)鐘頻率下）·存在時(shí)鐘偏差精品資料1.同步(tóngbù)定時(shí)讀數(shù)據(jù)的同步時(shí)序(shíxù)：CPU發(fā)讀命令→存儲(chǔ)器地址譯碼→→讀出數(shù)據(jù)總線時(shí)鐘啟動(dòng)信號(hào)讀命令認(rèn)可地址數(shù)據(jù)地址線數(shù)據(jù)線讀操作精品資料二、總線(zǒnɡxiàn)的定時(shí)2.異步定時(shí)總線上的各部件有各自的時(shí)鐘，以應(yīng)答方式同步傳送在異步定時(shí)協(xié)議中，后一事件出現(xiàn)(chūxiàn)在總線上的時(shí)刻取決于前一事件的結(jié)束，即建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上不需要統(tǒng)一的公共時(shí)鐘信號(hào)異步定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是總線周期長(zhǎng)度可變，不把響應(yīng)時(shí)間強(qiáng)加到功能模塊上，因而允許快速和慢速的功能模塊連接到同一總線上優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)傳輸效率高缺點(diǎn)：增加總線控制的復(fù)雜性，增加了成本精品資料讀命令主同步(MSYN)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址地址線從同步(SSYN)2.異步定時(shí)(dìnɡshí)讀數(shù)據(jù)的異步時(shí)序：主方：發(fā)讀命令→啟動(dòng)主同步→從方響應(yīng)→發(fā)送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址信號(hào)(xìnhào)（從同步有效）→CPU讀取數(shù)據(jù)→從方測(cè)到主同步撤消→主方測(cè)到從同步撤消撤消主同步撤消從同步撤消數(shù)據(jù)、地址、命令CPU例：存儲(chǔ)器請(qǐng)求應(yīng)答精品資料8.3總線(zǒnɡxiàn)的仲裁、定時(shí)和數(shù)據(jù)傳送模式例4）結(jié)合仲裁和數(shù)傳控制兩個(gè)過程(guòchéng)仲裁采用集中式二維結(jié)構(gòu)：·獨(dú)立請(qǐng)求·鏈?zhǔn)讲樵兎绞骄焚Y料例4）總線事務(wù)：①某主設(shè)備請(qǐng)求占用總線，發(fā)BRi②當(dāng)前總線周期結(jié)束，裁決器根據(jù)獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)先級(jí)給予響應(yīng)，發(fā)BGi③BGi鏈?zhǔn)絺魉椭恋谝粋€(gè)有請(qǐng)求的設(shè)備，該設(shè)備即下降自己的BRi信號(hào)，并發(fā)(bìngfā)SACK作出響應(yīng)回答④裁決器收到SACK信號(hào)，即下降BGi作出回答⑤若此時(shí)無其他設(shè)備正在使用總線(BUSY=0)，由該設(shè)備置“1”BUSY，表示占用總線⑥數(shù)傳結(jié)束，撤消BUSY及SACK，由CPU重新獲得總線控制權(quán)⑦若仲裁結(jié)束時(shí)總線正忙（現(xiàn)行主-從設(shè)備正在進(jìn)行數(shù)傳），則等待，直至BUSY為低（非忙）·裁決與數(shù)傳并行執(zhí)行；·增加SACK信號(hào)，作為(zuòwéi)獲勝響應(yīng)信號(hào)精品資料8.3總線的仲裁(zhòngcái)、定時(shí)和數(shù)據(jù)傳送模式三、總線數(shù)據(jù)(shùjù)傳送模式裁決的優(yōu)勝者，獲得總線的控制權(quán)目的：進(jìn)行數(shù)據(jù)(shùjù)傳送總線標(biāo)準(zhǔn)大都能支持以下四類模式的數(shù)據(jù)(shùjù)傳送：讀、寫操作塊傳送操作寫后讀、讀修改寫操作廣播、廣集操作精品資料三、總線(zǒnɡxiàn)數(shù)據(jù)傳送模式①讀、寫操作(cāozuò)讀操作(cāozuò)：從方→主方寫操作(cāozuò)：主方→從方主方先以一個(gè)總線周期發(fā)出命令和從方地址，經(jīng)過一定的延時(shí)再開始數(shù)據(jù)傳送總線周期為了提高總線利用率，減少延時(shí)損失，主方完成尋址總線周期后可讓出總線控制權(quán)，以使其他主方完成更緊迫的操作(cāozuò)。然后再重新競(jìng)爭(zhēng)總線，完成數(shù)據(jù)傳送總線周期精品資料三、總線(zǒnɡxiàn)數(shù)據(jù)傳送模式②塊傳送操作只需給出塊的起始地址，然后對(duì)固定塊長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)一個(gè)接一個(gè)地讀出或?qū)懭雽?duì)于CPU(主方)、存儲(chǔ)器(從方)而言的塊傳送，常稱為猝發(fā)式傳送，其塊長(zhǎng)一般(yībān)固定為數(shù)據(jù)線寬度(存儲(chǔ)器字長(zhǎng))的n倍精品資料三、總線(zǒnɡxiàn)數(shù)據(jù)傳送模式③寫后讀、讀修改寫操作只給出一個(gè)地址(dìzhǐ)，或進(jìn)行先寫后讀操作，或進(jìn)行先讀后寫操作前者用于校驗(yàn)?zāi)康模笳哂糜诙嗟莱绦蛳到y(tǒng)中對(duì)共享存儲(chǔ)資源的保護(hù)這兩種操作和猝發(fā)式操作一樣，主方掌管總線直到整個(gè)操作完成精品資料三、總線(zǒnɡxiàn)數(shù)據(jù)傳送模式④廣播、廣集操作一般數(shù)據(jù)傳送只在一個(gè)主方和一個(gè)從方之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)但有的總線允許一個(gè)主方對(duì)多個(gè)從方進(jìn)行寫操作，這種操作稱為廣播點(diǎn)對(duì)多與廣播相反的操作稱為廣集，它將選定(xuǎndìnɡ)的多個(gè)從方數(shù)據(jù)在總線上完成AND或OR操作，用以檢測(cè)多個(gè)中斷源多對(duì)點(diǎn)精品資料§8總線(zǒnɡxiàn)系統(tǒng)8.1總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài)8.2總線接口(jiēkǒu)8.3總線的仲裁、定時(shí)和數(shù)據(jù)傳送模式8.4PCI總線精品資料8.4PCI總線(zǒnɡxiàn)一、概述PCI總線(zǒnɡxiàn)（PeripheralComponentInterconnet)——外圍設(shè)備互連PCI是一種新型的高帶寬的、獨(dú)立于處理器的總線(zǒnɡxiàn)，廣泛應(yīng)用于桌面系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)以及便攜機(jī)中。精品資料一、概述(ɡàishù)特點(diǎn)：·高性能、支持線性猝發(fā)方式·獨(dú)立于處理器·采用多路復(fù)用技術(shù)·具有自動(dòng)配置功能·采用集中式獨(dú)立仲裁方式，裁決與數(shù)傳并行(bìngxíng)進(jìn)行·多種標(biāo)準(zhǔn)格式，分別支持：32位：3.3V/5V64位：3.3V/5V精品資料處理器/Cache處理器/Cache主存控制器主存PCI設(shè)備(shèbèi)PCI設(shè)備(shèbèi)主設(shè)備HOST橋目標(biāo)設(shè)備RAM目標(biāo)設(shè)備I/OPCI設(shè)備PCI/LEGACY總線橋PCI/PCI橋LAGACY設(shè)備LAGACY設(shè)備PCI設(shè)備PCI設(shè)備PCI總線結(jié)構(gòu)框圖PCI總線PCI總線HOST總線LEGACY總線連接各種高速的PCI設(shè)備，PCI設(shè)備可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備，或兼而有之在PCI設(shè)備中不存在DMA的概念，這是因?yàn)镻CI總線支持無限的猝發(fā)式傳送系統(tǒng)中允許有多條PCI總線，它們可以使用HOST橋與HOST總線相連，也可使用PCI/PCI橋與已和HOST總線相連的PCI總線相連精品資料8.4PCI總線(zǒnɡxiàn)二、PCI總線(zǒnɡxiàn)信號(hào)使用同步時(shí)序協(xié)議，總線(zǒnɡxiàn)時(shí)鐘CLK為方波信號(hào)，頻率為33.3MHz采用32/64位數(shù)據(jù)線和32位地址線，數(shù)據(jù)線和地址線是一組線，分時(shí)復(fù)用總線(zǒnɡxiàn)周期類型由C/BE’線上的總線(zǒnɡxiàn)命令給出采用集中式仲裁方式，總線(zǒnɡxiàn)請(qǐng)求信號(hào)REQ’,總線(zǒnɡxiàn)授權(quán)信號(hào)GNT’IDSEL（初始化設(shè)備選擇）用于配置讀寫期間的芯片選擇其他控制信號(hào)：LOCK’、PERR’、SERR’其他可選類信號(hào)、JTAG信號(hào)精品資料二、PCI總線(zǒnɡxiàn)信號(hào)一個(gè)總線周期由一個(gè)地址期及一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)期組成?？偩€周期長(zhǎng)度由周期類型和FRAME’（幀）、IRDY’（主就緒）、TRDY’（目標(biāo)就緒）和STOP’（停止）等信號(hào)控制；握手：·啟動(dòng)總線周期的主設(shè)備(shèbèi)，在地址期送出總線命令和目標(biāo)設(shè)備(shèbèi)地址。目標(biāo)設(shè)備(shèbèi)以DEVSEL’（設(shè)備(shèbèi)選擇）信號(hào)予以響應(yīng)·數(shù)傳握手信號(hào)為IRDY’和TRDY’精品資料8.4PCI總線(zǒnɡxiàn)三、總線周期類型PCI總線周期由當(dāng)前被授權(quán)的主設(shè)備發(fā)起·支持任何主從設(shè)備之間點(diǎn)到點(diǎn)的對(duì)等訪問·支持廣播讀寫PCI總線周期類型由主設(shè)備在C/BE[3-0]線上送出的4位總線命令代碼指明，被目標(biāo)設(shè)備譯碼確認(rèn)(quèrèn)，然后主從雙方協(xié)調(diào)配合完成指定的總線周期操作精品資料三、總線周期(zhōuqī)類型PCI總線共有12種周期類型，另4種保留

·存儲(chǔ)器讀/寫總線周期·I/O讀/寫總線周期·存儲(chǔ)器多重讀周期·存儲(chǔ)器讀行周期·存儲(chǔ)器寫和使無效(wúxiào)周期·特殊周期·中斷確認(rèn)總線周期·配置讀/寫周期·雙地址周期精品資料三、總線(zǒnɡxiàn)周期類型①存儲(chǔ)器讀/寫總線周期I/O讀/寫總線周期以猝發(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一個(gè)地址期和一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)周期組成存儲(chǔ)器讀/寫周期的操作，取決于PCI總線上的存儲(chǔ)器控制器是否支持存儲(chǔ)器/cache之間的PCI傳輸(chuánshū)協(xié)議，如果支持，則存儲(chǔ)器讀/寫一般是通過cache來進(jìn)行；否則，是以數(shù)據(jù)塊非緩存方式來傳輸(chuánshū)精品資料三、總線周期(zhōuqī)類型②存儲(chǔ)器多重讀周期 存儲(chǔ)器讀行周期猝發(fā)長(zhǎng)度不同③存儲(chǔ)器寫和使無效周期存儲(chǔ)器寫和使無效周期與存儲(chǔ)器寫周期的區(qū)別在于，前者不僅保證一個(gè)完整的cache行被寫入，而且在總線上廣播“無效”信息，命令其他(qítā)cache中的同一行地址變?yōu)闊o效精品資料三、總線周期(zhōuqī)類型④特殊周期用于主設(shè)備將其信息(如狀態(tài)信息)廣播到多個(gè)目標(biāo)方，目標(biāo)方無需以DEVSEL信號(hào)響應(yīng)，但無權(quán)終止此操作⑤中斷(zhōngduàn)確認(rèn)總線周期即中斷(zhōngduàn)響應(yīng)周期精品資料三、總線(zǒnɡxiàn)周期類型⑥配置讀/寫周期PCI有三個(gè)相互獨(dú)立的物理地址(dìzhǐ)空間，即存儲(chǔ)器、I/O、配置空間配置空間為256個(gè)內(nèi)部寄存器，用于保存系統(tǒng)初始化設(shè)置的配置參數(shù)。CPU通過HOST橋的配置地址(dìzhǐ)、配置數(shù)據(jù)寄存器訪問PCI設(shè)備的配置空間⑦雙地址(dìzhǐ)周期用于主方指示它正在使用64位地址(dìzhǐ)精品資料8.4PCI總線(zǒnɡxiàn)四、PCI總線(zǒnɡxiàn)的數(shù)傳規(guī)程讀操作總線周期時(shí)序示例PCI總線周期操作過程的特點(diǎn)：采用同步時(shí)序協(xié)議，總線上所有事件，即信號(hào)電平轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在時(shí)鐘信號(hào)的下跳沿時(shí)刻，而對(duì)信號(hào)的采樣出現(xiàn)在時(shí)鐘信號(hào)的上跳沿時(shí)刻總線周期由被授權(quán)的主方啟動(dòng)以幀F(xiàn)RAME#(=FRAME’)信號(hào)變?yōu)橛行碇甘疽粋€(gè)總線周期的開始一個(gè)總線周期由一個(gè)地址期和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)期組成，在地址期內(nèi)除給出目標(biāo)地址外，還在C/BE#線上給出總線命令以指明總線周期類型地址期為一個(gè)總線時(shí)鐘周期，一個(gè)數(shù)據(jù)期在沒有等待狀態(tài)下也是一個(gè)時(shí)鐘周期總線周期長(zhǎng)度由主方確定，在總線周期期間FRAME#持續(xù)有效，但在最后一個(gè)數(shù)據(jù)期開始前撤除主方啟動(dòng)一個(gè)總線周期時(shí)要求目標(biāo)方確認(rèn)，目標(biāo)方對(duì)地址譯碼，在延遲一個(gè)時(shí)鐘周期后發(fā)出DEVSEL#信號(hào)給予響應(yīng)，否則主設(shè)備終止總線周期主方結(jié)束一個(gè)總線周期時(shí)不要求目標(biāo)方確認(rèn)，以FRAME#告之；目標(biāo)方感知FRAME#無效，即進(jìn)行最后一次數(shù)傳

IRDY#和TRDY#為主、從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)，主或從方未準(zhǔn)備好時(shí)，可使信號(hào)無效，由主方插入等待信號(hào)讀準(zhǔn)備好：主方準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)；從方已將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上寫準(zhǔn)備好：主方已將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上；從方準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)當(dāng)目標(biāo)方出現(xiàn)故障時(shí)，以STOP信號(hào)有效通知主方終止總線周期當(dāng)主方獲得總線控制權(quán)，且總線非忙時(shí)，使FRAME#有效，進(jìn)入數(shù)傳T2開始時(shí)，從方選中，并獲知本總線周期操作類型T2下降沿，轉(zhuǎn)換復(fù)用總線功能，期間主、從方作數(shù)傳準(zhǔn)備，若主方準(zhǔn)備好，使IRDY#有效被選中的從方給出確認(rèn)信號(hào)，DEVSEL#有效，若從方數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，則使TRDY#有效，通知主方總線上數(shù)據(jù)有效主方由T4上升沿讀取數(shù)據(jù)，若下一周期仍可讀取數(shù)據(jù)，則置位字節(jié)允許線，否則進(jìn)入等待狀態(tài)若從設(shè)備未準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)(TRDY#無效)，數(shù)據(jù)2延遲