第十二講系統(tǒng)總線

第十二講系統(tǒng)總線本講主要內(nèi)容總線的基本概念總線的分類總線特性及性能指標(biāo)總線連接方式總線控制一、總線的基本概念1、為什么要用總線?存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備程序存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算數(shù)字計(jì)算機(jī)是由若干系統(tǒng)功能部件構(gòu)成的，這些系統(tǒng)功能部件在一起工作才能形成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的若干功能部件之間不可能采用全互聯(lián)形式，因此就需要有公共的信息通道，即總線。2、什么是總線?3、總線上信息的傳送總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，是各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)串行并行4、總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例（1）.面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)框圖

中央處理器

CPUI/O總線M總線主存

I/O接口

I/O設(shè)備1

I/O設(shè)備2……I/O接口I/O接口

I/O設(shè)備n單總線（系統(tǒng)總線）（2）.單總線結(jié)構(gòu)框圖CPU

主存I/O接口

I/O設(shè)備1

I/O設(shè)備2I/O接口…

I/O設(shè)備nI/O接口…3.1（3）.以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總線

主存CPUI/O接口

I/O設(shè)備1…

I/O設(shè)備nI/O接口…存儲(chǔ)總線二、總線的分類（一）、邏輯結(jié)構(gòu)分類單向傳送總線：信息只能向一個(gè)方向傳送雙向傳送總線：信息可以向兩個(gè)方向傳送，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)。1.片內(nèi)總線芯片內(nèi)部的總線（二）、按所處位置分類內(nèi)部總線（CPU內(nèi)）外部總線（系統(tǒng)總線）通信總線2.系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線雙向與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)單向與存儲(chǔ)地址、I/O地址有關(guān)有出有入計(jì)算機(jī)各部件之間的信息傳輸線存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫總線允許、中斷確認(rèn)中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求3.通信總線串行通信總線并行通信總線傳輸方式3.2用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動(dòng)通信等）之間的通信三、總線特性及性能指標(biāo)CPU插板主存插板I/O插板（一)、總線物理實(shí)現(xiàn)BUS主板1.機(jī)械特性2.電氣特性3.功能特性4.時(shí)間特性(二)、總線特性尺寸、形狀、管腳數(shù)

及

排列順序傳輸方向和有效的電平范圍每根傳輸線的功能信號(hào)的時(shí)序關(guān)系3.3地址數(shù)據(jù)控制(三)、總線的性能指標(biāo)1.總線寬度2.總線帶寬3.時(shí)鐘同步/異步4.總線復(fù)用5.信號(hào)線數(shù)6.總線控制方式7.其他指標(biāo)數(shù)據(jù)線的根數(shù)每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBps）同步、不同步地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的總和負(fù)載能力并發(fā)、自動(dòng)、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù)3.3ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模塊系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)（四）、總線標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)模塊3.3標(biāo)準(zhǔn)界面總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線總線時(shí)鐘帶寬ISA168MHz（獨(dú)立）33MBpsEISA328MHz（獨(dú)立）33MBpsVESA(VL-BUS)3232MHz（CPU）133MBpsPCI326433MHz（獨(dú)立）64MHz（獨(dú)立）132MBps528MBpsAGP3266.7MHz（獨(dú)立）133MHz（獨(dú)立）266MBps533MBpsRS-232串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（調(diào)制解調(diào)器）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口USB串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)普通無(wú)屏蔽雙絞線帶屏蔽雙絞線最高1.5Mbps(USB1.0)12Mbps(USB1.0)480Mbps

(USB2.0)3.3（四）、總線標(biāo)準(zhǔn)四、總線連接方式適配器：實(shí)現(xiàn)高速CPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，并完成計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。適配器通常稱為接口。

如何讓種類繁多、速度各異的外圍設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)上呢？總線連接需要考慮一下兩點(diǎn)：各模塊的工作速度各模塊的工作電平，電流，電壓（額定功率）一、單總線結(jié)構(gòu)單總線（系統(tǒng)總線）CPU

主存I/O接口

I/O設(shè)備1

I/O設(shè)備2I/O接口…

I/O設(shè)備nI/O接口…1.雙總線結(jié)構(gòu)具有特殊功能的處理器，由通道對(duì)I/O統(tǒng)一管理通道I/O接口設(shè)備n

……I/O接口設(shè)備0

CPU主存主存總線I/O總線（二）、多總線結(jié)構(gòu)2.三總線結(jié)構(gòu)主存總線DMA總線I/O總線CPU

主存設(shè)備1設(shè)備n高速外設(shè)I/O接口I/O接口I/O接口……3.三總線結(jié)構(gòu)的又一形式局域網(wǎng)系統(tǒng)總線CPUCache局部總線擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存4.四總線結(jié)構(gòu)多媒體Modem主存擴(kuò)展總線接口局域網(wǎng)SCSICPU串行接口FAX系統(tǒng)總線局部總線高速總線擴(kuò)展總線圖形Cache/橋1.傳統(tǒng)微型機(jī)總線結(jié)構(gòu)（三）、總線結(jié)構(gòu)舉例存儲(chǔ)器SCSIⅡ控制器主存控制器ISA、EISA8MHz的16位數(shù)據(jù)通路標(biāo)準(zhǔn)總線控制器33MHz的32位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線多媒體高速局域網(wǎng)高性能圖形CPU……Modem2.VL-BUS局部總線結(jié)構(gòu)33MHz的32位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線ISA、EISA多媒體高速局域網(wǎng)高性能圖形圖文傳真8MHz的16位數(shù)據(jù)通路標(biāo)準(zhǔn)總線控制器CPU主存控制器存儲(chǔ)器局部總線控制器

SCSIⅡ控制器VLBUS……Modem3.PCI總線結(jié)構(gòu)CPU多媒體PCI橋高速局域網(wǎng)高性能圖形圖文傳真PCI總線系統(tǒng)總線33MHz的32位數(shù)據(jù)通路8MHz的16位數(shù)據(jù)通路ISA、EISA標(biāo)準(zhǔn)總線控制器SCSIⅡ

控制器存儲(chǔ)器Modem4.多層PCI總線結(jié)構(gòu)PCI總線2存儲(chǔ)器橋0橋4PCI設(shè)備橋5總線橋橋3橋1設(shè)備橋2第一級(jí)橋第二級(jí)橋第三級(jí)橋PCI總線4PCI總線5PCI總線3PCI總線1PCI總線0存儲(chǔ)器總線

標(biāo)準(zhǔn)總線CPUPentium機(jī)的總線結(jié)構(gòu)分為三層：CPU總線、PCI總線和ISA總線。

五、總線控制（一）、總線判優(yōu)控制總線判優(yōu)控制分布式集中式主設(shè)備(模塊)對(duì)總線有控制權(quán)從設(shè)備(模塊)響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線命令1.基本概念鏈?zhǔn)讲樵冇?jì)數(shù)器定時(shí)查詢獨(dú)立請(qǐng)求方式2.鏈?zhǔn)讲樵兎绞娇偩€控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG數(shù)據(jù)線地址線BS

－總線忙BR－總線請(qǐng)求BG－總線同意3.5I/O接口10BS

－總線忙BR－總線請(qǐng)求總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n設(shè)備地址3.計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式I/O接口13.5計(jì)數(shù)器設(shè)備地址1排隊(duì)器排隊(duì)器4.獨(dú)立請(qǐng)求方式總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG－總線同意BR－總線請(qǐng)求3.55.分布式仲裁方式(二)、總線通信控制1.目的2.總線傳輸周期主模塊申請(qǐng)，總線仲裁決定主模塊向從模塊給出地址和命令主模塊和從模塊交換數(shù)據(jù)主模塊撤消有關(guān)信息申請(qǐng)分配階段尋址階段傳數(shù)階段結(jié)束階段解決通信雙方協(xié)調(diào)配合問題3.5由統(tǒng)一時(shí)標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳送充分挖掘系統(tǒng)總線每個(gè)瞬間的潛力同步通信異步通信

半同步通信

分離式通信

3.總線通信的四種方式采用應(yīng)答方式

，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)同步、異步結(jié)合3.5

讀命令①同步式數(shù)據(jù)輸入T1總線傳輸周期T2T3T4

時(shí)鐘

地址數(shù)據(jù)3.5數(shù)據(jù)②同步式數(shù)據(jù)輸出T1總線傳輸周期T2T3T4

時(shí)鐘

地址

寫命令3.5不互鎖半互鎖全互鎖(2)異步通信3.5主設(shè)備從設(shè)備請(qǐng)求回答(3)半同步通信同步發(fā)送方用系統(tǒng)時(shí)鐘前沿發(fā)信號(hào)

接收方用系統(tǒng)時(shí)鐘后沿判斷、識(shí)別3.5（同步、異步結(jié)合）異步允許不同速度的模塊和諧工作

增加一條“等待”響應(yīng)信號(hào)

WAIT以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序T1主模塊發(fā)地址T2主模塊發(fā)命令…T3從模塊提供數(shù)據(jù)T4從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令Tw

當(dāng)為低電平時(shí)，等待一個(gè)TWAITTw

當(dāng)為低電平時(shí)，等待一個(gè)TWAIT3.5

讀

命令WAIT

地址

數(shù)據(jù)3.5

時(shí)鐘總線傳輸周期T1T2TWTWT3T4(3)半同步通信（同步、異步結(jié)合）上述三種通信的共同點(diǎn)一個(gè)總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例）主模塊發(fā)地址、命令從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)