第7章總線及互連結(jié)構(gòu)

第7章總線及總線互連結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)由CPU、主存模塊和I/O模塊等組成，計(jì)算機(jī)的所有功能都是通過(guò)CPU周而復(fù)始地執(zhí)行指令實(shí)現(xiàn)的。在執(zhí)行指令過(guò)程中，CPU、主存和I/O模塊之間要不斷地交換信息（包括指令、數(shù)據(jù)等），可以說(shuō)計(jì)算機(jī)所有功能的實(shí)現(xiàn)，歸根結(jié)底就是各種信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間進(jìn)行交換的過(guò)程。如何建立一套高速數(shù)據(jù)通路將各功能部件有效地連起來(lái)構(gòu)成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是總線及總線互連結(jié)構(gòu)要解決的問(wèn)題。控制器存儲(chǔ)器運(yùn)算器輸出設(shè)備輸入設(shè)備控制流數(shù)據(jù)流如何建立一套高速數(shù)據(jù)通路將各功能部件有效地連起來(lái)構(gòu)成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是總線及總線互連結(jié)構(gòu)要解決的問(wèn)題。本章主要的教學(xué)內(nèi)容：1.什么是總線及總線的作用和分類；2.總線的特性；3.總線的數(shù)據(jù)傳輸方式；4.總線的設(shè)計(jì)要素；5.總線接口單元及作用；6.總線標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展過(guò)程；7.為了與用自己公司的CPU生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)相配套，Intel公司推出了845、865、915、925、945、975等主板芯片組來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)總線的最佳控制。本章的特點(diǎn)是概念比較多，名詞比較多。7．1概述要進(jìn)行信息交換，必須在部件之間構(gòu)筑信息通路，通常把連接各部件的通路的集合稱為互連結(jié)構(gòu)。部件之間的互連方式通常有兩種：⑴一種是各部件之間通過(guò)單獨(dú)的連線互連，這種方式稱為分散連接。⑵另一種是將各個(gè)部件連接到一組公共信息傳輸線上，這種方式稱為總線連接。早期的計(jì)算機(jī)大多采用分散連接方式，相互通信的部件之間都有單獨(dú)的連線，如果某個(gè)部件與其他所有部件都有信息交換的話，它的內(nèi)部連線就非常復(fù)雜，而且成本高。此外，某一時(shí)刻它只能和其他部件中的一個(gè)交換信息，在交換信息過(guò)程中也必須停止本身的工作，這將大大影響系統(tǒng)的工作效率。特別是隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，I/O設(shè)備的種類和數(shù)量越來(lái)越多，用分散方式無(wú)法滿足人們隨時(shí)增減設(shè)備的需要，這就提出了總線連接方式。①若系統(tǒng)中已經(jīng)有N個(gè)部件，則再增加一個(gè)部件需要增加N條通道③④②現(xiàn)代計(jì)算機(jī)普遍使用的是總線互連結(jié)構(gòu)。采用總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:配置靈活且成本低，它的靈活性體現(xiàn)在新部件可以很容易地加到總線上，并且部件可以在使用相同總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間互換。一組單條的總線可被多個(gè)部件共享，總線的性價(jià)比高?？偩€的主要缺點(diǎn)是:所有的部件都通過(guò)總線傳輸數(shù)據(jù)，可能產(chǎn)生通信瓶頸。7．2總線的基本概念7．2．1總線的定義和特性總線:是連接兩個(gè)或多個(gè)功能部件的一組共享的信息傳輸線，它的主要特征就是多個(gè)部件共享傳輸介質(zhì)。一個(gè)部件發(fā)出的信號(hào)可以被連接到總線上的其他所有部件所接收?？偩€由許多傳輸線或通路構(gòu)成，每條線可傳輸一位二進(jìn)制信息，若干條線可同時(shí)傳輸多位二進(jìn)制信息?？偩€的基本特性包括：1．物理特性總線的物理特性:是指總線在機(jī)械物理連接上的特性。包括連線類型、數(shù)量、接插件的幾何尺寸和形狀以及引腳線的排列等。從連線的類型來(lái)看，總線可分為電纜式、主板式和底版式。電纜式總線通常采用扁平電纜連接電路板。主板式總線通常在印刷電路板或卡上蝕刻出平行的金屬線，這些金屬線按照某種排列以一組連接點(diǎn)的方式提供插槽，系統(tǒng)的一些主要部件從這些槽中插入到系統(tǒng)總線。底版式總線則通常在機(jī)箱中設(shè)置插槽板，其他功能模塊一般都做成一塊板卡，通過(guò)將卡插到槽內(nèi)連接到系統(tǒng)中。從連線的數(shù)量來(lái)看，總線一般分為串行總線和并行總線。串行總線只有一根數(shù)據(jù)線(外加一根公共地線），一次只能傳輸1位二進(jìn)制數(shù)。在并行傳輸總線中，按數(shù)據(jù)線的寬度分8位、16位、32位、64位總線等?？偩€的寬度對(duì)總線的實(shí)現(xiàn)成本、可靠性和數(shù)據(jù)傳輸率影響很大。一般串行總線用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳送，并行總線用于短距離的高速度數(shù)據(jù)傳送。2．電氣特性總線的電氣特性是指總線的每一條信號(hào)線的信號(hào)傳遞方向、信號(hào)的有效電平范圍。通常規(guī)定由CPU發(fā)出的信號(hào)為輸出信號(hào)，送入CPU的信號(hào)為輸入信號(hào)。地址線一般為輸出信號(hào)，數(shù)據(jù)線為雙向信號(hào)，控制線的每一根都是單向的，有的為輸出信號(hào)，有的為輸入信號(hào)?？偩€的電平表示方式有兩種：?jiǎn)味朔绞胶筒罘址绞?。單端電平方式采用一條信號(hào)線和一條公共接地線來(lái)傳遞信號(hào)，信號(hào)線中一般用高電平表示邏輯“1”，低電平表示邏輯“0”。差分電平方式采用一條信號(hào)線和一個(gè)參考電壓比較來(lái)互補(bǔ)傳輸信號(hào)，一般采用負(fù)邏輯，即用高電平表示邏輯“0”，低電平表示邏輯“1”。例如，串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C，其電氣特性規(guī)定低電壓要低于－3V，表示邏輯“1”；高電壓要高于+3V，表示邏輯“0”。3．功能特性總線功能特性是指總線中每根傳輸線的功能。不同的總線其功能不同，地址線用來(lái)傳輸?shù)刂沸畔?，?shù)據(jù)線用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息，控制線用來(lái)傳輸控制信息。4．時(shí)間特性總線時(shí)間特性是指總線中任何一根傳輸線在什么時(shí)間內(nèi)有效，以及每根線產(chǎn)生的信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。時(shí)間特性一般可用信號(hào)時(shí)序圖來(lái)說(shuō)明。7．2．2總線的類型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中含有多種總線，根據(jù)所連接的部件的位置不同，總線通常被分成三種類型：內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和通信總線。1．內(nèi)部總線用于芯片內(nèi)部連接各元件的總線。例如CPU芯片內(nèi)部，各個(gè)寄存器、ALU、指令部件等都采用總線相連。2．系統(tǒng)總線用于連接CPU、存儲(chǔ)器和各種I/O模塊等主要部件的總線稱系統(tǒng)總線。由于這些部件通常都制作在插件板卡上，所以連接這些部件的總線一般是主板式或底板式總線，主板式總線是一種板級(jí)總線，主要連接主機(jī)系統(tǒng)印刷電路板中的CPU和主存等部件，也被稱為處理器―主存總線，有的系統(tǒng)把它稱為局部總線或處理器總線。底板式總線通常用于連接系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的各個(gè)電路板的連接。典型的有ISA、PCI總線等。3.通信總線兩個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)連接線。7．2．3系統(tǒng)總線的組成系統(tǒng)總線通常包含：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、電源線。1．?dāng)?shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)線用來(lái)承載在源部件和目的部件之間傳輸信息的，這個(gè)信息可能是數(shù)據(jù)、命令、或地址。例如，如果想從磁盤上讀一些數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器，則數(shù)據(jù)線用來(lái)傳輸主存的地址和實(shí)際從磁盤來(lái)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)線的根數(shù)被稱為數(shù)據(jù)總線的寬度，它決定了每次能同時(shí)傳輸?shù)男畔⒌奈粩?shù)。數(shù)據(jù)總線的寬度是決定系統(tǒng)總體性能的關(guān)鍵因素之一。例如，如果數(shù)據(jù)總線的寬度為16位，而指令的操作位數(shù)為32位，在取這個(gè)操作數(shù)時(shí)，必須訪存兩次。如果數(shù)據(jù)總線的寬度為32位，只要一次訪存。2．地址總線地址線用來(lái)提供源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)所在的主存單元或I/O端口的地址。例如，若要從主存單元讀一個(gè)數(shù)據(jù)，CPU必須將該主存單元的地址送到地址線上。若要輸出一個(gè)數(shù)據(jù)到外設(shè)，CPU也必須把該外設(shè)的地址（實(shí)際上是I/O端口的地址）送到地址線上。地址線是單向的，它的位數(shù)決定了可尋訪的地址空間的大小。例如，有16位地址線，不采用分時(shí)多次傳送地址的話，則可訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元最多只能有65536（2）個(gè)。163．控制總線控制總線傳輸?shù)男盘?hào)是用來(lái)控制對(duì)數(shù)據(jù)總線、地址總線或外設(shè)的訪問(wèn)和使用的，典型的控制信號(hào)包括：存儲(chǔ)器讀（MemoryRead）:將被尋址的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)總線上。存儲(chǔ)器寫（MemoryWrite）:將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入被尋址的存儲(chǔ)單元。I/O讀（I/ORead）:將被尋址的I/O單元中的數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)總線上。I/O寫（I/OWrite）將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入被尋址的I/O單元?？偩€請(qǐng)求（BusRequest）:表示某個(gè)模塊需要獲得總線控制權(quán)?？偩€允許（BusGrant）:表示發(fā)出請(qǐng)求的模塊已經(jīng)被允許控制總線。數(shù)據(jù)確認(rèn)（DataACK）:表示數(shù)據(jù)已經(jīng)被接收，或已放到數(shù)據(jù)總線上。中斷請(qǐng)求（InterruptRequest）:表示某個(gè)中斷源正在發(fā)出中斷請(qǐng)求。中斷確認(rèn)（InterruptACK）:表示請(qǐng)求的中斷已經(jīng)被識(shí)別。時(shí)鐘（Clock）:用于同步操作。復(fù)位（Reset）:初始化所有模塊。通常說(shuō)的三總線就是數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線的簡(jiǎn)稱。4．電源線與地線用來(lái)提供計(jì)算機(jī)工作時(shí)各功能部件所需的各種電源。通常有±5V；±12V和地線等。7．2．4總線的數(shù)據(jù)傳輸方式在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸方式有兩種：串行傳輸和并行傳輸。1．串行傳輸串行總線的數(shù)據(jù)在總線上是按位進(jìn)行傳送的，一次只能傳輸一位數(shù)據(jù)，因此只需要一根總線（另外一根地線），線路成本低，適合遠(yuǎn)距離、低速率數(shù)據(jù)傳輸。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大多對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，采用串行數(shù)據(jù)傳輸要在發(fā)送端將并行數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，在接收端再將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。串行傳輸方式可以分為同步和異步兩種方式。在異步方式中，每個(gè)字符要用一位起始位和若干停止位作為字符傳輸?shù)拈_始和結(jié)束標(biāo)志，發(fā)送端和接收端不需要同步脈沖，接收端是根據(jù)接收的有效起始位和有效停止位來(lái)確定有效數(shù)據(jù)的。起始位和停止位需要占用一定的傳時(shí)間。串行同步方式是將若干字符前后的附加位去掉，組成一個(gè)字符塊，在字符塊的開始和結(jié)尾用一個(gè)或若干個(gè)字符作為同步字符標(biāo)志，接收端根據(jù)同步字符標(biāo)志來(lái)確定數(shù)據(jù)的有效性。synchdatasynch2．并行傳輸。并行總線的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上同時(shí)有多位數(shù)據(jù)一起傳送，每一位要有一根數(shù)據(jù)線，一次傳輸多少位數(shù)據(jù)就需要有多少根數(shù)據(jù)線。并行數(shù)據(jù)傳輸要比串行傳輸快得多，但需要更多的傳輸線，成本高，一般用作近距離傳輸線，如系統(tǒng)總線。圖7-3并行總線。7．3總線的設(shè)計(jì)要素盡管總線有許多不同的實(shí)現(xiàn)方式，但總線設(shè)計(jì)的基本要素和考察其性能指標(biāo)都是類似的?？偩€設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的基本要素包括：①信號(hào)線類型：采用專用信號(hào)線還是復(fù)用信號(hào)線；②仲裁方法：多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)使用總線，決定誰(shuí)優(yōu)先使用總線稱總線仲裁。仲裁方法由集中裁決和分散式裁決；③定時(shí)方式：采用同步通信還是異步通信方式；④事務(wù)類型：總線所支持的各種數(shù)據(jù)傳輸類型和其他總線操作類型。⑤總線帶寬：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在總線上傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)。7．3．1信號(hào)線類型總線的信號(hào)類型有專用和復(fù)用兩種。專用信號(hào)線是指這種信號(hào)線專門用來(lái)傳送某一種信息。例如，分立的數(shù)據(jù)線和地址線。復(fù)用信號(hào)線是指在同一信號(hào)線上，不同的時(shí)間傳送不同的信息，即分時(shí)復(fù)用，例如，地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線，在一段時(shí)間上傳輸?shù)刂沸畔?，另一段時(shí)間上傳輸數(shù)據(jù)信息。7．3．2仲裁方法多個(gè)部件共用一組總線，部件與部件之間要交換信息，什么時(shí)候交換信息，哪兩個(gè)設(shè)備交換信息，均需要統(tǒng)一的管理，這就提出了總線控制的問(wèn)題?？偩€控制包括：總線仲裁和總線通信控制。總線上連接多個(gè)設(shè)備，根據(jù)其對(duì)總線有無(wú)控制能力被分為主控設(shè)備（簡(jiǎn)稱主設(shè)備，對(duì)總線有控制權(quán)）和從設(shè)備（對(duì)總線無(wú)控制權(quán)）。主設(shè)備控制對(duì)總線的訪問(wèn)，發(fā)起并控制所有的總線請(qǐng)求，主控設(shè)備也稱請(qǐng)求代理。從設(shè)備只能響應(yīng)主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線命令，無(wú)總線控制能力，從設(shè)備又稱響應(yīng)代理。例如，處理器總是一個(gè)主設(shè)備。存儲(chǔ)器總是一個(gè)從設(shè)備，它只響應(yīng)讀寫請(qǐng)求，但不會(huì)發(fā)出請(qǐng)求。最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可以只有一個(gè)總線主控設(shè)備：處理器。所有的總線操作都必須由處理器控制，無(wú)須總線仲裁，但處理器必須介入到每一個(gè)總線事務(wù)中，占用大量CPU時(shí)間，這種做法已經(jīng)變得越來(lái)越?jīng)]有吸引力了。另一做法是采用多個(gè)總線主控設(shè)備，每個(gè)主控設(shè)備都能啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送。對(duì)于多主控設(shè)備總線，必須提供一種機(jī)制來(lái)決定在某個(gè)時(shí)刻哪個(gè)設(shè)備具有總線使用權(quán)。總線裁決：決定哪個(gè)主控設(shè)備將在下次得到總線使用權(quán)的過(guò)程被稱為總線裁決?？偩€裁決大致可以分為兩種方式：集中（裁決）控制方式和分布（裁決）控制方式。集中控制方式是在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的硬件設(shè)備—總線控制器來(lái)分配總線時(shí)間?？偩€控制器可以是獨(dú)立的模塊，也可以是CPU的一部分。集中仲裁可以分為菊花鏈查詢方式、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)立總線請(qǐng)求訪問(wèn)仲裁方式。分布式控制方式?jīng)]有總線控制器，每個(gè)設(shè)備都包含訪問(wèn)控制邏輯，這些模塊共同作用分享總線，誰(shuí)先使用總線有它們自己的控制邏輯來(lái)完成。1．集中裁決方式（1）菊花鏈查詢方式（2）計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式（3）獨(dú)立總線請(qǐng)求方式特點(diǎn)：有總線控制器2．分布式裁決方式（1）自舉分布式裁決方式（2）沖突檢測(cè)分布式裁決特點(diǎn)：無(wú)總線控制器7．3．3定時(shí)方式定時(shí)方式主要是實(shí)現(xiàn)通信雙方什么時(shí)候開始傳輸數(shù)據(jù)，什么時(shí)候通信結(jié)束?？偩€完成一次傳送過(guò)程可以分成四個(gè)階段（1）申請(qǐng)分配階段主設(shè)備提出申請(qǐng)，經(jīng)總線仲裁機(jī)構(gòu)決定下一傳送周期的總線使用權(quán)授予某一申請(qǐng)者。（2）尋址階段主設(shè)備通過(guò)總線發(fā)出本次訪問(wèn)的從設(shè)備的地址，啟動(dòng)從設(shè)備。（3）數(shù)據(jù)交換階段主、從設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源設(shè)備發(fā)出經(jīng)數(shù)據(jù)總線到達(dá)目的設(shè)備。（4）結(jié)束階段主設(shè)備的有關(guān)信息均從總線上撤除，讓出總線使用權(quán)?？偩€通信定時(shí)方式主要解決通信雙方如何獲知傳輸開始和傳輸結(jié)束，通信雙方如何協(xié)調(diào)和配合。一般采用三種方式：同步通信方式、異步通信方式、半同步通信方式1．同步通信2．異步通信：有握手信號(hào)（1）不互鎖方式（2）半互鎖（3）全互鎖異步讀存儲(chǔ)器操作時(shí)序圖7．3．4總線事務(wù)類型把在總線上一對(duì)設(shè)備之間的一次信息交換過(guò)程稱為一個(gè)“總線事務(wù)”總線事務(wù)類型通常根據(jù)它的操作性質(zhì)來(lái)定義。典型的總線事務(wù)類型有：“存儲(chǔ)器讀”、“存儲(chǔ)器寫”、“I/O讀”、“I/O寫”、“中斷響應(yīng)”等。一次總線事務(wù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)包括兩個(gè)階段：地址階段和數(shù)據(jù)階段。地址階段主要是主設(shè)備發(fā)出被尋址的從設(shè)備地址，從設(shè)備確認(rèn)該地址，并向主設(shè)備發(fā)回應(yīng)答。數(shù)據(jù)階段是主從設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。7．3．5總線帶寬單位時(shí)間傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)稱總線帶寬?？偩€的帶寬除與總線定時(shí)方式所用的協(xié)議有關(guān)外，其他幾個(gè)因素也影響帶寬，它們是：數(shù)據(jù)總線寬度。增加數(shù)據(jù)總線的寬度可以一次傳輸更多的數(shù)據(jù)位。信號(hào)線是專用還是復(fù)用。將地址線與數(shù)據(jù)線獨(dú)立設(shè)置，地址信息和數(shù)據(jù)信息可以在一個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)送，提高操作的并行性。是否允許大數(shù)據(jù)塊傳輸（又稱“突發(fā)”數(shù)據(jù)傳輸方式，或“猝發(fā)”數(shù)據(jù)傳輸）。允許大數(shù)據(jù)塊傳輸，在傳輸同樣的數(shù)據(jù)量時(shí)，可以減少傳輸次數(shù)，減少傳輸過(guò)程的應(yīng)答時(shí)間。例1.①某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率66MHz，求總線帶寬是多少？②如果一個(gè)總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為100MHz，求總線帶寬是多少？解：①總線帶寬=4×66=264MB/s②總線帶寬=(64÷8)×100=800MB/s北京郵電大學(xué)2004研究生入學(xué)考試試題總線帶寬：也稱總線的數(shù)據(jù)傳輸速度7．4總線接口單元總線上的信號(hào)必須與連到總線上的各個(gè)部件產(chǎn)生的信號(hào)協(xié)調(diào)，起協(xié)調(diào)作用的控制邏輯就是總線接口，它是掛接在總線上的部件與總線之間的連接界面。打印機(jī)控制器接口磁盤控制器接口磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)總線BUS打印機(jī)其他控制器MMCPU總線接口單元的基本功能：1.定時(shí)和通信。在同步通信方式下，提供或接收時(shí)鐘信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的控制下驅(qū)動(dòng)或采樣相應(yīng)的信號(hào)線。在異步方式下，按照握手協(xié)議對(duì)相應(yīng)的信號(hào)線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或復(fù)位。2.總線請(qǐng)求和仲裁。根據(jù)需要發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)。有些部件的總線接口中具有集中方式下的總線控制器，此時(shí)還要進(jìn)行總線裁決。對(duì)于分散式裁決，每個(gè)總線接口都要參與裁決過(guò)程。3.控制操作。提供命令譯碼等控制邏輯，將根據(jù)總線傳送過(guò)來(lái)的命令啟動(dòng)總線部件進(jìn)行相應(yīng)的操作。如read,write等4.提供數(shù)據(jù)緩沖。當(dāng)總線連接部件之間有速度差異時(shí)，可以在接口中設(shè)置一些數(shù)據(jù)緩沖器，利用數(shù)據(jù)緩沖器使不同速度的部件得到匹配。5.數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。當(dāng)總線連接的部件之間數(shù)據(jù)格式不同時(shí)，可以通過(guò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。如串-并轉(zhuǎn)換和并-串轉(zhuǎn)換。6.記錄狀態(tài)信息。有些接口還必須能夠記錄接口本身以及它所掛接的設(shè)備的狀態(tài)。7.數(shù)據(jù)傳送控制。有些接口還要對(duì)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行控制。如DMA數(shù)據(jù)傳輸8.中斷請(qǐng)求和響應(yīng)。根據(jù)需要發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)或接收中斷請(qǐng)求并給出響應(yīng)信號(hào)。根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，總線接口單元分為串行接口和并行接口兩類。7．5總線性能指標(biāo)①標(biāo)準(zhǔn)傳輸率：在總線上每秒能傳輸?shù)淖畲笞止?jié)量，用B/S（或MB/S）表示。注意：這里的單位是采用通信單位1K=1000②總線寬度：它是指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)，用位（bit）為單位。③時(shí)鐘同步/異步：總線上的數(shù)據(jù)與時(shí)鐘同步的總線為同步總線，總線上的數(shù)據(jù)與時(shí)鐘異步的總線為異步總線。④總線復(fù)用：將地址總線與數(shù)據(jù)總線公用一組物理總線，而在某一時(shí)刻傳輸?shù)刂纷鞯刂房偩€用，另一時(shí)刻傳輸數(shù)據(jù)作數(shù)據(jù)總線用，這樣的總線叫多路分時(shí)復(fù)用總線。⑤信號(hào)線數(shù)：地址、數(shù)據(jù)、控制三總線之和。⑥總線控制方式：包括并發(fā)工作、自動(dòng)配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。⑦負(fù)載能力：驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。7．6總線標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展過(guò)程1．PC／XT總線(8086CPU)總線工作頻率為4.77MHz，總線寬度為1Byte(8bit)，傳送一次數(shù)據(jù)所需2個(gè)時(shí)鐘周期數(shù)，總線傳輸率為4.77×1÷2=2.38MB／s。支持8位雙向數(shù)據(jù)傳輸和20位尋址空間該總線的特點(diǎn)是把CPU視為總線的唯一主控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。2．ISA（IndustryStandardArchitecture）總線(80286)ISA總線的工作頻率為8MHz;總線寬度為2Byte，傳送一次數(shù)據(jù)所需要2個(gè)時(shí)鐘周期數(shù)，總線傳輸率=8×2÷2=8MB／s。數(shù)據(jù)線16個(gè)引腳、地址線27個(gè)引腳與PC／XT總線相比，ISA總線不僅增加了數(shù)據(jù)線寬度和尋址空間，還加強(qiáng)了中斷處理（新增了7個(gè)中斷級(jí)別）和DMA（新增了3個(gè)DMA）傳輸能力，并且具備了一定的多主功能。3．MCA（MicroChannelArchitecture）總線(80386)總線時(shí)鐘為10MHz;最大數(shù)據(jù)傳輸率為40MB／s。MCA配有總線仲裁機(jī)構(gòu)，可支持16個(gè)總線主控制器，允許共享中斷級(jí)，適用于多用戶、多任務(wù)的環(huán)境。其數(shù)據(jù)寬度為32位，地址總線寬度也為32位，尋址空間4GB。但是，由于MCA總線與ISA總線不兼容4．EISA（ExtendedIndustryStandardArchitecture）總線總線時(shí)鐘為8.33MHz,傳輸率為33MB／s是32位總線，支持多處理器結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的I／O擴(kuò)展能力和負(fù)載能力，支持多總線主控，適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、高速圖像處理、多媒體等領(lǐng)域。該總線除了具有與MCA總線完全相同的功能外，還與ISA總線100％兼容。5．VESA（VideoElectronicsStandardsAssociation視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）總線簡(jiǎn)稱VL總線(80486)VESA數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線時(shí)鐘與CPU主頻有關(guān)，最大不超過(guò)40MHz，總線最高傳輸率132MB／s。地址總線寬度32位，最大尋址空間為4GB。VESA標(biāo)準(zhǔn)總線幾乎是486CPU信號(hào)的延伸，VESA標(biāo)準(zhǔn)總線與486匹配達(dá)到最佳。6．PCI（PeripheralComponentInterconnect）總線PCI局部總線帶寬32位，可擴(kuò)展至64位；工作頻率為33MHz,最大傳輸率133MB/s。從結(jié)構(gòu)上看，PCI局部總線是在ISA總線和CPU總線之間增加一級(jí)總線，由PCI局部總線控制器（或稱為“橋”，Bridge）相連接。PCI總線7．AGP總線

(AcceleratedGraphicsPort)AGP的設(shè)計(jì)其實(shí)也是在PCI2.1版規(guī)范基礎(chǔ)之上擴(kuò)充修改而成，工作頻率為66MHz，1X模式下帶寬為266MB/S，是PCI總線的兩倍。后來(lái)依次又推出了AGP2X、AGP4X，AGP8X，帶寬已經(jīng)達(dá)到了2.1GB/s，是PCI總線帶寬的16倍。AGP的最大特色在于這是一條獨(dú)立的北橋到顯卡數(shù)據(jù)通道，不存在與其他設(shè)備共享總線資源的風(fēng)險(xiǎn)，最大限度的照顧了顯卡的數(shù)據(jù)吞吐要求。AGP總線有兩種工作方式，一種是直接內(nèi)存訪問(wèn)方式DMA（DirectMemoryAccess），另一種是直接內(nèi)存執(zhí)行方式DME（DirectMemoryExecute）。二者最大的區(qū)別在于3D圖形加速芯片是否能直接利用系統(tǒng)內(nèi)存中紋理貼圖數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染。當(dāng)AGP總線工作在DMA方式時(shí)，AGP總線先將系統(tǒng)主內(nèi)存中的紋理和其他數(shù)據(jù)裝載到圖形加速器的本地內(nèi)存中，象紋理映射、明暗度調(diào)整、Z向緩沖等工作都由圖形加速器在本地內(nèi)存中執(zhí)行。在此模式下，AGP總線基本上與PCI的圖形加速器的工作方式大致一樣，而圖形加速器只是擁有了AGP總線高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。當(dāng)AGP總線處于DME方式時(shí)，圖形數(shù)據(jù)可直接在系統(tǒng)主內(nèi)存中執(zhí)行，而不需要將原始數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)綀D形控制器。這樣做的好處是可減少主內(nèi)存和圖形控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸量，尤其是在貼圖數(shù)據(jù)量很大時(shí)，優(yōu)勢(shì)更加明顯。8．EV6總線AMD研發(fā)了AlphaEV6總線，采用源同步時(shí)鐘技術(shù)，可以利用同一方波的上升沿和下降沿分別完成一次觸發(fā)，這就可以輕易的使處理器與芯片組之間的總線頻率達(dá)到兩倍于外頻的速度。以AthlonXP2000+為例，2000+的外頻為133MHz，前端總線頻率就達(dá)到了133MHz×2=266MHz。AlphaEV6總線發(fā)布以后，前端總線頻率開始和CPU外頻分道揚(yáng)鑣，它們之間已經(jīng)無(wú)法再劃上等號(hào)。外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度，也就是說(shuō)，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)每秒鐘震蕩一千萬(wàn)次。前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋?00MHz前端總線頻率指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz×64bit÷8Byte=800MB/s。9．HyperTransport總線1999年，AMD在MicroprocessorsForum上首次提出了HyperTransport總線的概念，當(dāng)時(shí)被稱為閃電數(shù)據(jù)傳輸LDT（LightningDataTransport），在2001年2月正式改名為HyperTransport。雙點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單向鏈路，每一條數(shù)據(jù)路徑寬度可以是2、4、8、16和32bit。由于HyperTransport是由兩條端到端的單向數(shù)據(jù)傳輸路徑組成（一條為輸入、一條為輸出），工作頻率從200MHz到1600MHz可調(diào)。而且采用雙時(shí)鐘頻率觸發(fā)技術(shù)，當(dāng)路徑寬度設(shè)置為32bit，同時(shí)在800MHz下（等效1600MHz）工作，就可實(shí)現(xiàn)12.8GB/s的帶寬。HyperTransport技術(shù)聯(lián)盟隨后又正式發(fā)布了HyperTransport2.0規(guī)格，使頻率成功提升到了1.0GHz、1.2GHz和1.4GHz，最大帶寬由原來(lái)的12.8GB/s提升到22.4GB/s。10．PCIE（3GIO）總線(3rdGenerationI/O，也就是3GIO)，也就是后來(lái)的PCIExpress總線規(guī)范PCIExpress總線也是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接的設(shè)備連接方式。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)意味著每一個(gè)PCIExpress設(shè)備都擁有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)連接，各個(gè)設(shè)備之間并發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸互不影響。PCIExpress