第七章總線系統(tǒng)

1、16、7、10、11第七章第七章 作業(yè)作業(yè)2 總線的基本概念（總線的基本概念（重點重點） 總線結構（總線結構（重點重點） 總線控制（總線控制（難點難點） 總線接口總線接口 常用總線常用總線第七章第七章 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)3一、總線概念一、總線概念總線：總線：計算機多個功能部件間進行信息傳送的公共通路。計算機多個功能部件間進行信息傳送的公共通路。 借助總線連接，計算機在各系統(tǒng)功能部件之間實現(xiàn)借助總線連接，計算機在各系統(tǒng)功能部件之間實現(xiàn)地址、地址、數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)和控制信息的信息的交換交換，并在，并在爭用資源爭用資源的基礎上進行工作。的基礎上進行工作。總線的兩個基本特征總線的兩個基本特征 共享性：共享

2、性：指多個部件連接在同一組總線上，各部件之間指多個部件連接在同一組總線上，各部件之間相互交換的信息都可以通過這組總線傳送。相互交換的信息都可以通過這組總線傳送。 分時性：分時性：同一時刻總線只能在一對部件之間傳送信息，同一時刻總線只能在一對部件之間傳送信息，系統(tǒng)中的多個部件不能同時傳送信息。系統(tǒng)中的多個部件不能同時傳送信息。 7.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念4二、總線的特性二、總線的特性 物理特性：物理特性：指總線的物理連接方式。指總線的物理連接方式。 功能特性：功能特性：總線中每一根線的功能?？偩€中每一根線的功能。 電氣特性：電氣特性：每一根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍。每一

3、根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍。 時間特性：時間特性：每根線在什么時間有效。每根線在什么時間有效。7.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念5三、總線的分類三、總線的分類（不同的分類標準不同的分類標準-多種分類方法）多種分類方法）7.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念內總線內總線外總線外總線物理位置物理位置單向總線單向總線雙向總線雙向總線傳送方向傳送方向數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線信息種類信息種類地址總線地址總線單總線單總線三總線三總線總線數(shù)目總線數(shù)目雙總線雙總線67.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念串行總線串行總線并行總線并行總線傳送方式傳送方式芯片級總線芯片級總線接

4、口總線接口總線三個層次三個層次系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線：一個功能部件內部的總線，：一個功能部件內部的總線，CPU內內：單機系統(tǒng)各功能部件間的總線：單機系統(tǒng)各功能部件間的總線：連接不同系統(tǒng)的總線：連接不同系統(tǒng)的總線7一個一個單處理器系統(tǒng)單處理器系統(tǒng)中的總線，分為三類：中的總線，分為三類： 內部總線：內部總線：CPUCPU內部連接各寄存器及運算部件之間的內部連接各寄存器及運算部件之間的總線?？偩€。（片級總線（片級總線 ） 系統(tǒng)總線：系統(tǒng)總線：CPUCPU同計算機系統(tǒng)的其他高速功能部件之同計算機系統(tǒng)的其他高速功能部件之間互相連接的總線。間互相連接的總線。（內部總線（內部總線 ） I/OI/O總線：總線：中、

5、低速中、低速I/OI/O設備之間互相連接的總線設備之間互相連接的總線（外部總線（外部總線 ）。7.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念8四、總線的性能指標四、總線的性能指標總線寬度：總線寬度：數(shù)據(jù)總線的條數(shù)，用數(shù)據(jù)總線的條數(shù)，用bitbit（位）表示，目前（位）表示，目前常用的是常用的是3232位和位和6464位數(shù)據(jù)總線。位數(shù)據(jù)總線。標準傳輸率：標準傳輸率：總線上每秒能傳輸?shù)淖畲笞止?jié)量，單位總線上每秒能傳輸?shù)淖畲笞止?jié)量，單位是是MB/sMB/s。 例如：例如：PCIPCI總線的寬度為總線的寬度為3232位，總線時鐘頻率為位，總線時鐘頻率為33 33 MHzMHz，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為，則最

6、大數(shù)據(jù)傳輸速率為132 MB/s。3. 3. 總線帶寬：總線帶寬：總線本身所能達到的最高傳輸速率。單位總線本身所能達到的最高傳輸速率。單位是兆字節(jié)是兆字節(jié)/ /秒（秒（MB/SMB/S）7.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念94. 4. 總線時鐘：總線時鐘：總線中各種信號的定時基準。總線中各種信號的定時基準。總線總線時鐘的周期稱為時鐘的周期稱為總線周期總線周期。5. 5. 多路復用技術：多路復用技術：為了提高總線效率，將數(shù)據(jù)總為了提高總線效率，將數(shù)據(jù)總線與地址總線線與地址總線共用一組物理線路共用一組物理線路，總線在某一，總線在某一時刻傳輸?shù)刂反a，而在另一時刻傳輸數(shù)據(jù)信號時刻傳輸?shù)刂反a，而

7、在另一時刻傳輸數(shù)據(jù)信號或命令信號。或命令信號。7.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念10五、總線的組成五、總線的組成傳輸線：傳輸線：包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制、時序和中斷信號包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制、時序和中斷信號線、電源線、備用線。線、電源線、備用線?？偩€控制器：總線控制器：總線仲裁控制邏輯，驅動器和中斷邏輯?？偩€仲裁控制邏輯，驅動器和中斷邏輯。接口電路：接口電路：總線與各個部件之間需要通過接口進行連接?？偩€與各個部件之間需要通過接口進行連接。7.1 7.1 總線的基本概念總線的基本概念11一、總線結構一、總線結構 通過通過設備適配器設備適配器將種類繁多、速度各異的外圍設備連接到將種類繁

8、多、速度各異的外圍設備連接到CPUCPU上，使他們能夠一起正常工作。上，使他們能夠一起正常工作。設備適配器設備適配器也稱為也稱為接口接口。 根據(jù)根據(jù)連接方式連接方式不同，單機系統(tǒng)中采用的總線結構有兩種基不同，單機系統(tǒng)中采用的總線結構有兩種基本類型：本類型：單總線系統(tǒng)單總線系統(tǒng)多總線系統(tǒng)多總線系統(tǒng)7.2 7.2 總線結構總線結構127.2 7.2 總線結構總線結構1. 單總線結構單總線結構 CPU內存內存接口接口外設外設接口接口外設外設系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線優(yōu)點：設備擴充、增刪方便、靈活優(yōu)點：設備擴充、增刪方便、靈活缺點：缺點：分時分時使用總線使用總線137.2 7.2 總線結構總線結構2. 雙總線結

9、構雙總線結構-面向面向CPU的雙總線結構的雙總線結構 優(yōu)點：簡單，對總線傳輸速率要求低優(yōu)點：簡單，對總線傳輸速率要求低缺點：缺點：I/O設備與內存交換信息需經設備與內存交換信息需經CPU，CPU效率低效率低CPU存儲器存儲器存儲總線存儲總線接口接口外設外設接口接口外設外設I/O總線總線147.2 7.2 總線結構總線結構雙總線結構雙總線結構-面向存儲器的雙總線結構面向存儲器的雙總線結構 CPU內存內存接口接口外設外設接口接口外設外設系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲存儲總線總線特點：存取速度提高，減輕了系統(tǒng)總線負擔特點：存取速度提高，減輕了系統(tǒng)總線負擔缺點：硬件成本高，總線控制邏輯復雜缺點：硬件成本高，總線

10、控制邏輯復雜15CPU主存主存設備設備適配器適配器設備設備適配器適配器IOPI/O總線總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲總線存儲總線7.2 7.2 總線結構總線結構3. 三總線結構三總線結構16CPU主存主存設備設備適配器適配器設備設備適配器適配器IOPI/O總線總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線存儲總線存儲總線 通道的功能：通道的功能：對外設的統(tǒng)一管理；完成外設與主存，對外設的統(tǒng)一管理；完成外設與主存，CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。之間的數(shù)據(jù)傳送。 特點：特點：提高了提高了CPU工作效率，同時也最大限度的提高外設工作效率，同時也最大限度的提高外設的工作速度。的工作速度。7.2 7.2 總線結構總線結構17二、總線結構對計算

11、機系統(tǒng)性能的影響二、總線結構對計算機系統(tǒng)性能的影響 最大存儲容量最大存儲容量 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 吞吐量吞吐量 7.2 7.2 總線結構總線結構18單總線結構：主存、外設統(tǒng)一編址單總線結構：主存、外設統(tǒng)一編址例：例：ABAB為為1616位，則最大容量為位，則最大容量為64K64K 60K4K0000HF3FFHF400HFFFFH主存外設主存容量主存容量存儲總線存儲總線- AB=16-64K外設外設-系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線-AB=8 -2567.2 7.2 總線結構總線結構20注：注：指令系統(tǒng)中，訪問指令系統(tǒng)中，訪問主存、外設主存、外設的指令由于總線的結構不同的指令由于總線的結構不同 而不同。而不同。

12、例：單總線例：單總線：主存：主存- -外設統(tǒng)一編址，所以只有一條指令。外設統(tǒng)一編址，所以只有一條指令。 如：如：MOV AMOV A，0000H0000H； A-A-主存主存 MOV AMOV A，F(xiàn)FE0HFFE0H；A-A-外設外設 多總線：多總線：主存、外設單獨編址，所以需要兩種命令。主存、外設單獨編址，所以需要兩種命令。7.2 7.2 總線結構總線結構如：如：MOV AMOV A，0020H0020H； A-A-主存主存 主存?zhèn)魉椭鞔鎮(zhèn)魉?IN AIN A，20H20H； A-A-外設外設 OUT (20)OUT (20)，A A； 外設外設-A-A外設傳送外設傳送21 早期總線的結構

13、早期總線的結構 實際上是處理器芯片引腳的延伸，是實際上是處理器芯片引腳的延伸，是處理器處理器與與I/OI/O設備設備適適配器配器的通道。的通道。 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 地址線地址線 控制線控制線7.2 7.2 總線結構總線結構22CPUCPU存儲器存儲器模塊模塊輸入設備輸入設備接口接口輸出設備輸出設備接口接口7.2 7.2 總線結構總線結構不足：不足：CPU是總線上的唯一是總線上的唯一主控者主控者。 總線信號是總線信號是CPU引腳信號的延伸，故總線結構緊密與引腳信號的延伸，故總線結構緊密與CPU相關，通用性較差。相關，通用性較差。23 當代總線結構當代總線結構（與結構、（與結構、CPU等無關）等無關）

14、 數(shù)據(jù)傳送總線：數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線和控制線組成。由地址線、數(shù)據(jù)線和控制線組成。 仲裁總線：仲裁總線：包括包括總線請求線和總線授權線總線請求線和總線授權線 中斷和同步總線：中斷和同步總線：包括包括中斷請求線和中斷認可線中斷請求線和中斷認可線。 公用線：公用線：包括時鐘信號線、電源線、地線和系統(tǒng)復包括時鐘信號線、電源線、地線和系統(tǒng)復位線等。位線等。7.2 7.2 總線結構總線結構24CPU-CACHE模塊模塊存儲器存儲器模塊模塊I/O適配器適配器總線總線控制器控制器數(shù)據(jù)傳送總線（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線）數(shù)據(jù)傳送總線（數(shù)據(jù)線、地址線、控制線）仲裁總線仲裁總線中斷和同步總線中斷和同步總線公

15、用線公用線7.2 7.2 總線結構總線結構25一、信息的傳送方式一、信息的傳送方式 串行傳送串行傳送按順序傳送一個數(shù)碼的所有二進制位，每次按順序傳送一個數(shù)碼的所有二進制位，每次一位。被傳送的數(shù)據(jù)需要在發(fā)送部件進行并串變換，一位。被傳送的數(shù)據(jù)需要在發(fā)送部件進行并串變換，稱為稱為拆卸拆卸，反之稱為，反之稱為裝配裝配。 并行傳送并行傳送 對每個數(shù)據(jù)位需要單獨一條傳輸線，信息有對每個數(shù)據(jù)位需要單獨一條傳輸線，信息有多少二進制位組成，就需要多少條傳輸線。多少二進制位組成，就需要多少條傳輸線。 分時傳送分時傳送 傳輸線上采用總線復用方式傳送地址和數(shù)據(jù)傳輸線上采用總線復用方式傳送地址和數(shù)據(jù)信息；共享總線的部

16、件信息；共享總線的部件分時分時使用總線。使用總線。7.3 7.3 總線接口總線接口2627 接口接口即即I/O設備設備適配器適配器，具體指，具體指CPU和主存、外圍和主存、外圍設備之間通過總線進行連接的邏輯部件。設備之間通過總線進行連接的邏輯部件。 接口部接口部件在它動態(tài)連接的兩個部件之間起著件在它動態(tài)連接的兩個部件之間起著“轉換器轉換器”的作用，以便實現(xiàn)彼此之間的信息傳送。的作用，以便實現(xiàn)彼此之間的信息傳送。7.3 7.3 總線接口總線接口二、二、 總線接口的基本概念總線接口的基本概念28 接口的功能：接口的功能：緩沖：緩沖：設置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯，以適應設置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯，以適應C

17、PU與外設與外設之間的速度差異；協(xié)調時序差異；之間的速度差異；協(xié)調時序差異；轉換：轉換：進行進行CPU和外設之間的數(shù)據(jù)類型、格式及電平差和外設之間的數(shù)據(jù)類型、格式及電平差易等方面的轉換；易等方面的轉換；譯碼：譯碼：地址譯碼和設備選擇；地址譯碼和設備選擇；控制：控制：接口模塊靠指令信息來控制外圍設備的動作；接口模塊靠指令信息來控制外圍設備的動作；狀態(tài)：狀態(tài)：監(jiān)視外圍設備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息；監(jiān)視外圍設備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息；中斷和中斷和DMA控制：控制：設置中斷和設置中斷和DMA控制邏輯，保證在控制邏輯，保證在中斷和中斷和DMA允許的情況下產生中斷和允許的情況下產生中斷和DMA請求信號。

18、請求信號。7.3 7.3 總線接口總線接口29總線控制：總線控制：包括包括總線仲裁總線仲裁和和總線通信控制總線通信控制 總線仲裁總線仲裁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和被動主動和被動兩種形態(tài)。兩種形態(tài)。CPUCPU及及I/OI/O模塊都可模塊都可以作為主設備提出總線請求。每次總線操作只能有一個以作為主設備提出總線請求。每次總線操作只能有一個主方主方占用總線占用總線控制權?？刂茩?。為了解決多個為了解決多個主設備主設備同時同時競爭總線控制權競爭總線控制權，必須具有，必須具有總線仲裁部件總線仲裁部件，以某種方式選擇其中一個主設備作為總線的下一次主方。以某種方式選擇其中一個主設備

19、作為總線的下一次主方。對多個主設備提出的占用總線請求，一般采用對多個主設備提出的占用總線請求，一般采用優(yōu)先級優(yōu)先級或或公平策略公平策略進行進行仲裁。仲裁。7.4 7.4 總線控制總線控制30 按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為集中式仲裁集中式仲裁和和分布式仲裁分布式仲裁兩類。兩類。 集中式集中式 鏈式查詢方式鏈式查詢方式 計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式 獨立請求方式獨立請求方式 分布式分布式7.4 7.4 總線控制總線控制31一、集中式仲裁一、集中式仲裁 每個功能模塊有每個功能模塊有兩條線兩條線連到中央仲裁器：送往仲裁器的連到中央仲裁器：送往

20、仲裁器的總總線請求信號線線請求信號線BR(Bus Request)，仲裁器送出的，仲裁器送出的總線授權信號線總線授權信號線BG(Bus agreed)。 1.1.鏈式查詢方式鏈式查詢方式BR-總線請求信號；總線請求信號；BG-總線授權信號；總線授權信號；BS-總線忙總線忙7.4 7.4 總線控制總線控制中央中央仲裁器仲裁器設備接口設備接口0設備接口設備接口1設備接口設備接口NBGBRBS32 鏈式查詢的過程：鏈式查詢的過程： 總線仲裁器接到總線仲裁器接到總線請求總線請求后，若后，若BS=0，則總線授權信號，則總線授權信號串行地從一個串行地從一個I/O接口傳送到下一個接口傳送到下一個I/O接口；

21、接口； 假如假如BG到達的接口無總線請求，則繼續(xù)往下查詢；到達的接口無總線請求，則繼續(xù)往下查詢； 假如假如BG到達的接口有總線請求，到達的接口有總線請求，BG信號便不再往下查詢，信號便不再往下查詢，該該I/O接口就獲得了總線控制權，使接口就獲得了總線控制權，使BS=1。7.4 7.4 總線控制總線控制33 特點：特點： 判優(yōu)方法簡單，判優(yōu)方法簡單，擴充設備容易擴充設備容易； 總線請求總線請求優(yōu)先級較低的設備容易被忽略優(yōu)先級較低的設備容易被忽略； 總線授權信號串行傳送，因設備的差錯，容易造成堵塞。總線授權信號串行傳送，因設備的差錯，容易造成堵塞。 優(yōu)點：優(yōu)點：只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序實現(xiàn)

22、總線仲裁。只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序實現(xiàn)總線仲裁。 缺點：缺點：對詢問鏈的電路故障很敏感對詢問鏈的電路故障很敏感。7.4 7.4 總線控制總線控制342. 2. 計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式 與鏈式查詢方式相比，計數(shù)器定時查詢方式，與鏈式查詢方式相比，計數(shù)器定時查詢方式，多了多了一一組設備地址線，組設備地址線，少了少了一根總線允許線一根總線允許線BGBG。 7.4 7.4 總線控制總線控制35計數(shù)器定時查詢過程：計數(shù)器定時查詢過程： 各設備經各設備經BR發(fā)出請求；發(fā)出請求； 總線仲裁電路判斷：當總線仲裁電路判斷：當BS=0時，開始計數(shù)；時，開始計數(shù)； 計數(shù)值經地址線送各設備：計數(shù)

23、值計數(shù)值經地址線送各設備：計數(shù)值=某設備，該設備獲某設備，該設備獲總線授權；總線授權； 當計數(shù)從當計數(shù)從0開始時，誰的地址號越小越優(yōu)先，當計數(shù)值開始時，誰的地址號越小越優(yōu)先，當計數(shù)值從終止點開始，所有設備優(yōu)先級相同。從終止點開始，所有設備優(yōu)先級相同。優(yōu)點：比較靈活。優(yōu)點：比較靈活。缺點：控制線數(shù)比較多，控制復雜。缺點：控制線數(shù)比較多，控制復雜。7.4 7.4 總線控制總線控制363.3.獨立請求方式獨立請求方式 每一個共享總線的設備均有一對總線請求線每一個共享總線的設備均有一對總線請求線BR和總線授權和總線授權線線BG。 中央仲裁器設備接口0設備接口1設備接口NBG0BR0BR1BG1BGnB

24、Rn7.4 7.4 總線控制總線控制37過程：過程： 每個設備有獨立的總線請求線每個設備有獨立的總線請求線BRBR至總線仲裁；總線總裁至總線仲裁；總線總裁也對每個設備送總線授權線。也對每個設備送總線授權線。 當有總線請求時，有總線總裁內部進行判優(yōu)裁決。當有總線請求時，有總線總裁內部進行判優(yōu)裁決。優(yōu)點：優(yōu)點：判優(yōu)及相應的速度快；優(yōu)先次序控制靈活。判優(yōu)及相應的速度快；優(yōu)先次序控制靈活。缺點：缺點：設備、電路復雜。設備、電路復雜。7.4 7.4 總線控制總線控制38二、分布式仲裁二、分布式仲裁 不需要中央仲裁器不需要中央仲裁器，每個潛在的主方功能模塊都有，每個潛在的主方功能模塊都有自己的自己的仲仲裁

25、號和仲裁器。當它們有總線請求時，把它們唯一的仲裁號裁號和仲裁器。當它們有總線請求時，把它們唯一的仲裁號發(fā)送到發(fā)送到共享的仲裁總線共享的仲裁總線上，每個仲裁器將仲裁總線上得到的上，每個仲裁器將仲裁總線上得到的號與自己的號進行比較。如果仲裁總線上的號大，則它的總號與自己的號進行比較。如果仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應，并撤消它的仲裁號。線請求不予響應，并撤消它的仲裁號。 最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。顯然，分布式仲最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。顯然，分布式仲裁是以裁是以優(yōu)先級仲裁策略優(yōu)先級仲裁策略為基礎。為基礎。7.4 7.4 總線控制總線控制39中央處理器設備接口0設備

26、接口1設備接口N3127.4 7.4 總線控制總線控制40一、總線的定時一、總線的定時l 總線的一次信息傳送過程，大致可分為五個階段：總線的一次信息傳送過程，大致可分為五個階段： 請求總線，總線仲裁，尋址，信息傳送，狀態(tài)返回（錯請求總線，總線仲裁，尋址，信息傳送，狀態(tài)返回（錯誤報告）誤報告）l 定時：定時：指事件出現(xiàn)在總線上的時序關系。指事件出現(xiàn)在總線上的時序關系。l 數(shù)據(jù)傳送過程中采用兩種定時方式：數(shù)據(jù)傳送過程中采用兩種定時方式： 同步定時和異步定時同步定時和異步定時 7.5 7.5 總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式411. 1. 同步定時同步定時7.5 7.5 總線的定時和

27、數(shù)據(jù)傳輸模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式同步總線讀操作時序同步總線讀操作時序42同步定時特點：同步定時特點： 出現(xiàn)在總線上的出現(xiàn)在總線上的地址或數(shù)據(jù)地址或數(shù)據(jù)都由都由統(tǒng)一統(tǒng)一的時鐘信號定時控制；的時鐘信號定時控制； 具有具有較高較高的傳輸頻率；的傳輸頻率； 對所有模塊都用同一限時，必須按最慢速度部件來設計公共對所有模塊都用同一限時，必須按最慢速度部件來設計公共時鐘，當各功能模塊存取時間相差很大時，會嚴重影響總線時鐘，當各功能模塊存取時間相差很大時，會嚴重影響總線的工作效率，的工作效率， 適用于總線長度較短、各功能模塊存取時間應比較接近的情適用于總線長度較短、各功能模塊存取時間應比較接近的情況。況。

28、7.5 7.5 總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式432.2.異步定時異步定時異步總線讀操作時序異步總線讀操作時序7.5 7.5 總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式主同步主同步 / /請求信號請求信號從同步從同步 / /響應信號響應信號44異步定時特點：異步定時特點： 無公共時鐘信號；無公共時鐘信號； 掛在總線上的模塊的存取時間差別較大；掛在總線上的模塊的存取時間差別較大； 傳送方式依靠應答信號，總線周期長度不固定。傳送方式依靠應答信號，總線周期長度不固定。7.5 7.5 總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式45 讀、寫操作讀、寫操作 塊傳送操作塊傳送操

29、作 寫后讀、讀修改寫操作寫后讀、讀修改寫操作 廣播、廣集操作廣播、廣集操作二、總線數(shù)據(jù)傳送模式二、總線數(shù)據(jù)傳送模式7.5 7.5 總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式總線的定時和數(shù)據(jù)傳輸模式467.6 7.6 總線標準總線標準總線的標準化總線的標準化-各廠家生產的相同功能部件可以各廠家生產的相同功能部件可以互換互換使用使用總線標準總線標準-內部總線（系統(tǒng)總線）內部總線（系統(tǒng)總線）和和設備總線設備總線。一、系統(tǒng)總線標準一、系統(tǒng)總線標準 PCPC總線總線 最早的最早的PCPC機的系統(tǒng)總線是機的系統(tǒng)總線是IBMIBM公司于公司于19811981年推出的基于準年推出的基于準1616位機位機PC/XTPC/XT的總

30、線，稱為的總線，稱為PCPC總線總線。 8 8位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，2020位地址線，支持位地址線，支持8 8級外部中斷請求，級外部中斷請求，4 4個個DMADMA傳送通道。傳送通道。477.6 7.6 總線標準總線標準2. 2. ISA（AT）總線（）總線（Industry Standard Architecture） 1984年年IBM公司推出了公司推出了16位位PC機機PC/AT，其總線稱為，其總線稱為AT總線總線。然而。然而IBM公司從未公布過他們的公司從未公布過他們的AT總線規(guī)格。盡管各總線規(guī)格。盡管各兼容機廠商模仿出了兼容機廠商模仿出了AT總線，但還是存在某些模糊不清的解總線，但還是

31、存在某些模糊不清的解釋，為了能夠更好的合理開發(fā)外接插板，由釋，為了能夠更好的合理開發(fā)外接插板，由Intel公司、公司、IEEE和和EISA集團聯(lián)合開發(fā)出與集團聯(lián)合開發(fā)出與IBM/AT原裝機總線意義相近的原裝機總線意義相近的ISA（Industry Standard Architecture）總線）總線(因此通常我們也因此通常我們也把位和位把位和位16位兼容的位兼容的AT總線稱為總線稱為ISA)。最大傳輸率為。最大傳輸率為8MB/S。487.6 7.6 總線標準總線標準3. 3. EISA總線總線88年，在年，在Compaq、AST、EPSON等九家公司的聯(lián)合等九家公司的聯(lián)合下，在下，在ISA的

32、基礎上為的基礎上為32位微機推出了位微機推出了EISA(Extended Industry Standard Architecture)總線?？偩€。32位地址線，位地址線，32位數(shù)據(jù)線，最大傳輸率位數(shù)據(jù)線，最大傳輸率 33MBS497.6 7.6 總線標準總線標準4. 4. VESA總線總線 VESA（Video Electronic Standard Association）總線是以）總線是以視頻電子標準協(xié)會視頻電子標準協(xié)會制定而得名，也叫制定而得名，也叫VL BUS（VESA Local Bus）即）即VESA局部總線局部總線。它是專門為。它是專門為Intel 80486 CPU系統(tǒng)系統(tǒng)的

33、高速視頻信號處理而設計的。的高速視頻信號處理而設計的。 VESA是是32位高速總線，也允許擴展到位高速總線，也允許擴展到64位。它的工作位。它的工作時鐘為時鐘為33MHz，最大允許到，最大允許到66MHz，數(shù)據(jù)傳輸率為，數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/S。507.6 7.6 總線標準總線標準5. PCI5. PCI總線總線 （Peripheral Component Interconnect Peripheral Component Interconnect 周邊元件擴展接口周邊元件擴展接口) ) 由由Intel公司發(fā)布，自身采用公司發(fā)布，自身采用33MHz的總線時鐘頻率，數(shù)據(jù)的總線時鐘頻率，數(shù)據(jù)線線

34、3264位，總線最大傳輸率為位，總線最大傳輸率為132MB/S 264MB/S 。 （32338 132MB/S ）PCI 1.0： 1991年，年，32位，時鐘頻率位，時鐘頻率33MHZPCI 2.0： 1993年年5月，月，64位，時鐘頻率位，時鐘頻率66MHz目前最新版本為目前最新版本為PCI 2.1PCI 2.1。517.6 7.6 總線標準總線標準說明：說明：目前廣泛采用的是目前廣泛采用的是32-bit32-bit、33MHz 33MHz 的的PCI PCI 總線，總線，64bit64bit的的PCIPCI插槽更多是應用于服務器產品。插槽更多是應用于服務器產品。目前目前PCIPCI擴

35、展卡已成為微機高速擴展卡的主流，包括擴展卡已成為微機高速擴展卡的主流，包括顯卡、顯卡、聲卡、聲卡、ModemModem卡、網卡和視頻卡卡、網卡和視頻卡等。等。527.6 7.6 總線標準總線標準53PCIPCI總線結構（臺式計算機中總線結構（臺式計算機中 ）54PCIPCI總線結構（多處理器系統(tǒng)中總線結構（多處理器系統(tǒng)中）橋（橋（bridge) 是一個總線是一個總線轉換轉換部件，連接兩條總線，使總線間相互通信。部件，連接兩條總線，使總線間相互通信。55 大多數(shù)計算機采用了分層次的多總線結構。在這種結構中，大多數(shù)計算機采用了分層次的多總線結構。在這種結構中，速度差異較大的設備模塊使用不同速度的總

36、線，而速度相速度差異較大的設備模塊使用不同速度的總線，而速度相近的設備模塊使用同一類總線。近的設備模塊使用同一類總線。 PentiumPentium是一個三層次的多總線結構：是一個三層次的多總線結構： CPUCPU總線，總線，PCIPCI總線和總線和ISAISA總線總線 計算機主板的總線結構框圖如下：計算機主板的總線結構框圖如下：總線結構實例總線結構實例56577.6 7.6 總線標準總線標準6. AGP總線（總線（Accelerate Graphic Port）v是是Intel于于1996年年7月專門為月專門為Pentium 系統(tǒng)的系統(tǒng)的圖形控制器圖形控制器設設計的系統(tǒng)總線結構，計的系統(tǒng)總線

37、結構，在物理結構上在物理結構上與與PCI存在顯著區(qū)別，存在顯著區(qū)別，它十分默契地配合著它十分默契地配合著Pentium 的的高速浮點運算能力和高速浮點運算能力和MMX技術技術，目前幾乎壟斷了，目前幾乎壟斷了3D圖形加速卡的接口圖形加速卡的接口。587.6 7.6 總線標準總線標準597.6 7.6 總線標準總線標準AGP技術又分為技術又分為AGP 8x、 AGP 4x、AGP 2x和和AGP 1x等不等不同的標準。同的標準。 AGP1x 是是32位數(shù)據(jù)總線，工作時鐘是位數(shù)據(jù)總線，工作時鐘是66MHz，數(shù)據(jù)傳，數(shù)據(jù)傳輸率為輸率為264MB/S （3266M/8 264MB/S ），是），是PCI

38、的的二倍。二倍。 AGP 2x 的工作時鐘是的工作時鐘是133MHz，數(shù)據(jù)傳輸率是，數(shù)據(jù)傳輸率是532MB/S，是是PCI的四倍。的四倍。 AGP 4x，數(shù)據(jù)寬度擴展到，數(shù)據(jù)寬度擴展到64位，工作時鐘位，工作時鐘133MHz，數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸率高達據(jù)傳輸率高達1GB/S。 目前是目前是AGP 8x，數(shù)據(jù)傳輸率最高為，數(shù)據(jù)傳輸率最高為2.12GB/S AGP即將被即將被PCI Express取代取代 （？）（？）607.6 7.6 總線標準總線標準7. 7. 新式總線技術新式總線技術PCI Express 最新的總線和接口標準，最新的總線和接口標準，2002年由由IntelIntel提出。主要優(yōu)勢提

39、出。主要優(yōu)勢是數(shù)據(jù)傳輸速率高。是數(shù)據(jù)傳輸速率高。 PCI-E接口根據(jù)總線位寬不同而有接口根據(jù)總線位寬不同而有x1、x4、x8及x16等模式等模式目前有：目前有：PCI-E 1.0PCI-E 1.0、PCI-E 2.0 PCI-E 2.0 、PCI-E 3.0 PCI-E 3.0 規(guī)范規(guī)范注意：注意：PCIE2.0是技術規(guī)范，是技術規(guī)范，pcieX16是插口類型或傳輸模式是插口類型或傳輸模式 pcie1x pcie16x是兩種不同的傳輸模式是兩種不同的傳輸模式617.6 7.6 總線標準總線標準PCI-1.0PCI-1.0規(guī)范：規(guī)范： 1X 1X：采用單向采用單向2.5G的波特率傳輸，每一字節(jié)為

40、的波特率傳輸，每一字節(jié)為10位位(1位起始位起始位，位，8位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，1位結束位位結束位)，所以，所以傳輸速率傳輸速率為為 2.5G/10=250MB/S (250兆字節(jié)每秒兆字節(jié)每秒) 16X X：單向傳輸速率為：單向傳輸速率為250MB/S*16=4GB/S 雙向傳輸速率為雙向傳輸速率為8GB/S。627.6 7.6 總線標準總線標準PCI-2.0PCI-2.0規(guī)范：規(guī)范： 1X 1X：采用單向采用單向5G的波特率傳輸，每一字節(jié)為的波特率傳輸，每一字節(jié)為10位位(1位起始位起始位，位，8位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，1位結束位位結束位)，所以，所以傳輸速率傳輸速率為為 5G/10=500MB

41、/S (500兆字節(jié)每秒兆字節(jié)每秒) 16X X：單向傳輸速率為：單向傳輸速率為500MB/S*16=8GB/S 雙向傳輸速率為雙向傳輸速率為16GB/S。 PCI-E 32X(2.0標準標準)的雙向傳輸速率為的雙向傳輸速率為32GB/S637.6 7.6 總線標準總線標準PCI-3.0PCI-3.0規(guī)范：規(guī)范： 1X 1X：采用單向采用單向10G的波特率傳輸，每一字節(jié)為的波特率傳輸，每一字節(jié)為10位位(1位起始位起始位，位，8位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，1位結束位位結束位)，所以，所以傳輸速率傳輸速率為為 10G/10=1000MB/S (1000兆字節(jié)每秒兆字節(jié)每秒) 16X X：單向傳輸速率為：

42、單向傳輸速率為1000MB/S*16=16GB/S 雙向傳輸速率為雙向傳輸速率為32GB/S。 PCI-E 32X(3.0標準標準)的雙向傳輸速率高達的雙向傳輸速率高達64GB/S647.6 7.6 總線標準總線標準657.6 7.6 總線標準總線標準PCIE插槽插槽66二、設備總線二、設備總線 主要用于計算機系統(tǒng)的主要用于計算機系統(tǒng)的主機主機與與外部設備外部設備之間的互聯(lián)，也稱之間的互聯(lián)，也稱外部總線外部總線。總線與接口的區(qū)別：總線與接口的區(qū)別： 接口接口一般指主機與某類外設之間的一般指主機與某類外設之間的適配電路適配電路，其主要功能，其主要功能是是解決主機與外設在電壓等級、信號形式和速度上

43、的匹配問題解決主機與外設在電壓等級、信號形式和速度上的匹配問題。而總線主要是用于連接部件或設備的。而總線主要是用于連接部件或設備的。 通俗地講，通俗地講，總線的盡頭是接口總線的盡頭是接口。 7.6 7.6 總線標準總線標準67IDEIDE（ATAATA）接口）接口（Intelligent Device Electronics）即）即電子集成驅動器電子集成驅動器 目前最主流的目前最主流的硬盤接口和硬盤接口和光儲類的接口標準光儲類的接口標準IDE接口使用接口使用40芯或芯或80芯芯的扁平電纜連接硬盤與主板，每條線最多連接的扁平電纜連接硬盤與主板，每條線最多連接2個個IDE設備（硬盤或者光儲）。設備

44、（硬盤或者光儲）。 IDE可分為：可分為：UDMA/33，UDMA/66，UDMA/100，UDMA/133等。等。 1996年底，昆騰和英特爾公司共同開發(fā)了年底，昆騰和英特爾公司共同開發(fā)了Ultra DMA/33的新型的新型EIDE （Enhanced）接口，因其數(shù)據(jù)傳輸率為接口，因其數(shù)據(jù)傳輸率為33MB/s，故稱，故稱UDMA/33。優(yōu)點：優(yōu)點：價格低廉；兼容性非常好。價格低廉；兼容性非常好。缺點：缺點：速度慢；只能做內置使用，對接口電纜的長度有很速度慢；只能做內置使用，對接口電纜的長度有很 嚴格的限制。嚴格的限制。7.6 7.6 總線標準總線標準68PATAPATA和和SATASATA-

45、硬盤的并口和串口硬盤的并口和串口 PATA （Advanced Technology AttachmentAdvanced Technology Attachment）叫做叫做并行并行ATA硬盤硬盤 IDEIDE接口常被稱為接口常被稱為ATAATA接口，它采用的是一根四芯的電源線和一接口，它采用的是一根四芯的電源線和一根根8080芯芯的數(shù)據(jù)線與主板相連接。由于的數(shù)據(jù)線與主板相連接。由于IDEIDE口屬于口屬于并行并行接口，因此接口，因此為了和為了和SATASATA口硬盤相區(qū)別，口硬盤相區(qū)別，IDEIDE口硬盤也叫口硬盤也叫PATAPATA口硬盤?？谟脖P。 SATA叫叫串行串行ATA硬盤。它采用

46、一根如硬盤。它采用一根如USB插頭那樣細的電源線插頭那樣細的電源線和數(shù)據(jù)線與主板相連。和數(shù)據(jù)線與主板相連。 傳輸率：傳輸率： PATA較較SATA低。低。 現(xiàn)在：最現(xiàn)在：最快快的的PATA硬盤的傳輸速率是硬盤的傳輸速率是133MB/S 第一代第一代SATA，150MB/S，第二代，第二代SATA， 300MB/S7.6 7.6 總線標準總線標準697.6 7.6 總線標準總線標準702.SCSI2.SCSI總線總線/ /接口接口（Small Computer System InterfaceSmall Computer System Interface） SCSISCSI是一種用于是一種用于高

47、速外設高速外設的外部接口的外部接口適配器適配器卡，在計算機卡，在計算機外設接口尤其是外存儲設備接口方面，外設接口尤其是外存儲設備接口方面，SCSISCSI接口始終占據(jù)接口始終占據(jù)著高貴地位，這不僅是由于它的先進技術性能，也是由于著高貴地位，這不僅是由于它的先進技術性能，也是由于它的高價位。它的高價位。 SCSISCSI開發(fā)于開發(fā)于7070年代末，至今已有年代末，至今已有SCSI-1SCSI-1、SCSI-2SCSI-2以及以及SCSI-3SCSI-3等多種，等多種，SCSISCSI連接器分為內置和外置兩種連接器分為內置和外置兩種 。7.6 7.6 總線標準總線標準71SCSISCSI接口類型接

48、口類型 SCSI-1SCSI-1 SCSI-1 SCSI-1是第一個版本，異步數(shù)據(jù)傳輸率為是第一個版本，異步數(shù)據(jù)傳輸率為3MB/S3MB/S，同，同步數(shù)據(jù)傳輸率為步數(shù)據(jù)傳輸率為5MB/S5MB/S。采用特殊的。采用特殊的2525針的針的SCSISCSI接口。接口。 SCSI-2SCSI-2 SCSI-2 SCSI-2最初稱為最初稱為Fast SCSIFast SCSI，8 8位并行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)位并行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率提高到傳輸率提高到10MB/S10MB/S，可連接，可連接7 7個外設。標準接口為個外設。標準接口為5050線，信線，信號有差分方式和單端方式兩種。號有差分方式和單端方式兩種。

49、 Wide SCSIWide SCSI，1616位并行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率提高到位并行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率提高到20MB/S20MB/S，可連接，可連接1616個外設。個外設。 7.6 7.6 總線標準總線標準725050針針SCSISCSI插座插座7.6 7.6 總線標準總線標準SCSI-2用于用于硬盤、硬盤、CD-ROM驅動器和掃描儀驅動器和掃描儀等設備。等設備。73 SCSI-3 SCSI-3也稱為也稱為Ultra SCSI，數(shù)據(jù)傳輸率達到，數(shù)據(jù)傳輸率達到20MB/S，若，若使用使用16位傳輸模式，則數(shù)據(jù)傳輸率可高達位傳輸模式，則數(shù)據(jù)傳輸率可高達40MB/S。SCSI-3增加為一個增加為

50、一個68針接口，用于將針接口，用于將8位數(shù)據(jù)增加到位數(shù)據(jù)增加到32位位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。7.6 7.6 總線標準總線標準68針針SCSI-3 插座插座74 最新型最新型Ultra SCSIUltra SCSI Ultra 2 SCSIUltra 2 SCSI發(fā)表于發(fā)表于9797年，采用低電壓差分技術，使用年，采用低電壓差分技術，使用1616位傳輸模式，數(shù)據(jù)傳輸率達到位傳輸模式，數(shù)據(jù)傳輸率達到80MB/S80MB/S。Ultra 160/m SCSIUltra 160/m SCSI發(fā)表發(fā)表于于9898年，采用低電壓差分技術，并且每個時鐘可發(fā)送兩位數(shù)據(jù)，年，采用低電壓差分技術，并且每個時鐘可發(fā)送兩位數(shù)據(jù)

51、，數(shù)據(jù)傳輸率達到數(shù)據(jù)傳輸率達到160MB/160MB/S S。今天的。今天的Ultra 320 SCSIUltra 320 SCSI，速度從，速度從1.2MB/s1.2MB/s到現(xiàn)在的到現(xiàn)在的320MB/s320MB/s有了質的飛躍。目前的主流有了質的飛躍。目前的主流SCSISCSI硬盤硬盤都采用了都采用了Ultra 320 SCSIUltra 320 SCSI接口，能提供接口，能提供320MB/s320MB/s的接口傳輸速的接口傳輸速度。度。7.6 7.6 總線標準總線標準75SCSI的特點的特點 SCSI可以連接最多可以連接最多16個個設備，所有設備只需占用一個設備，所有設備只需占用一個I

52、RQ資源。資源。 SCSI允許在對一個設備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，另一個設備允許在對一個設備進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，另一個設備對其進行數(shù)據(jù)查找。這就可以在對其進行數(shù)據(jù)查找。這就可以在多任務多任務操作系統(tǒng)中獲得更操作系統(tǒng)中獲得更高的性能。高的性能。 SCSI對對CPU的占用率極低，在的占用率極低，在多任務多任務系統(tǒng)中的確占有明顯系統(tǒng)中的確占有明顯的優(yōu)勢。的優(yōu)勢。 SCSI設備具有智能化，提高了工作效率。設備具有智能化，提高了工作效率。 SCSI快快于于IDE。7.6 7.6 總線標準總線標準76SCSI接口接口優(yōu)點：優(yōu)點：適應面廣，在一塊適應面廣，在一塊SCSI控制卡上就可以同時掛接控制卡上就可以同時掛接15個設備；高性能；具有外置和內置兩種。個設備；高性能；具有外置和內置兩種。缺點：缺點：價格昂貴；安裝復雜。價格昂貴；安裝復雜。應用：應用：SCSI硬