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?存儲器輸入設備運算器控制器輸出設備程序存儲器輸出設備輸入設備運算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果計算數(shù)字計算機是由若干系統(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完整的計算機系統(tǒng)。計算機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部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質(zhì)串行并行4、總線結(jié)構(gòu)的計算機舉例（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設備1

I/O設備2……I/O接口I/O接口

I/O設備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設備1

I/O設備2I/O接口…

I/O設備nI/O接口…3.1（3）.以存儲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設備1…

I/O設備nI/O接口…存儲總線二、總線的分類（一）、邏輯結(jié)構(gòu)分類單向傳送總線：信息只能向一個方向傳送雙向傳送總線：信息可以向兩個方向傳送，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器字長、存儲字長有關單向與存儲地址、I/O地址有關有出有入計算機各部件之間的信息傳輸線存儲器讀、存儲器寫總線允許、中斷確認中斷請求、總線請求3.通信總線串行通信總線并行通信總線傳輸方式3.2用于計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信三、總線特性及性能指標CPU插板主存插板I/O插板（一)、總線物理實現(xiàn)BUS主板1.機械特性2.電氣特性3.功能特性4.時間特性(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的時序關系3.3地址數(shù)據(jù)控制(三)、總線的性能指標1.總線寬度2.總線帶寬3.時鐘同步/異步4.總線復用5.信號線數(shù)6.總線控制方式7.其他指標數(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)線復用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的總和負載能力并發(fā)、自動、仲裁、邏輯、計數(shù)3.3ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模塊系統(tǒng)總線標準（四）、總線標準化系統(tǒng)模塊3.3標準界面總線標準數(shù)據(jù)線總線時鐘帶寬ISA168MHz（獨立）33MBpsEISA328MHz（獨立）33MBpsVESA(VL-BUS)3232MHz（CPU）133MBpsPCI326433MHz（獨立）64MHz（獨立）132MBps528MBpsAGP3266.7MHz（獨立）133MHz（獨立）266MBps533MBpsRS-232串行通信總線標準數(shù)據(jù)終端設備（計算機）和數(shù)據(jù)通信設備（調(diào)制解調(diào)器）之間的標準接口USB串行接口總線標準普通無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）、總線標準四、總線連接方式適配器：實現(xiàn)高速CPU與低速外設之間工作速度上的匹配和同步，并完成計算機和外設之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。適配器通常稱為接口。

如何讓種類繁多、速度各異的外圍設備連接到計算機上呢？總線連接需要考慮一下兩點：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設備1

I/O設備2I/O接口…

I/O設備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I/O統(tǒng)一管理通道I/O接口設備n

……I/O接口設備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

主存設備1設備n高速外設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局部總線擴展總線接口擴展總線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展總線圖形Cache/橋1.傳統(tǒng)微型機總線結(jié)構(gòu)（三）、總線結(jié)構(gòu)舉例存儲器SCSIⅡ控制器主存控制器ISA、EISA8MHz的16位數(shù)據(jù)通路標準總線控制器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)通路標準總線控制器CPU主存控制器存儲器局部總線控制器

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標準總線控制器SCSIⅡ

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

標準總線CPUPentium機的總線結(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備(模塊)對總線有控制權(quán)從設備(模塊)響應從主設備發(fā)來的總線命令1.基本概念鏈式查詢計數(shù)器定時查詢獨立請求方式2.鏈式查詢方式總線控制部件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－總線請求BG－總線同意3.5I/O接口10BS

－總線忙BR－總線請求總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n設備地址3.計數(shù)器定時查詢方式I/O接口13.5計數(shù)器設備地址1排隊器排隊器4.獨立請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，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)主模塊撤消有關信息申請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)一時標控制數(shù)據(jù)傳送充分挖掘系統(tǒng)總線每個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答方式

，沒有公共時鐘標準同步、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主設備從設備請求回答(3)半同步通信同步發(fā)送方用系統(tǒng)時鐘前沿發(fā)信號

接收方用系統(tǒng)時鐘后沿判斷、識別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”響應信號

WAIT以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時序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

當為低電平時，等待一個TWAITTw

當為低電平時，等待一個TWAIT3.5

讀

命令WAIT

地址

數(shù)據(jù)3.5

時鐘總線傳輸周期T1T2TWTWT3T4(3)半同步通信（同步、異步結(jié)合）上述三種通信的共同點一個總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例）主模塊發(fā)地址、命令從模塊準備數(shù)據(jù)從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)