总线的仲裁课件

第六章第六章 总线系统总线系统返回1第六章 总线系统返回1本章内容本章内容6.1 总线的概念和结构形态总线的概念和结构形态6.2 总线接口总线接口6.3 总线的仲裁总线的仲裁6.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式6.5 HOST总线和总线和PCI总线总线6,6 InfiniBand标准标准2本章内容6.1 总线的概念和结构形态26.1总线的概念和结构形态总线的概念和结构形态l总线的基本概念总线的基本概念l总线的连接方式总线的连接方式l总线的内部结构总线的内部结构l总线结构实例总线结构实例36.1总线的概念和结构形态总线的基本概念36.1.16.1.1总线的基本概念总线的基本概念l数字计算机是由若干系统功能部件构成的，这数字计算机是由若干系统功能部件构成的，这些系统功能部件在一起工作才能形成一个完整些系统功能部件在一起工作才能形成一个完整的计算机系统。的计算机系统。l总线定义总线定义：l总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。部件之间进行数据传送的公共通路。l借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换。地址、数据和控制信息的交换。46.1.1总线的基本概念数字计算机是由若干系统功能部件构成的6.1.16.1.1总线的基本概念总线的基本概念l总线分类总线分类：l内部总线内部总线：CPUCPU内部连接各寄存器及运算器部内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。件之间的总线。l系统总线系统总线：外部总线。：外部总线。CPUCPU和计算机系统中其和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线，如主存、他高速功能部件相互连接的总线，如主存、通道。通道。lI/OI/O总线总线：中低速：中低速I/OI/O设备相互连接的总线。设备相互连接的总线。56.1.1总线的基本概念总线分类：56.1.16.1.1总线的基本概念总线的基本概念l总线的特性总线的特性l物理特性物理特性：总线的物理连接方式（根数、插头、插：总线的物理连接方式（根数、插头、插座形状，引脚排列方式）座形状，引脚排列方式）l功能特性功能特性：每根线的功能：每根线的功能l电气特性电气特性：每根线上信号的传递方向及有效电平范：每根线上信号的传递方向及有效电平范围。围。l时间特性时间特性：规定了每根总线在什么时间有效。：规定了每根总线在什么时间有效。66.1.1总线的基本概念总线的特性66.1.16.1.1总线的基本概念总线的基本概念l相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，为什么为什么?l系统总线的标准化系统总线的标准化lISA总线、总线、EISA总线、总线、PCI总线总线 76.1.1总线的基本概念相同的指令系统，相同的功能，不同厂家6.1.16.1.1总线的基本概念总线的基本概念l总线带宽总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率。：总线本身所能达到的最高传输速率。l是衡量总线性能的重要指标是衡量总线性能的重要指标l单位单位：MB/SlISA为为16位，总线带宽位，总线带宽8 MB/S；EISA为为32位，总位，总线带宽线带宽33.3 MB/S；PCI-2可达可达64位，总线带宽位，总线带宽100 MB/S。l总线带宽受总布线长度、总线驱动器总线带宽受总布线长度、总线驱动器/接收器性能、接收器性能、连接在总线上的模块数影响。连接在总线上的模块数影响。86.1.1总线的基本概念总线带宽：总线本身所能达到的最高传输【例【例1】（】（1）某总线在一个总线周期中并行传送）某总线在一个总线周期中并行传送4个字节个字节的的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为钟频率为33MHz，总线带宽是多少，总线带宽是多少?（2）如果一个总线周期中并行传送）如果一个总线周期中并行传送64位位数据，总线时钟频数据，总线时钟频率升为率升为66MHz，总线带宽是多少，总线带宽是多少?解：（解：（1）设总线带宽用）设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用表示，一个总线周期传送的数据量用D表表示，根据定义可得示，根据定义可得Dr=D/T=D（1/T）=Df=4B33106/s=132MB/s（2）64位位=8BDr=Df=8B66106/s=528MB/s9【例1】（1）某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，6.1.2总线的连接方式 l适配器（接口）：适配器（接口）：实现高速实现高速CPUCPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。步，并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。l单机系统中总线结构的两种基本类型：单机系统中总线结构的两种基本类型：l单总线单总线：使用一条单一的系统总线来连接：使用一条单一的系统总线来连接CPUCPU、内存和、内存和I/OI/O设备。设备。106.1.2总线的连接方式 适配器（接口）：实现高速CPU与低6.1.2总线的连接方式l单总线结构特点：单总线结构特点：在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件必须部件必须高速运行高速运行，以便在某些设备需要使用总线，以便在某些设备需要使用总线时，能迅速时，能迅速获得获得总线控制权；而当不再使用总线时，总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速能迅速放弃放弃总线控制权。否则，由于一条总线由多总线控制权。否则，由于一条总线由多种功能部件共用，可能导致很大的时间延迟。种功能部件共用，可能导致很大的时间延迟。116.1.2总线的连接方式单总线结构特点：116.1.2总线的连接方式l多总线多总线：在：在CPUCPU、主存、主存、I/OI/O之间互联采用多条之间互联采用多条总线。总线。l126.1.2总线的连接方式多总线：在CPU、主存、I/O之间互6.1.2总线的连接方式l高速的高速的CPU总线总线：CPU和和cache之间采用之间采用l系统总线系统总线：主存连在其上。：主存连在其上。l高速总线：高速总线：连接高速连接高速LAN（100Mb/s局域网）、视频接口、图形局域网）、视频接口、图形接口、接口、SCSI接口（支持本地磁盘驱动器和其他外设）、接口（支持本地磁盘驱动器和其他外设）、Firewire接口（支持大容量接口（支持大容量I/O设备）。设备）。l高速总线通过高速总线通过扩充总线接口扩充总线接口与与扩充总线扩充总线相连，扩充总线上可以连相连，扩充总线上可以连接串行方式工作的接串行方式工作的I/O设备。设备。l通过通过桥桥，CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连。总线、系统总线和高速总线彼此相连。l桥桥实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。l多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线。化不影响高速总线。136.1.2总线的连接方式高速的CPU总线：CPU和cache6.1.3总线的内部结构l早期总线早期总线l它实际上是它实际上是处理器芯片处理器芯片引脚的延伸引脚的延伸，是处理器，是处理器与与I/O设备适配器的通道。设备适配器的通道。这种简单的总线一般也这种简单的总线一般也由由50100条线组成，条线组成，这些线按其功能可分为这些线按其功能可分为三类：三类：地址线、数据线地址线、数据线和控制线和控制线。146.1.3总线的内部结构早期总线146.1.3总线的内部结构早期总线早期总线结构的不足之处在于：结构的不足之处在于：lCPU是总线上是总线上惟一的主控者惟一的主控者。即使后来增加了。即使后来增加了具有简单仲裁逻辑的具有简单仲裁逻辑的DMA控制器以支持控制器以支持DMA传送，但仍不能满足多传送，但仍不能满足多CPU环境的要求。环境的要求。l总线信号是总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构引脚信号的延伸，故总线结构紧密与紧密与CPU相关，相关，通用性较差通用性较差。156.1.3总线的内部结构早期总线结构的不足之处在于：156.1.4总线的内部结构l当代流行的总线当代流行的总线内部结构内部结构166.1.4总线的内部结构当代流行的总线内部结构166.1.4总线的内部结构l数据传送总线数据传送总线：l由地址线、数据线、控制线组成。其结构与简单总由地址线、数据线、控制线组成。其结构与简单总线相似，但一般是线相似，但一般是32条地址线，条地址线，32或或64条数据线。条数据线。为了减少布线，为了减少布线，64位数据的低位数据的低32位数据线常常和地位数据线常常和地址线采用多路复用方式。址线采用多路复用方式。l仲裁总线仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。：包括总线请求线和总线授权线。l中断和同步总线中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操：用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线。作，包括中断请求线和中断认可线。l公用线公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、系：包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等。统复位线以及加电或断电的时序信号线等。176.1.4总线的内部结构数据传送总线：176.1.5总线结构实例l大多数计算大多数计算机采用了分机采用了分层次的多总层次的多总线结构。线结构。lPentium机机的总线结构的总线结构分为三层分为三层lCPU总线总线lPCI总线总线lISA总线总线186.1.5总线结构实例大多数计算机采用了分层次的多总线结构。6.1.5总线结构实例 lPentiumPentium机机的总线结构分为三层：的总线结构分为三层：CPUCPU总线、总线、PCIPCI总线和总线和ISAISA总线。总线。CPUCPUPCIPCIISAISA北北桥桥南南桥桥196.1.5总线结构实例 CPUPCIISA北南196.2 总线接口总线接口一、信息的传送方式信息的传送方式 l计算机系统中，传输信息基计算机系统中，传输信息基本有三种方式：本有三种方式：l串行传送串行传送l并行传送并行传送l分时传送分时传送l出于速度和效率上的考虑，出于速度和效率上的考虑，系统总线上传送的信息必须系统总线上传送的信息必须采用并行传送方式。分时传采用并行传送方式。分时传送即总线的分时复用。送即总线的分时复用。206.2 总线接口一、信息的传送方式 206.2 总线接口总线接口l串行传送串行传送l使用一条传输线，采用使用一条传输线，采用脉冲传送脉冲传送，有脉冲表，有脉冲表示示1 1，无脉冲表示，无脉冲表示0 0。l优点：成本低廉。优点：成本低廉。l缺点：速度慢。缺点：速度慢。l位时间：一个二进制位在传输线上占用的时位时间：一个二进制位在传输线上占用的时间长度间长度l串行传送时串行传送时低位在前、高位在后低位在前、高位在后216.2 总线接口串行传送216.2 总线接口总线接口l并行传送l每一数据位需要一条传输线，一般采用电位传送。l分时传送l总线复用l共享总线的部件分时使用总线。226.2 总线接口并行传送226.2 总线接口总线接口二、总线接口的基本二、总线接口的基本概念概念 l接口接口是是CPU和主存、和主存、外设之间通过总线外设之间通过总线进行连接的逻辑部进行连接的逻辑部件。件。236.2 总线接口二、总线接口的基本概念 236.2 总线接口总线接口l接口的功能接口的功能：l控制、缓冲、状态、转换、控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断。整理、程序中断。l一个适配器的一个适配器的两个接口两个接口：l一个同系统总线相连，采一个同系统总线相连，采用并行方式用并行方式l另外一个同设备相连，可另外一个同设备相连，可能采用并行方式或是串行能采用并行方式或是串行方式。方式。246.2 总线接口接口的功能：24【例【例2】利用串行方式传送字符（如图），每秒】利用串行方式传送字符（如图），每秒钟传送的比特（钟传送的比特（bit）位数常称为波特率。假设）位数常称为波特率。假设数据传送速率是数据传送速率是120个字符个字符/秒，每一个字符格秒，每一个字符格式规定包含式规定包含10个比特位（起始位、停止位、个比特位（起始位、停止位、8个个数据位），问传送的波特率是多少数据位），问传送的波特率是多少?每个比特位每个比特位占用的时间是多少占用的时间是多少?解：解：波特率为：波特率为：10位位120/秒秒=1200波特波特每个比特位占用的时间每个比特位占用的时间Td是波特率的倒数：是波特率的倒数：Td=1/1200=0.83310-3s=0.833ms25【例2】利用串行方式传送字符（如图），每秒钟传送的比特（bi6.3 总线的仲裁总线的仲裁l连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态，其中态，其中主方主方可以启动一个总线周期，而可以启动一个总线周期，而从方从方只能响应主方请求。每次总线操作，只能有只能响应主方请求。每次总线操作，只能有一一个主方个主方，但是可以有，但是可以有多个从方多个从方。l为了解决多个功能模块争用总线的问题，必须为了解决多个功能模块争用总线的问题，必须设置总线仲裁部件。设置总线仲裁部件。l总线占用期总线占用期：主方持续控制总线的时间。：主方持续控制总线的时间。l按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式和分布式两种。集中式和分布式两种。266.3 总线的仲裁连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形6.3 总线的仲裁总线的仲裁一、一、集中式仲裁集中式仲裁l集中式仲裁有三种：集中式仲裁有三种：链式查询方式链式查询方式：离中央仲裁：离中央仲裁器最近的设备具有最高优先器最近的设备具有最高优先权，离总线控制器越远，优权，离总线控制器越远，优先权越低。先权越低。优点：只用很少几根线就能优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控按一定优先次序实现总线控制，并且这种链式结构很容制，并且这种链式结构很容易扩充设备。易扩充设备。缺点：是对询问链的电路故缺点：是对询问链的电路故障很敏感，优先级固定。障很敏感，优先级固定。276.3 总线的仲裁一、集中式仲裁276.3 总线的仲裁总线的仲裁l计数器定时查询方式：计数器定时查询方式：l总线上的任一设备要求使用总线时，通过总线上的任一设备要求使用总线时，通过BRBR线发出总线线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BSBS线为线为“0”“0”的的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备设备 置置“1”BS“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止计数线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。查询。每次计数可以从每次计数可以从“0”“0”开始，也可以从中止点开发开始，也可以从中止点开发始。如果从始。如果从“0”“0”开始，各设备的优先次序与链式查询法开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优级相等。每个设备使用总线的优级相等。286.3 总线的仲裁计数器定时查询方式：2829296.3 总线的仲裁总线的仲裁l独立请求方式独立请求方式：l每一个共享总线的设备均有一对总线请求线每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权和总线授权线线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。总线仲裁器中有一个排队电路，它根据一定的优先次序决定总线仲裁器中有一个排队电路，它根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号BGi。独立请。独立请求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。l对优先次序的控制相当灵活。它可以预先固定，例如对优先次序的控制相当灵活。它可以预先固定，例如BR0优优先级最高，先级最高，BR1次之次之BRn最低；也可以通过程序来改变优最低；也可以通过程序来改变优先次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法，不响应来先次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。自无效设备的请求。l当代总线标准普遍采用独立请求方式。当代总线标准普遍采用独立请求方式。306.3 总线的仲裁独立请求方式：306.3 总线的仲裁总线的仲裁316.3 总线的仲裁316.3 总线的仲裁总线的仲裁二、分布式仲裁二、分布式仲裁l分布式仲裁：分布式仲裁：不需要中央仲裁器，而是多个仲不需要中央仲裁器，而是多个仲裁器竞争使用总线。当它们有总线请求时，把裁器竞争使用总线。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。326.3 总线的仲裁二、分布式仲裁326.3 总线的仲裁总线的仲裁l分布式仲裁示意图分布式仲裁示意图336.3 总线的仲裁分布式仲裁示意图336.3 总线的仲裁总线的仲裁（1）所有参与本次竞争的各主设备将设备竞争号）所有参与本次竞争的各主设备将设备竞争号CN取反取反后打到仲裁总线后打到仲裁总线AB上，以实现上，以实现“线或线或”逻辑。逻辑。AB线线低低电平电平时表示至少有一个主设备的时表示至少有一个主设备的CNi为为1，AB线线高电平高电平时表示所有主设备的时表示所有主设备的CNi为为0。（2）竞争时）竞争时CN与与AB逐位比较，从最高位（逐位比较，从最高位（b7）至最低）至最低位（位（b0）以一维菊花链方式进行，只有上一位竞争得胜）以一维菊花链方式进行，只有上一位竞争得胜者者Wi+1位为位为1。当。当CNi=1，或，或CNi=0且且ABi为高电为高电平时，才使平时，才使Wi位为位为1。若。若Wi=0时，将一直向下传递，使时，将一直向下传递，使其竞争号后面的低位不能送上其竞争号后面的低位不能送上AB线。线。（3）竞争不到的设备自动撤除其竞争号。在竞争期间，）竞争不到的设备自动撤除其竞争号。在竞争期间，由于由于W位输入的作用，各设备在其内部的位输入的作用，各设备在其内部的CN线上保留线上保留其竞争号并不破坏其竞争号并不破坏AB线上的信息。线上的信息。346.3 总线的仲裁（1）所有参与本次竞争的各主设备将设备竞6.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式一、总线定时l总线的信息传送过程：请求总线、总线仲裁、寻址、信息传送、状态返回。l定时：事件出现在总线上的时序关系。l同步定时：l异步定时：356.4总线的定时和数据传送模式一、总线定时356.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式1、同步定时366.4总线的定时和数据传送模式1、同步定时366.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式2、异步定时376.4总线的定时和数据传送模式2、异步定时37【例3】某CPU采用集中式仲裁方式，使用独立请求与菊花链查询相结合的二维总线控制结构。每一对请求线BRi和授权线BGi组成一对菊花链查询电路。每一根请求线可以被若干个传输速率接近的设备共享。当这些设备要求传送时通过BRi线向仲裁器发出请求，对应的BGi线则串行查询每个设备，从而确定哪个设备享有总线控制权。请分析说明图6.14所示的总线仲裁时序图。38【例3】某CPU采用集中式仲裁方式，使用独立请求与菊花链查询3939解：从时序图看出，该总线采用异步定时协议。l当某个设备请求使用总线时，在该设备所属的请求线上发出申请信号BRi（1）。lCPU按优先原则同意后给出授权信号BGi作为回答（2）。lBGi链式查询各设备，并上升从设备回答SACK信号证实已收到BGi信号（3）。lCPU接到SACK信号后下降BG作为回答（4）。l在总线“忙”标志BBSY为“0”情况该设备上升BBSY，表示该设备获得了总线控制权，成为控制总线的主设备（5）。l在设备用完总线后，下降BBSY和SACK（6）l释放总线。l在上述选择主设备过程中，可能现行的主从设备正在进行传送。此时需等待现行传送结束，即现行主设备下降BBSY信号后（7），新的主设备才能上升BBSY，获得总线控制权。40解：从时序图看出，该总线采用异步定时协议。406.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式二、总线数据传送模式l读、写操作读、写操作：读操作是由从方到主方的数据传送；写操作是由主方到从方的数据传送。一般，主方先以一个总线周期发出命令和从方地址，经过一定的延时再开始数据传送总线周期。为了提高总线利用率，减少延时损失，主方完成寻址总线周期后可让出总线控制权，以使其他主方完成更紧迫的操作。然后再重新竞争总线，完成数据传送总线周期。416.4总线的定时和数据传送模式二、总线数据传送模式416.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式l块传送操作块传送操作：只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据一个接一个地读出或写入。对于CPU（主方）存储器（从方）而言的块传送，常称为猝发式传送，其块长一般固定为数据线宽度（存储器字长）的4倍。例如一个64位数据线的总线，一次猝发式传送可达256位。这在超标量流水中十分有用。426.4总线的定时和数据传送模式块传送操作：只需给出块的起始地6.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式l写后读、读修改写操作写后读、读修改写操作：这是两种组合操作。只给出地址一次（表示同一地址），或进行先写后读操作，或进行先读后写操作。前者用于校验目的，后者用于多道程序系统中对共享存储资源的保护。这两种操作和猝发式操作一样，主方掌管总线直到整个操作完成。436.4总线的定时和数据传送模式写后读、读修改写操作：这是两种6.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式l广播、广集操作广播、广集操作：一般而言，数据传送只在一个主方和一个从方之间进行。但有的总线允许一个主方对多个从方进行写操作，这种操作称为广播。与广播相反的操作称为广集，它将选定的多个从方数据在总线上完成AND或OR操作，用以检测多个中断源。446.4总线的定时和数据传送模式广播、广集操作：一般而言，数据6.4总线的定时和数据传送模式总线的定时和数据传送模式l演示过程456.4总线的定时和数据传送模式演示过程456.5 HOST总线和总线和PCI总线总线一、多总线结构l如图，典型的多总线结构框图。实际上，这也是高档PC机和服务器的主板总线框图。466.5 HOST总线和PCI总线一、多总线结构466.5 HOST总线和总线和PCI总线总线lHOST总线：该总线有CPU总线、系统总线、主存总线、前端总线等多种名称，各自反映了总线功能的一个方面。这里称“宿主”总线，也许更全面，因为HOST总线不仅连接主存，还可以连接多个CPU。lHOST总线：连接“北桥”芯片与CPU之间的信息通路，它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。32位的地址线可支持处理器4GB的存储寻址空间。总线上还接有L2级cache，主存与cache控制器芯片。后者用来管理CPU对主存和cache的存取操作。CPU拥有HOST总线的控制权，但在必要情况下可放弃总线控制权。476.5 HOST总线和PCI总线HOST总线：该总线有CPU6.5 HOST总线和总线和PCI总线总线lPCI总线：连接各种高速的PCI设备。PCI是一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线。它采用同步时序协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。lPCI设备可以是主设备，也可以是从设备，或兼而有之。在PCI设备中不存在DMA（直接存储器传送）的概念，这是因为PCI总线支持无限的猝发式传送。这样，传统总线上用DMA方式工作的设备移植到PCI总线上时，采用主设备工作方式即可。l系统中允许有多条PCI总线，它们可以使用HOST桥与HOST总线相连，也可使用PCI/PCI桥与已和HOST总线相连的PCI总线相连，从而得以扩充PCI总线负载能力。lLAGACY总线：可以是ISA，EISA，MCA等这类性能较低的传统总线，以便充分利用市场上丰富的适配器卡，支持中、低速I/O设备。486.5 HOST总线和PCI总线PCI总线：连接各种高速的P6.5 HOST总线和总线和PCI总线总线l在PCI总线体系结构中有三种桥。其中HOST桥又是PCI总线控制器，含有中央仲裁器。桥起着重要的作用，它连接两条总线，使彼此间相互通信。桥又是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。l桥本身的结构可以十分简单，如只有信号缓冲能力和信号电平转换逻辑，也可以相当复杂，如有规程转换、数据快存、装拆数据等。496.5 HOST总线和PCI总线在PCI总线体系结构中有三种6.5 HOST总线和总线和PCI总线总线二、PCI总线信号线lPCI总线的基本传输机制是猝发式传送，利用桥可以实现总线间的猝发式传送。写操作时，桥把上层总线的写周期先缓存起来，以后的时间再在下层总线上生成写周期，即延迟写。读操作时，桥可早于上层总线，直接在下层总线上进行预读。无论延迟写和预读，桥的作用可使所有的存取都按CPU的需要出现在总线上。506.5 HOST总线和PCI总线二、PCI总线信号线50本本 章章 小小 结结l总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通道，并在争用资源的基础上进行工作。l总线有物理特性、功能特性、电气特性、机械特性，因此必须标准化。l微型计算机系统的标准总线从ISA总线（16位，带宽8MB/s）发展到EISA总线（32位，带宽33.3MB/s）和VESA总线（32位，带宽132MB/s），又进一步发展到PCI总线（64位，带宽264MB/s）。l衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。返回51本 章 小 结总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能本本 章章 小小 结结l当代流行的标准总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。其总线内部结构包含：数据传送总线（由地址线、数据线、控制线组成）；仲裁总线；中断和同步总线；公用线（电源、地线、时钟、复位等信号线）。l计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，信息的传输方式可采用：并行传送；串行传送；复用传送。返回52本 章 小 结当代流行的标准总线追求与结构、CPU、技术无关本本 章章 小小 结结l各种外围设备必须通过I/O接口与总线相连。I/O接口是指CPU、主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态联结的两个功能部件间起着缓冲器和转换器的作用，以便实现彼此之间的信息传送。l总线仲裁是总线系统的核心问题之一。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件。它通过采用优先级策略或公平策略，选择其中一个主设备作为总线的下一次主方，接管总线控制权。按照总线仲裁电路的位置不同:l集中式仲裁:仲裁方式必有一个中央仲裁器，它受理所有功能模块的总线请求，按优先原则或公平原则。l分布式仲裁。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。返回53本 章 小 结各种外围设备必须通过I/O接口与总线相连。I/本本 章章 小小 结结l总线定时是总线系统的又一核心问题之一。为了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议，通常采用同步定时与异步定时两种方式l在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定，总线周期的长度是固定的。l在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，即建立在应答式或互锁机制基础上，不需要统一的公共时钟信号。l在异步定时中，总线周期的长度是可变的。当代的总线标准大都能支持以下数据传送模式：读/写操作；块传送操作；写后读、读修改写操作；广播、广集操作。返回54本 章 小 结总线定时是总线系统的又一核心问题之一。为了同步本本 章章 小小 结结lPCI总线总线是当前实用的总线，是一个高带宽且与处理器无关的标准总线，又是重要的层次总线。它采用同步定时协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。PCI适合于低成本的小系统，因此在微型机系统中得到了广泛的应用。lInfiniBand标准标准，瞄准了高端服务器市场的最新I/O规范，它是一种基于开关的体系结构，可连接多达64000个服务器、存储系统、网络设备，能替代当前服务器中的PCI总线，数据传输率高达30GB/s。因此适合于高成本的较大规模计算机系统。返回55本 章 小 结PCI总线是当前实用的总线，是一个高带宽且与处