计算机组成结构-Lecture02

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,计算机组成结构,教师：傅均,班级：计科,1001/1002,第章 系统总线,3.1 总线的基本概念,3.2 总线的分类,3.3 总线特性及性能指标,3.4 总线结构,3.5 总线控制,一、什么是总线,是所有模块,(,或设备,),之间传送信息、相互通信的一组公共信号线，是,各个部件共享的传输介质。,（相对于专线）,设计简化、系统模块化、结构清晰,总线上的模块或设备采用,分时方式,，轮流交替使用总线，同一时刻只能有一个模块向总线发送信息，允许多个模块同时接收总线上的信息。,发送器,-,驱动器,=,总线,=,缓冲器,-,接收器,3.1 总线的基本概念,二、总线上信息的传送,串行,并行,简化了系统结构，便于系统设计制造；,减少了传输线数目，减小体积，提高系统的可靠性；,便于接口设计，所有与总线连接的设备均采用类似接口；,便于系统扩充、更新与配置，易于实现系统模块化；,便于设备软件设计，所有接口软件是对不同的口地址操作；,便于故障诊断与维修，也降低了成本。,三、为什么要用总线,四、总线结构的计算机举例,1.面向,CPU,的双总线结构框图,中央处理器,CPU,I/O,总线,M,总,线,3.1,主存,I/O,接口,I/O,设备1,I/O,设备2,I/O,接口,I/O,接口,I/O,设备,n,单总线（系统总线）,2.单总线结构框图,CPU,主存,I/O,接口,I/O,设备1,I/O,设备2,I/O,接口,I/O,设备,n,I/O,接口,3.1,3.以存储器为中心的双总线结构框图,系统总线,主存,CPU,I/O,接口,I/O,设备1,I/O,设备,n,I/O,接口,存储总线,3.1,3.2 总线的分类,1,.,片内总线,2,.,系统总线,芯片内部,的总线,数据总线,地址总线,控制总线,双向,与机器字长、存储字长有关,单向,与存储地址、,I/O,地址有关,有出 有入,计算机各部件之间,的信息传输线,存储器读、存储器写,总线允许、中断确认,中断请求、总线请求,3,.,通信总线,串行通信总线,并行通信总线,按传输方式,3.2,用于,计算机系统之间,或,计算机系统,与其他系统,（如控制仪表、移动通信等）,之间的通信,3.3 总线特性及性能指标,CPU,插板,主存,插板,I/O,插板,一、总线物理实现,BUS,主板,1.机械特性,2.电气特性,3.功能特性,4.时间特性,二、总线特性,尺寸,、形状、,管脚数,及,排列顺序,传输方向,和有效的,电平,范围,每根传输线的,功能,各信号的,时序,关系,3.3,地址,数据,控制,三、总线的性能指标,1.总线宽度,2.总线带宽,3.时钟同步/异步,4.总线复用,5.信号线数,6.总线控制方式,7.其他指标,数据线,的根数,每秒传输的最大字节数（,MBps,）,同步,、,不同步,地址线,与,数据线,复用,地址线、数据线和控制线的,总和,负载能力、电源电压等,突发、自动、仲裁、逻辑、计数,3.3,ISA,（,AT,总线）,EISA,VESA(VL-BUS),PCI,AGP,RS-232,USB,模块,系统,总,线,标,准,四、总线标准,系统,模块,3.3,标 准 界 面,解决系统、模块、设备与总线间不适应、不通用、不匹配问题,总线标准,数据线,总线时钟,带宽,ISA,16,8 MHz,（独立）,16,MBps,EISA,32,8 MHz,（独立）,33,MBps,VESA,(VL-BUS),32,33 MHz,（,CPU,）,133,MBps,PCI,32,64,33 MHz,（独立）,66 MHz,（独立）,132,MBps,528,MBps,AGP,32,66.7 MHz,（独立）,133 MHz,（独立）,266,MBps,533,MBps,RS-232,串行通信,总线标准,数据终端设备（计算机）和数据通信设备（调制解调器）之间的标准接口,USB,串行接口,总线标准,普通无屏蔽双绞线,带屏蔽双绞线,最高,1.5 Mbps(USB1.0),12 Mbps(USB1.0),480 Mbps,(USB2.0),3.3,四、总线标准,3.4 总线结构,一、单总线结构,单总线（系统总线）,CPU,主存,I/O,接口,I/O,设备1,I/O,设备2,I/O,接口,I/O,设备,n,I/O,接口,1.,双总线结构,具有特殊功能的处理器，,由通道对,I/O,统一管理,通道,I/O,接口,设备,n,I/O,接口,设备,0,CPU,主存,主存总线,I/O,总线,二、多总线结构,3.4,2.三总线结构,主存总线,DMA,总线,I/O,总线,CPU,主存,设备,1,设备,n,高速外设,I/O,接口,I/O,接口,I/O,接口,3.4,3.三总线结构的又一形式,3.4,局域网,系统总线,CPU,Cache,局部总线,扩展总线接口,扩展总线,Modem,串行接口,SCSI,局部,I/O,控制器,主存,4.四总线结构,多媒体,Modem,主存,扩展总线接口,局域网,SCSI,CPU,串行接口,FAX,系统总线,局部总线,高速总线,扩展总线,图形,Cache/,桥,3.4,1.,传,统微型机总线结构,三、总线结构举例,3.4,存储器,SCSI,控制器,主存控制器,ISA,、,EISA,8 MHz,的,1,6,位数据通路,标准总线控制器,33 MHz,的,32,位数据通路,系统总线,多媒体,高速局域网,高性能图形,CPU,Modem,2.VL-BUS,局部总线结构,3.4,33 MHz,的,32,位数据通路,系统总线,ISA,、,EISA,多媒体,高速局域网,高性能图形,图文传真,8 MHz,的,16,位数据通路,标准总线,控制器,CPU,主存控制器,存储器,局部总线,控制器,SCSI,控制器,VL BUS,Modem,3.PCI,总线结构,3.4,CPU,多媒体,PCI,桥,高速局域网,高性能图形,图文传真,PCI,总线,系统总线,33,MHz,的32位数据通路,8,MHz,的16位数据通路,ISA,、,EISA,标准总线,控制器,SCSI,控制器,存储器,Modem,4.多层,PCI,总线结构,PCI,总线2,存储器,桥0,桥4,PCI,设备,桥5,总线桥,桥3,桥1,设备,桥2,第一级桥,第二级桥,第三级桥,PCI,总线4,PCI,总线5,PCI,总线3,PCI,总线1,PCI,总线0,存储器总线,标准总线,CPU,3.4,3.5 总线控制,一、总线判优控制,总线判优控制,分布式,集中式,主设备(模块),对总线有,控制权,从设备(模块),响应,从主设备发来的总线命令,1.,基本概念,链式查询,计数器定时查询,独立请求方式,2.链式查询方式,(,菊花链式,),总,线,控,制,部,件,I/O,接口0,BB,BR,I/O,接口1,I/O,接口,n,BG,数据线,地址线,BB,总线忙,BR,总线请求,BG,总线同意,3.5,I/O,接口1,BGI1 BGO1 BGI2 BGO2 BGI3 BGO3,0,BB,总线忙,BR,总线请求,总,线,控,制,部,件,数据线,地址线,I/O,接口0,BB,BR,I/O,接口1,I/O,接口,n,设备地址,3.计数器定时查询方式（轮询）,I/O,接口1,3.5,计数器,设备地址,1,排队器,排队器,4.独立请求方式,总,线,控,制,部,件,数据线,地址线,I/O,接口0,I/O,接口1,I/O,接口,n,BR,0,BG,0,BR,1,BG,1,BR,n,BG,n,BG,总线同意,BR,总线请求,3.5,二、总线通信控制,1.目的,2.总线周期：,完成一次总线操作的时间,主模块申请,，总线仲裁决定,主模块向从模块,给出地址,和,命令,主模块和从模块,交换数据,主模块,撤消有关信息,，让出总线,申请分配阶段,寻址阶段,传数阶段,结束阶段,解决通信双方如何获知传输开始和结束，以及双方如何,协调配合,问题,3.5,由,统一时标,控制数据传送,充分,挖掘,系统,总线每个瞬间,的,潜力,同步通信,异步通信,半同步通信,分离式通信,3.总线通信的四种方式,采用,应答方式,，没有公共时钟标准,同步,、,异步结合,，插入等待周期来协调通信双方配合,3.5,读,命令,(1)同步式数据输入,T,1,总线传输周期,T,2,T,3,T,4,时钟,地址,数据,3.5,数据,(2)同步式数据输出,T,1,总线传输周期,T,2,T,3,T,4,时钟,地址,写,命令,3.5,不互锁,半互锁,全互锁,异步通信,主设备,从设备,请,求,回,答,单机,多机,网络通信,(4)半同步通信,同步,发送方,用系统,时钟前沿,发信号,接收方,用系统,时钟后沿,判断、识别,3.5,（,同步,、,异步,结合）,异步,允许不同速度的模块和谐工作,增加一条,“等待”响应信号,WAIT,以输入数据为例的半同步通信时序,T,1,主模块发地址,T,2,主模块发命令,T,3,从模块提供数据,T,4,从模块撤销数据，主模块撤销命令,T,w,当 为低电平时，等待一个,T,WAIT,T,w,当 为低电平时，等待一个,T,WAIT,3.5,读,命令,WAIT,地址,数据,3.5,时钟,总线传输周期,T,1,T,2,T,W,T,W,T,3,T,4,(4)半同步通信,（,同步,、,异步,结合）,上述三种通信的共同点,一个总线传输周期（以输入数据为例）,主模块发地址、命令,从模块准备数据,从模块向主模块发数据,总线空闲,3.5,占用总线,不占用总线,占用总线,(5)分离式通信,充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力,主模块,申请,占用总线,，发送命令、地址和主模块编号给从模块，后,即,放弃总线,的使用权,从模块,申请,占用总线,，将各种信,息送至总线上，供主模块接受,一个总线传输周期,子周期1,子周期2,3.5,主模块,1.各模块有权申请占用总线,分离式通信特点,充分提高了总线的有效占用，实现多个主从模块间信息的交叉重叠并行传送。,2.采用同步方式通信，不等对方回答,3.各模块准备数据时，不占用总线,4.总线被占用时都在做有效工作，无空闲,3.5,课后作业,P66,习题,4,、,6,、,11,、,15,预习,p68109,内容,