第3讲 系统总线(第三章)

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,第三讲 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,教学目标,理解什么是总线？为什么要采用总线？总线上的信息传送有何特点？,理解为了减轻总线的负载和传输的可靠性，总线上的部件应具备什么特点？,掌握总线的分类。,掌握总线特性、总线性能、总线标准、总线宽度、总线带宽、总线的传输周期。,了解什么是总线的瓶颈？如何解决总线的瓶颈？,了解提高总线结构的计算机速度方法？,3.1 总线的基本概念,一、为什么要用总线,二、什么是总线,三、总线上信息的传送,总线是连接各个部件的信息传输线,是,各个部件共享的传输介质,串行,并行,四、总线结构计算机举例,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,主存储器,M.M,I/O,接口,外部,设备1,外部,设备2,I/O,接口,I/O,接口,外部,设备,n,单总线（系统总线）,2.单总线结构框图,CPU,M.M,I/O,接口,外部,设备1,外部,设备2,I/O,接口,外部,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,M.M,CPU,I/O,接口,外部,设备1,外部,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,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,插件板,M.M,插件板,I/O,插件板,一、总线物理实现,BUS,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,传输方向,和有效的,电平,范围,每根传输线的,功能,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.标准传输率,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（,MBs,）,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,并发、自动、仲裁、逻辑、计数,3.3,ISA,EISA,VL-BUS,PCI,模块,系统,总,线,标,准,四、总线标准,系统,模块,3.3,标 准 界 面,3.4 总线结构,一、单总线结构,单总线（系统总线）,CPU,M.M,I/O,接口,外部,设备1,外部,设备2,I/O,接口,外部,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,主存,扩展总线接口,局域网,SCSI,多媒体,CPU,调制解调器,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,存储器,SCSI II,控制器,主存控制器,ISA EISA,8 MHz1,6位数据通路,标准总线控制器,33 MHz,32位数据通路,系统总线,调制解调器,多媒体,高速局域网,高性能图形,CPU,3.4,2.VL-BUS,局部总线结构,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,调制解调器,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,3.4,3.PCI,总线结构,CPU,多媒体,PCI,桥,高速局域网,高性能图形,调制解调器,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,3.4,4.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,总,线,控,制,部,件,I/O,接口0,BS,BR,I/O,接口1,I/O,接口,n,BG,数据线,地址线,BS,-,总线忙,BR-,总线请求,BG-,总线同意,3.5,I/O,接口1,0,BS,-,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,BS,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,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.总线传输周期,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,撤销有关信息,申请分配阶段,寻址阶段,传数阶段,结束阶段,解决通信双方,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,3.5,(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,读,命令,数据,3.5,(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,数据,3.5,不互锁,半互锁,全互锁,(3)异步通信,3.5,主设备,从设备,请,求,回,答,(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,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瞬间的潜力,主模块,申请,占用总线,，使用完后,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,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,充分发挥了总线的有效占用,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，无空闲,3.5,