总线结构对计算机系统性能的影响

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,6.1.3,总线结构对计算机系统性能的影响,在一个计算机系统中，采用哪种总线结构，往往对计算机系统的性能有很大影响。下面从三个方面来讨论这种影响。,最大存储容量 初看起来，一个计算机系统的最大存储容量似乎与总线无关，但实际上总线结构对最大存储容量也会产生一定的影响。例如在单总线系统中，对主存和外设进行存取的差异，仅仅在于出现在总线上的地址不同，为此必须为外围设备保存某些地址。由于某些地址必须用于外围设备，所以在单总线系统中，最大主存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数。,在双总线系统中，对主存和外设进行存取的判断是利用各自的指令操作码。由于主存地址和外设地址出现于不同的总线上，所以存储容量不会受到外围设备多少的影响。,指令系统,在,双总线系统中，,CPU,对存储总线和系统总线必须有不同的指令系统,，这是因为操作码规定了要使用哪一条总线，所以在双总线系统中，访存操作和输入输出操作各有不同的指令。,另一方面，在,单总线系统中，访问主存和,1,O,传送可使用相同的操作码,，或者说使用相同的指令，但,它们使用不同的地址。,吞吐量,计算机系统的,吞吐量,是,指流入、处理和流出系统的信息的速率,。它取决于信息能够多快地输入内存，,CPU,能够多快地取指令，数据能够多快地从内存取出或存入，以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围设备。这些步骤中的每一步都关系到主存，因此，,系统吞吐量主要取决于主存的存取周期,。,由于上述原因，采用双端口存储器可以增加主存的有效速度。,早期总线的内部结构如图6.4所示，它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。这种简单的总线一般也由50100条线组成，这些线按其功能可以分为三类：地址线、数据线和控制线。地址线是单向的，用来传送主存和设备的地址；数据线是双向的，用来传送数据；控制线对每一根来说是单向的CPU发向接口或接口发向CPU)，用来指明数据传送的方向存储器读、存储器写、I/O读、I/O写，中断控制请求，识别和定时控制等。,简单总线结构的缺乏之处在于：第一，CPU是总线的唯一控制者。即使后来增加了具有简单仲裁逻辑的DMA控制器以支持DMA传送，但仍不能满足多CPU环境的要求。第二，总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性差。,当代流行的总线内部结构如下页图所示，它是一些标准总线，追求与结构、CPU、技术无关的开发标准，并满足包括多个CPU在内的主控者环境需求。,在当代总线结构中，CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连。系统中允许有多个这样的处理器模块。而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。,整个总线分成如下四局部：,1 数据传送总线：由地址线、数据线、控制线组成。,2 仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。,3 中断和同步总线：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。,4 公用线：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。,6.1.5,总线结构实例,大多数计算机采用了分层次的多总线结构。在这种结构中，速度差异较大的设备模块使用不同速度的总线，而速度相近的设备模块使用同一类总线。显然，这种结构的优点不仅解决了总线负载过重的问题，而且使总线设计简单，并能充分发挥每类总线的效盲目。,图6.6是Pentium计算机主板的总线结构框图见演示图6.6。可以看出，它是一个三层次的多总线结构，即有CPU总线、PCI总线和ISA总线。,CPU总线 也称CPU-存储器总线，它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。总线时钟频率为66.6MHZ或60MHZ，CPU内部时钟是此时钟频率的倍频。此总线可连接4128MB的主存。主存扩充容量是以内存条形式插入主板有关插座来实现的。CPU总线还接有L2级cache。主存控制器和cache控制器芯片用来管理CPU对主存和。ache的存取操作。CPU是这条总线的主控者，但必要时可放弃总线控制权。从传统的观点看，可以把CPU总线看成是CPU引脚信号的延伸。,PCI总钱 用于连接高速的 1O设备模块，如图形显示器适配器、网络接口控制器、硬盘控制器等。通过“桥芯片，上面与更高速的CPU总线相连，下面与低速的ISA总线相接。PCI总线是一个32或64位的同步总线，32位或64位数据地址线是同一组线，分时复用。总线时钟频率为33.3MHZ，总线带宽是132MBs.PCI总线采用集中式仲裁方式，有专用的PCI总线仲裁器。主板上一般有3个PCI总线扩充槽。,ISA总线 Pentium机使用该总线与低速 1O设备连接。主板上一般留有 34个ISA总线扩充槽，以便使用各种16位8位适配器卡。该总线支持7个DMA通道和15级可屏蔽硬件中断。另外，ISA总线控制逻辑还通过主板上的片级总线与实时钟日历、ROM、键盘和鼠标控制器8042微处理器等芯片相连接。,我们看到，CPU总线、PCI总线、ISA总线通过两个“桥芯片连成整体。桥芯片在此起到了信号速度缓冲、电平转换和控制协议的转换作用。有的资料将CPU总线-PCI总线的桥称为北桥，将PCI总线-ISA总线的桥称为南桥。通过桥将两类不同的总线粘合在一起的技术特别适合于系统的升级代换。这样，每当CPU芯片升级时只需改变CPU总线和北桥芯片，全部原有的外围设备可自动继续工作。,Pentium个人机总线系统中有一个核心逻辑芯片组，简称PCI芯片组，它包括主存控制器和cache控制芯片、北桥芯片和南桥芯片。这个芯片组叫Intel430系列、440系列，他们在系统中起者字关重要的作用。,