计算机组成课件

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,2021/7/13,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第六章 总线系统,2021/7/13,1,第六章内容概要,基本概念,总线控制,总线接口,总线标准,2021/7/13,2,6.1,基本概念,总线,是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。,总线的分类,内部总线：,CPU,内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。,系统总线：,CPU,同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线。,I/O,总线：中、低速,I/O,设备之间互相连接的总线。,2021/7/13,3,一,、,总线的特性,物理特性,功能特性,电气特性,时间特性,2021/7/13,4,物理特性,总线的物理特性指总线的物理连接方式。,连线的类型,电缆式,主板式,背板式,(backplane),连线的数量,串行,(serial),并行,(parallel),接插件的形状和尺寸,引脚线的排列方式,2021/7/13,5,背板,2021/7/13,6,背板总线与机箱,2021/7/13,7,功能特性,功能特性,:,描述总线中每一根线的功能。,功能层次,芯片级、板级、系统级,资源类型,处理器总线(系统总线),面向单处理器的和面向多处理器的,输入输出总线,2021/7/13,8,电气特性,电气特性定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。,数据传输方向,单工,双工,半双工/全双工,定时特征,同步异步,电平特征,单端方式,差分方式,2021/7/13,9,单端方式与差分方式,2021/7/13,10,单端方式与差分方式,差分方式优点,a.,抗干扰能力强，,因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。,b.,能,有效抑制,EMI,（电磁信号干扰），,由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。,c.,时序定位精确,，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。,LVDS,（,low voltage differential signaling,）就是指这种小振幅差分信号技术。,2021/7/13,11,时间特性,定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。,2021/7/13,12,总线带宽,总线带宽,：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总线性能的重要指标，单位兆字节每秒,(MB/s),。,2021/7/13,13,总线带宽,【,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，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,33MHz,，则总线带宽是多少,?,(2),如果一个总线周期中并行传送,64,位数据，总线时钟频率升为,66MHz,，则总线带宽是多少,?,解,：（,1,）,Dr=D/T=D*f=4 B*33x10,6,/s=132MB/s,(2)Dr=D*f=8B*66x10,6,/s=528MB/s,2021/7/13,14,二、信息传输方式,串行传输,波特率,(Baud rate),每秒钟传送的比特（比特）位数。单位为波特。,并行传输,分时传输,总线复用,(Multiplexing),共享总线的部件分时使用总线,消息传输,如,PCI,SCSI,2021/7/13,15,串行传输方式,采用脉冲传送,串行传送的主要优点是只需要一条传输线，这一点对长距离传输显得特别重要，不管传送的数据量有多少，只需要一条传输线，成本比较低廉。,2021/7/13,16,并行传输方式,一般采用电位传送,由于所有的位同时被传送，所以并行数据传送比串行数据传送快得多。,2021/7/13,17,分时传输方式,总线复用方式,某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息。为此必须划分时间片，以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务。,共享总线的部件分时使用总线,2021/7/13,18,三、同步,(,定时,),方式,1.同步定时,固定的定时,串行同步：信号编码,并行同步：专用时钟信号线,优点,时序关系简单，实现简单。具有较高的传输频率。,缺点,在设备速度不一致时按最坏情况确定，,总线长度,不能太长,(,时钟相移,),2021/7/13,19,2.异步定时,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。,优点,不需要统一的公共时钟信号；总线周期长度可变；允许快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上。,缺点,控制复杂、高成本。,2021/7/13,20,同步实例：,EIDE,硬盘接口,2021/7/13,21,例 对于具有图示的操作时序的总线，试计算总线的数据传输速率，假设总线上传输的每个字为,32,位，总线时钟频率为,50,MHz。,解：,从图中可见，该总线在,5,个时钟周期内传输了一个数据字。总线的数据传输带宽为:,1/5=0.2,(字/时钟周期),即,0.25010,6,4=4010,6,(字节/秒),2021/7/13,22,6.2,总线控制,主模块与从模块,总线事务,请求,仲裁,(Arbitration),地址,数据,释放,2021/7/13,23,一、总线请求和仲裁,1.集中式仲裁,链式查询,(Daisy chain),2021/7/13,24,一、总线请求和裁决,1.集中式仲裁,计数器定时,(counter pulling),2021/7/13,25,一、总线请求和裁决,1.集中式仲裁,独立请求,(independent request),2021/7/13,26,一、总线请求和裁决,2.分布式仲裁,不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。,当它们有总线请求时，把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，并撤销它的仲裁号。,最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。,2021/7/13,27,二、控制算法,仲裁算法：,1.静态优先级：如从,0,计数,2.平等算法：如连续计数,3.动态优先级：如,LRU,（最近最少使用法）,4.,先来先服务：,FIFO,释放算法：,1.用完时释放,2.申请时释放,3.抢占时释放,2021/7/13,28,6.3,总线接口,为什么要用总线接口？,总线接口的基本功能:,(1)控制,(2)缓冲,(3)状态,(4)数据转换。如并串转换或串并转换。,(5)整理。如在数据传输过程中更新字计数器。,(6)程序中断。,2021/7/13,29,一、串行总线接口,通用异步接收器/发送器,(,UART)：,2021/7/13,30,接口结构,2021/7/13,31,出错标志,1.奇偶错误,(parity error),2.帧错误,(framing error),3.溢出(丢失)错误,(,overrun error),串行接口实例：,EIA-232,2021/7/13,32,二、并行总线接口,功能部件,系统时钟驱动器,电压控制模块,总线主设备,总线从设备,总线请求部件,总线仲裁器,中断请求部件,中断处理部件,2021/7/13,33,提高总线信号速度的主要措施,增加总线宽度,增加传输的数据长度,缩短总线长度,降低信号电平,采用差分信号,采用多条总线,2021/7/13,34,6.4,总线标准,PCI,总线,(,Peripheral Component Interface bus),1.主要特点,采用猝发传输方式,速度较高,64位可扩展,集中式仲裁方式，支持隐含式仲裁,可靠性高（地址、命令和数据校验）,三个地址空间（内存、,I/O,和配置）,自动配置,2021/7/13,35,2.信号定义,AD31:0,地址/数据,C/BE3:0,命令/字节许可,PAR,校验,FRAME#,成帧,TRDY#,目标就绪,IRDY#,始发就绪,STOP#,目标设备请求停止,DEVSEL#,设备选择,IDSEL,始发设备选择,REQ#,总线请求,GNT#,总线许可,CLK,系统时钟(033,MHz),RST#,系统复位,D63:32,数据,BE#7:4,字节允许,PAR64,高字校验,REQ64#,请求64位传输,ACK64#,确认64位传输,LOCK#,资源封锁（设备独占）,PERR#,校验错,SERR#,系统错,SBO#,侦测退出(,snoop back off)，,命中了一个修改过的块,SDONE,侦测完成，探测结果为“干净”,TDI,测试输入,TDO,测试输出,TCK,测试时钟,TMS,测试模式选择,TRST#,测试复位,INTA#,中断请求,2021/7/13,36,3.命令定义,2021/7/13,37,4.传输操作时序,2021/7/13,38,5.,PCI,构成的系统实例,2021/7/13,39,6.,PCI,的发展,1.增强速率,PCI,规范,2.1,版定义了,66,MHz,速度下的操作。,在,64,位的66,MHz,总线中，可达到的最大数据流量是,528,MB/s,2.Compact PCI,采用紧固机构，用于工业和嵌入式应用。,在电气、逻辑和软件功能方面与,PCI,完全兼容，,支持热插拔。,(,hot insertion/surprise removal support),3.,PCI-X,PCI-X 1.0:133MHz,时钟,PCI-X 2.0:533MHz,4.,PCI Express,2021/7/13,40,问题？,注：,文档资料素材和资料部分来自网络，如不慎侵犯了您的权益，请联系文库客服，我们将做删除处理，感谢您的理解。,