第三章 总线-2008

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,*,第三章 总 线,2008/06,计算机系统研究所,第三章 总 线,2008/06,计算机系统研究所,3.1,总线的基本概念,3.2,IBM PC,总线,3.3,ISA,总线,习 题,3.4 E,ISA,总线,3.5 PCI,总线,3.5 AGP,总线,3.6 PCMICA,总线,总线的优点,：,模块化结构设计方法，简化系统设计；,各厂商的产品互相兼容；,便于系统扩充和升级；,便于故障诊断和维修。,2008/06,计算机系统研究所,3.1,总线的基本概念,总线的分类,：,片内总线，元件级总线,(内总线）,，插件板级总线（系统总线），设备级总线（外总线）。,内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。,*前端总线（,FSB,）：,是将,CPU,连接到北桥芯片的总线。通常指外频,(,以前指系统总线的频率），如,266MHz,、,333MHz,、,400MHz,、,533MHz,、,800MHz,、,1066MHz,、,1333MHz,几种，代表着,CPU,与内存之间的数据传输量,（*数据位,/8,）,。*,FSB=,外频*,4,（,Intel,）,/,外频*,2,（,AMD,）,2008/06,计算机系统研究所,3.1,总线的基本概念,总线的组成,：数据总线,DB，地址总线AB，控制总线CB。（电源线和地线）。,总线的规范,：,机械规范，功能规范，电气规范。,2008/06,计算机系统研究所,3.1,总线的基本概念,总线的性能指标,：,总线的定时协议,同步，异步，半同步,总线频宽,总线本身所能达到的最高数据 传输速率。,总线传输率,系统在一定方式下总线所能达到的数据传输速率。,2008/06,计算机系统研究所,3.1,总线的基本概念,单位时间（如,1,秒）内所产生的脉冲个数称为频率（单位是,Hz,）。,CPU,的主频，即,CPU,内核工作的时钟频率,，时钟周期的倒数。？指令周期：取指周期和执行周期。,第三章 总 线,2008/06,计算机系统研究所,3.2,IBM PC,总线,3.1,总线的基本概念,3.3,ISA,总线,习 题,3.4 E,ISA,总线,3.5 PCI,总线,3.5 AGP,总线,3.6 PCMICA,总线,IBM PC,总线,8284,8088,8087,8282,8286,8288,8259,8237,A,1916,AD,70,A,190,D,70,PC BUS,IRQ,70,DRQ,30,DACK,30,IOR/IOW,MEMR/MEMW,CLK,AEN I/O CHCK I/OCHRDY,为什么有多个地线和电源线？,2008/06,计算机系统研究所,3.2 IBM PC,总线,第三章 总 线,2008/06,计算机系统研究所,3.1,ISA,总线,3.2,IBM PC,总线,3.1,总线的基本概念,习 题,3.4 E,ISA,总线,3.5 PCI,总线,3.5 AGP,总线,3.6 PCMICA,总线,PC,总线,：,8位,DB,，,20,位,AB,，,62Pin,，,适用于8086/8088。,ISA,总线,：,16位,DB,，,24,位,AB,，,98Pin,，,适用于80286，在80386及以后的,CPU,的主板上应用了很长时间，目前正逐渐被淘汰。向下兼容，即PC总线上的设备也可以用在ISA总线上。,A1,A31,B1,B31,C1,D1,C18,D18,PC,总线,ISA,总线,接口插板布线图,C,、,D,A,、,B,2008/06,计算机系统研究所,3.3 ISA,总线,第三章 总 线,2008/06,计算机系统研究所,3.4 EISA,总线,3.2,IBM PC,总线,3.3,ISA,总线,习 题,3.1,总线的基本概念,3.5 PCI,总线,3.5 AGP,总线,3.6 PCMICA,总线,EISA,总线,：,32位,DB,，,32,位,AB,，,188Pin,，,适用于 8086/80486，同样也向下兼容，即原,AT,机上的各种插板也可以插在,EISA,总线上。,A1,A31,B1,B31,C1,D1,C18,D18,E,F,H,G,A,、,B,E,、,F,G,、,H,C,、,D,接口插板布线图,2008/06,计算机系统研究所,3.4 EISA,总线,第三章 总 线,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,3.2,IBM PC,总线,3.3,ISA,总线,习 题,3.4 E,ISA,总线,3.1,总线的基本概念,3.5 AGP,总线,3.6 PCMICA,总线,局部,总线,：,速度更快，介于CPU和ISA之间。适用于80486以上的CPU的主板。如VL总线，PCI总线。与其它总线不兼容。,CPU,MEM,ISA,总线控制器,硬盘适配器,CRT,适配器,ISA,总线,局部总线控制器,ISA,总线控制器,CPU,MEM,网络适配器,CRT,适配器,FAX,适配器,打印机适配器,ISA,总线,PCI,总线,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,PCI,总线的特点,支持一种线性突发数据传输模式，即由一个地址顺序读写大量数据。,总线主控，任何一个有处理能力的外设都可暂时接管总线。,同步操作功能，确保CPU与总线同步操作。,PCI芯片将大量系统功能高度集成，而且AB和DB多路复用。,PCI总线与CPU时钟频率无关，以其独特的中间缓冲器，独立于CPU，不必担心外设在不同时钟频率下引起性能冲突。,自动设置参数（I/O端口，中断号等），即PnP,。,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,PCI,总线的系统结构,Processor,桥,/RAM,控制器,DRAM,Cache,扩展总线桥,网卡,显卡,.,声卡,IDE,卡,.,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,PCI,总线的接口信号,在,PCI,应用系统中，有主设备和从设备，主设备需要,49,根信号线，从设备至少需要,47,根,系统接口信号,:CLK,、,RST,。,地址数据接口信号：,AD031/3263,、,C/BE03/47,、,PAR,。,接口控制信号：,FRAME,、,IRDY,、,TRDY,、,STOP,、,LOCK,、,IDSEL,、,DEVSREL,总裁信号：,REQ,、,GNT,。,错误报告信号：,PERR,、,SERR,、,中断接口信号：,INTA,、,INTB,、,INTC,、,INTD,其它接口信号：,SBO,、,SDONE,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,PCI,总线的配置空间,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,PCI,总线的配置空间,00H01H:,厂商标识，,R/W,，,从扩展,ROM,装入。,02H03H,：设备标识，,R,，从扩展,ROM,装入。,04H05H,：,PCI,命令，,W/R,，未用。,06H07H,：,PCI,状态，,R,，未用。,08H,：版本标识，,R,，从扩展,ROM,装入。,09H0BH,：设备类别码，,R,，从扩展,ROM,装入。,0CH,：高速缓存行大小，,R,，未用。,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,0DH,：延时定时器，,W/R,，从扩展,ROM,装入。,0EH,：首区类型，,R,，从扩展,ROM,装入。,0FH,：内建自测区，,R,，从扩展,ROM,装入。,PCI,总线的配置空间,10H27H:,基地址寄存器，高位,R/W,，,低位,R,，,从扩展,ROM,装入。,28H2FH,：保留。,30H,：扩展,ROM,基地址，从扩展,ROM,装入。,34H3BH,：保留。,3CH,：中断线寄存器，,R/W,，从扩展,ROM,装入。,2008/06,计算机系统研究所,3.5 PCI,总线,3DH,：中断引脚寄存器，,R,，从扩展,ROM,装入。,3EH,：最小允许，,R,，从扩展,ROM,装入。,3FH,：最大延时，,R,，从扩展,ROM,装入。,40HFFH,：保留。,图,3-19 PCI,接口基本结构,3.5 PCI,总线,第三章 总 线,2008/06,计算机系统研究所,3.6,AGP,总线,3.2,IBM PC,总线,3.3,ISA,总线,习 题,3.4 E,ISA,总线,3.5 PCI,总线,3.1,总线的基本概念,3.7 PCMICA,总线,AGP-,加速图形端口,主要目的是配合,DIB,双重独立总线技术和,MMX,多媒体技术，提高图形尤其是3,D,图形的显示能力。,图（,A,）,表示用软件对,MPEG2,影像数据解压，然后通过,PCI,总线将数据传送到显卡。,图2（,B,）,表示将数据通过,AGP,传送到显卡。,CPU,芯片组,内存,显卡,IDE,CPU,芯片组,内存,显卡,IDE,（,A,）,（,B,）,PCI,PCI,AGP,2008/06,计算机系统研究所,3.6 AGP,总线,AGP-,加速图形端口,2008/06,计算机系统研究所,3.6 AGP,总线,AGP,（,Accelerated Graphics Port,）加速图形端口是在,PCI,图形接口的基础上发展而来的。随着,3 D,游戏做得越来越复杂，使用了大量的,3 D,特效和纹理，使原来传输速率为,133MB/S,的,PCI,总线越来越不堪重负，因此高带宽的,AGP,才得以浮出水面。这是一种与,PCI,总线迥然不同的图形接口，它完全独立于,PCI,总线之外，直接把显卡与主板控制芯片,联在一起，使得,3D,图形,数据省略了越过,PCI,总线的过程，从而很好地解决了低带宽,PCI,接口造成的系统瓶颈问题。可以说，,AGP,代替,PCI,成为新的图形端口是技术发展的必然。,AGP-,加速图形端口,2008/06,计算机系统研究所,3.6 AGP,总线,AGP 8X,作为新一代,AGP,并行接口总线，在数据传输频宽上和它的先辈,AGP 4X,一样都是,32bit,，但总线速度将达到史无前例的,66MHz8=533MHz,，在数据传输带宽上也会达到,2.1GB/s,的高度，这些都是原来的,AGP,并行接口无法企及的。它的推出正好适应了现今,CPU,和,GPU,（图形工作站）的飞速发展。随着,CPU,主频的逐步提升以及,GPU,的性能的日新月异，系统单位时间内所要处理的,3D,图形和纹理越来越多，大量的数,据要在极短的时间,内频繁地在,CPU,和,GPU,之间反复交换，这使原来运行频率为,66MHz,的,AGP,接口已越来越跟不上它们交换的速度，系统的性能因此而大受影响，正像当年,AGP,取代,PCI,总线一样，,AGP 8X,终于走上了时代的舞台。,AGP-,加速图形端口,2008/06,计算机系统研究所,3.6 AGP,总线,最初的显示设备是采用,PCI,总线，工作频率为,33MHz,，数据模式为,32bit,，传输带宽为,133MB/s,。随着,AGP 1.0,规范的推出，,AGP 1x,和,2x,显示设备成为主流。,1X,模式的工作频率达到,PCI,总线的两倍,66MHz,，传输带宽理论上可达到,266MB/s,。,2X,工作频率同样为,66MHz,，但是它使用正负沿（一个时钟周期的上升沿和下降沿）触发方式，在一个时钟周期的上下沿各传送一次数据，使传输带宽增加,1,倍，而这种触发信号的工作频率为,133MHz,，这样,AGP 2X,的传输带宽为,266MB/s2,（触发次数）,532MB/s,的高度。,4X,仍使用这种信号触发方式，,只是利用两个触发信号在每个时钟周期分别引起两次触发，从而在一个时钟周期触发,4,次，这样在理论上就可以达到,266MB/s2,（单信号触发次数