第8章系统总线

第8章系统总线8.1总线的基本概念8.2总线的分类8.3总线特性及性能指标8.4总线结构8.5总线控制8.1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、总线结构的计算机举例1.面向CPU的双总线结构框图

中央处理器CPUI/O总线M总线8.1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2I/O接口…

I/O设备nI/O接口…8.18.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线主存CPUI/O接口

I/O设备1…

I/O设备nI/O接口…存储总线8.18.2总线的分类从不同角度，有不同的分类方法。按照数据传送方式：串行传输总线/并行传输总线并行总线按照传输数据宽度：8/16/32/64位传输总线按照总线使用范围：计算机总线/测控总线/网络通信总线按照连接部件不同：片内总线/系统总线/通信总线8.2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，各种控制信号的传输线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8.通信总线串行通信总线并行通信总线传输方式8.2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8.3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8.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一根线何时有效，总线上信号之间存在时序关系8.3地址数据控制三、总线的性能指标1.总线宽度2.总线带宽8.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等突发、自动、仲裁、逻辑、计数8.3ISAEISAVESA(VL-BUS)PCIAGPRS-232USB模块系统总线标准四、总线标准系统模块8.3标准界面总线标准数据线总线时钟带宽ISA168MHz（独立）16MBpsEISA328MHz（独立）33MBpsVESA(VL-BUS)3233MHz（CPU）133MBpsPCI326433MHz（独立）66MHz（独立）132MBps528MBpsAGP3266.7MHz（独立）133MHz（独立）266MBps533MBpsRS-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1.5Mbps(USB1.0)12Mbps(USB1.0)480Mbps

(USB2.0)8.3四、总线标准8.4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2I/O接口…

I/O设备nI/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8.42.三总线结构主存总线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……8.48.三总线结构的又一形式8.4局域网系统总线CPUCache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SCSICPU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8.41.传统微型机总线结构三、总线结构举例8.4存储器SCSIⅡ控制器主存控制器ISA、EISA8MHz的16位数据通路标准总线控制器33MHz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……Modem2.VL-BUS局部总线结构8.433MHz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8MHz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

SCSIⅡ控制器VLBUS……Modem8.PCI总线结构8.4CPU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33MHz的32位数据通路8MHz的16位数据通路ISA、EISA标准总线控制器SCSIⅡ控制器存储器Modem4.多层PCI总线结构PCI总线2存储器桥0桥4PCI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4PCI总线5PCI总线3PCI总线1PCI总线0存储器总线

标准总线CPU8.48.5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，启动信息传送从设备(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…BSBRI/O接口1I/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8.5I/O接口10BS

－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…BSBRI/O接口1I/O接口n设备地址8.计数器定时查询方式I/O接口18.5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0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG－总线同意BR－总线请求8.5二、总线通信控制1.目的2.总线传输周期(总线周期)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消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8.5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

8.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8.5

读命令(1)同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址数据8.5数据(2)同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

写命令8.5异步通信异步通信没有公共的时钟标准，不要求所有部件严格的统一操作时间，因此允许各模块速度不一致。采用应答方式（握手方式）：主模块发出请求信号时，一直等待从模块反馈回响应信号，才开始通信。异步通信的应答方式：不互锁、半互锁、全互锁。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异步通信可用于串行或者并行传送。异步串行通信的数据帧格式：1个起始位（低电平）、5-8个数据位、1个奇偶校验位、1或1.5或2个停止位（高电平）；传送时先传送字符的最低位；两帧数据之间可以是0或任意个空闲位（高电平）；同步串行传送，去掉上述附加位，把多个字符数据放在一起构成数据块，前面加上同步字符，连续传送，速度更快。波特率：异步串行通信的数据传送速率，单位时间内传送的二进制数据的位数，单位：bps(位/秒)；比特率：异步串行通信单位时间内传送的二进制有效数据的位数，单位：bps(位/秒)(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8.5（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等待慢速设备时，采用插入时钟周期的措施协调通信双方的配合以输入数据为例的半同步通信时序T1主模块发地址T2主模块发命令…T3从模块提供数据T4从模块撤销数据，主模块撤销命令Tw

当为低电平时，等待一个TWAITTw

当为低电平时，等待一个TWAIT8.5

读

命令WAIT

地址

数据8.5

时钟总线传输周期T1T2TWTWT3T4(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），总线使用权被通信双方完全占用。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8.5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，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分解为两个子周期子周期1子周期28.5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2.采用同步方式通信，不等对方回答8.各模块准备数据时，不占用总线4.总线被占用时，无空闲8.5例题：总线的时钟频率为100MHz，总线的传输周期为4个时钟周期，总线的宽度为32位，求总线的数据传输率（总线带宽）解：据原题可知：1秒钟有100M个时钟周期，有25M个总线周期；每个总线周期