第十二讲系统总线

第十二讲系统总线本讲主要内容总线的基本概念总线的分类总线特性及性能指标总线连接方式总线控制一、总线的基本概念1、为什么要用总线?存储器输入设备运算器控制器输出设备程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算数字计算机是由若干系统功能部件构成的，这些系统功能部件在一起工作才能形成一个完整的计算机系统。计算机的若干功能部件之间不可能采用全互联形式，因此就需要有公共的信息通道，即总线。2、什么是总线?3、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4、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…3.1（3）.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…存储总线二、总线的分类（一）、逻辑结构分类单向传送总线：信息只能向一个方向传送双向传送总线：信息可以向两个方向传送，既可以发送数据，也可以接收数据。1.片内总线芯片内部的总线（二）、按所处位置分类内部总线（CPU内）外部总线（系统总线）通信总线2.系统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）之间的通信三、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3.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.总线带宽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（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并发、自动、仲裁、逻辑、计数3.3ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模块系统总线标准（四）、总线标准化系统模块3.3标准界面总线标准数据线总线时钟带宽ISA168MHz（独立）33MBpsEISA328MHz（独立）33MBpsVESA(VL-BUS)3232MHz（CPU）133MBpsPCI326433MHz（独立）64MHz（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)3.3（四）、总线标准四、总线连接方式适配器：实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。适配器通常称为接口。

如何让种类繁多、速度各异的外围设备连接到计算机上呢？总线连接需要考虑一下两点：各模块的工作速度各模块的工作电平，电流，电压（额定功率）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……3.三总线结构的又一形式局域网系统总线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1.传统微型机总线结构（三）、总线结构举例存储器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33MHz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……Modem3.PCI总线结构CPU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CPUPentium机的总线结构分为三层：CPU总线、PCI总线和ISA总线。

五、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…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3.5I/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3.计数器定时查询方式I/O接口13.5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3.55.分布式仲裁方式(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3.5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

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

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3.5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3.5不互锁半互锁全互锁(2)异步通信3.5主设备从设备请求回答(3)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TWAIT3.5

读

命令WAIT

地址

数据3.5

时钟总线传输周期T1T2TWTWT3T4(3)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）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