计算机组成原理唐朔飞-第3章-系统总线教材课件

第三章系统总线3.1总线的基本概念3.2总线的分类3.3总线特性及性能指标3.4总线结构3.5总线控制3.1总线的基本概念一、为什么要用总线（BUS）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总线主存储器

M.MI/O接口

外部设备1

外部设备2……I/O接口I/O接口

外部设备n3.1总线的基本概念单总线（系统总线）2.单总线结构框图CPUM.MI/O接口

外部设备1

外部设备2I/O接口…

外部设备nI/O接口…3.1总线的基本概念3.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线M.MCPUI/O接口

外部设备1…

外部设备nI/O接口…存储总线3.1总线的基本概念3.2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3.2总线的分类3.3总线特性及性能指标CPU插件板M.M插件板I/O插件板一、总线物理实现BUS1.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地址数据控制3.3总线特性及性能指标三、总线的性能指标1.总线宽度2.标准传输率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（MB／s）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3.3总线特性及性能指标ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模块系统总线标准四、总线标准系统模块标准界面3.3总线特性及性能指标

系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。由标准化组织制定或行业、大公司提出，而成为行业标准。3.3总线特性及性能指标总线标准数据线总线时钟带宽ISA(工业标准结构)168MHz（独立）16MBpsEISA(扩充、开放)328MHz（独立）33MBpsVESA(VL-BUS)(视频电子标准协会)3233MHz（CPU）133MBpsPCI（外围部件互连）326433MHz（独立）66MHz（独立）132MBps528MBpsAGP(加速图形端口)3266.7MHz（独立）133MHz（独立）266MBps533MBpsRS-232(recommendedstandard)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(UniversalSerialBus)串行接口总线标准USB1.0：1.5Mbps;USB1.1：12MbpsUSB2.0：480Mbps;USB3.0：5Gbps3.4总线结构一、单总线结构单总线（系统总线）CPUM.MI/O接口

外部设备1

外部设备2I/O接口…

外部设备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3.4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……3.4总线结构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3.4总线结构SCSI:小型计算机系统接口，一种用于计算机和智能设备之间(硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等)系统级接口的独立处理器标准。SCSI是一种智能的通用接口标准。4.四总线结构主存扩展总线接口局域网SCSI多媒体CPU调制解调器串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥3.4总线结构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ISAEISA8MHz16位数据通路标准总线控制器33MHz32位数据通路系统总线调制解调器多媒体高速局域网高性能图形CPU…3.4总线结构2.VL-BUS局部总线结构33MHz的32位数据通路系统总线ISAEISA多媒体高速局域网高性能图形调制解调器图文传真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……3.4总线结构3.PCI总线结构CPU多媒体PCI桥高速局域网高性能图形调制解调器图文传真PCI总线系统总线33MHz的32位数据通路8MHz的16位数据通路ISAEISA标准总线控制器SCSIⅡ

控制器存储器3.4总线结构4.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CPU3.4总线结构3.5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I/O接口13.5总线控制0BS

-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1计数器设备地址13.5总线控制排队器排队器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3.5总线控制二、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销有关信息，让出总线使用权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总线控制由统一时标控制数据传送充分挖掘系统总线每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总线控制(1)同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

读命令数据3.5总线控制(2)同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

写命令数据3.5总线控制不互锁半互锁全互锁(3)异步通信主设备从设备请求回答3.5总线控制(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（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

WAIT3.5总线控制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总线控制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总线空闲占用总线不占用总线占用总线3.5总线控制(5)分离式通信充分挖掘系统总线每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子周期1子周期2主模块3.5总线控制1.各模块有权申请占用总线分离式通信特点充分发挥了总线的有效占用2.采用同步方式通信，不等对方回答3.各模块准备数据时，不占用总线4.总线被占用时，无空闲3.5总线控制

主板芯片组通常包含南桥芯片和北桥芯片，但有的主板芯片也包含一块或三块芯片。计算机主板的南桥和北桥北桥芯片主要决定主板的规格、对硬件的支持、以及系统的性能，它连接着CPU、内存、AGP总线。主板支持什么CPU，支持AGP多少速的显卡，支持何种频率的内存，都是北桥芯片决定的。北桥芯片往往有较高的工作频率，所以发热量颇高，我们在主板上，可以在CPU插槽附近找到一个散热器，下面的就是北桥芯片。同北桥芯片的主板，性能差别微乎其微。3.5总线控制南桥芯片主要决定主板的功能，主板上的各种接口（如串口、USB）、PCI总线（接驳电视卡、内猫、声卡等）、IDE（接