计算机组成与结构课件 第7章 系统总线

第7章系统总线主要内容：7.1系统总线概述7.2系统总线的设计7.3微型计算机的系统总线（略）第7章系统总线7.1系统总线概述7.1.1系统总线的功能7.1.2系统总线的分类7.1.3总线的性能指标7.1.1系统总线的功能1．系统总线的功能（通信，三个方面）（1）主存与CPU的信息传送（读取指令和读写数据）（2）I/O设备与CPU的信息传送（发送命令，收发数据）（3）I/O设备与主存的信息传送（DMA方式）2．系统总线的特性（1）物理特性：即物理连接方式（2）功能特性：包括地址总线、数据总线、控制总线（3）电器特性：定义信号的传递方向及有效电平范围（4）时间特性：规定总线上各信号有效的时序关系7.1.2系统总线的分类1．总线按所处的位置分类2．按功能分类3．按时序控制方式分类4．按数据传送格式分类内总线外总线局部总线系统总线数据总线地址总线控制总线同步总线异步总线扩展同步总线并行总线串行总线7.1.3总线的性能指标1、总线宽度（位数）2、总线时钟频率（MHz）3、最大数据传输率（速率，MB/s）4、信号线数5、负载能力（插接板卡数量）拓展：总线的标准化微机的总线标准举例1．ISA总线：IBM1984年推出，又叫AT总线2．EISA总线：1988年由Compaq等9家公司联合推出3．VESA总线：1992年由60家板卡制造商联合推出4．PCI总线：是由Intel公司推出5．CompactPCI：6．PCI-E总线：由Intel、AMD、DELL、IBM等20多家公司于2004正式推出7.2系统总线的设计7.2.1系统总线的带宽7.2.2系统总线的结构7.2.3总线的时序控制7.2.4总线的仲裁7.2.1系统总线的带宽1.总线带宽的决定因素数据带宽＝（总线频率×数据位宽）÷8，单位：MB/s例：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，总线带宽是多少？解：设总线带宽用Dr表示，总线时钟频率用F表示，总线时钟周期用T=1/F表示，一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得：Dr=D/T=D×(1/F)=D×F=4B×33×106/s=132MB/s这样，总线的带宽应该不小于132MB/s。讨论如何设计总线带宽？方案1：单总线时钟周期方案方案2：多总线时钟周期方案（即分时复用方案）优点：连线减少，成本降低、节约主板的布线空间；缺点：降低了系统的速度，增加了系统连接的复杂度7.2.2系统总线的结构1．单总线结构2.二总线结构3．三总线结构4.高性能的多总线结构5．I/O通道和I/O处理机1．单总线结构2.二总线结构3．三总线结构4.高性能的多总线结构5．I/O通道和I/O处理机7.2.3总线的时序控制1．同步控制总线主要特征是以时钟周期为划分时间段的基准，CPU内部操作速度较快，通常选择较短的时钟周期。总线传送时间较长，占用多个CPU时钟周期。2．异步控制总线主要特征是没有统一的时钟周期划分，而是采用应答方式实现总线的传送操作，所需时间视需求而定同步读操作的时序控制图内存发出CPU发出CPU发出内存请求异步总线读操作时序主设备发出从设备发出主同步信号从同步信号7.2.4总线的仲裁1．集中式总线仲裁：由总线控制器管理总线的使用例如：在链式传送中，总线授权信号被依次传送到I/O设备。逻辑上离控制器最近的设备首先接收到信号，如果发送过总线请求，则接管总线，并停止授权信号继续往下传播；否则，则将授权信号传送给下一个设备，再重复相同过程，直到某个设备接管总线为止。2．竞争式总线仲裁当某个设备需要使用总线时，发出请求。所有的设备都监听总线请求信号，到一个总线周期结束时，各设备都能知道自己是否为优先级最高的设备，以及能否在下一个总线周期使用总线。无总线申请时，总线仲裁信号（高电平）可以传送到所有的设备。当设备要使用总线时，它首先检测总线是否空闲，并且检测收到的总线仲裁信号（输入端）是否为高电平，如果是高电平，则获得总线，并发出总线忙信号，然后开始传送数据。反之，如果已经是低电平，则无权使用总线，把输出端置为低。7.3微型计算机的系统总线（略）7.3.1微型计算机的前端总线7.3.2微型计算机的PCI总线7.3.1微型计算机的前端总线前端总线频率分为266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度7.3.2微型计算机的PCI总线PCI总线是由Intel公司于1990年推出的高带宽、独立于CPU的总线。PIC总线的频率分为33MHz、66MHz、100MHz、133HHz等，总线宽度包括32位和64位两种。PCI总线一边通过PCI桥与前端总线相连接，一边通过ISA桥接器与ISA总线相连接。PCI总线是一种同步时序总线，通过分时复用技术实现对地址信号和数据信号的传送，采用集中式的总线仲载方式。PCI总线定义了一组50根必备信号线和一组50根可选信号线，详细情况见教材P188