第3章系统总线2014祥解.ppt

3.1 总线的基本概念 总线 定义：是连接多个部件的传输线 总线的关键特征是共享传输线。 总线的两个特点： 任意时刻只能有一个设备向总线发送信息 系统瓶颈 多个部件可以同时从总线接受相同的信息 广播式 系统互联 分散连接 内部连线十分复杂，布线困难 扩展性差 效率高 总线连接 简洁、成本低 扩展性好、灵活 共享竞争 1970年DEC公司PDP-11小型计算机首次采用总线技术 3.2 总线的分类 总线分类——按位置 片内总线 是指芯片内部的总线。 如在CPU芯片内部，寄存器和寄存器之间、寄存器和算逻单元ALU之间都有总线连接。 系统总线 是指CPU、主存、I/O（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。 又叫板级总线和板间总线 如ISA、PCI等。 通信总线（I/O总线） 是指计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表等）之间的通信传输线。 IDE、SCSI、USB、RS－232 总线分类——按功能 数据总线（DB） 双向，宽度差别 地址总线（AB） 单向，宽度与寻址空间有关 控制总线（CB） 命令和状态 3.3 总线特性及性能指标 3.3.2 总线特性 1、机械特性：是指总线在机械连接方式上的一些性能。 如插头和插座使用的标准，它们的几何尺寸、形状、引脚的个数以及排列的顺序，接头处的可靠接触等等。 2、电气特性：是指总线的每一根传输线上信号的传输方向和有效的电平范围。 如低电平表示逻辑“0”，并要求电平低于－3V；高电平表示逻辑“1”，并要求高电平高于＋3V。 3、功能特性：是指总线中每根信号传输线的功能。 4、时间特性：是指总线中的任一根信号传输线在什么时间内有效。 为了正确传输数据信息，每条总线上的各种信号，互相存在着一种有效时序的关系，因此，时间特性一般可用信号时序图来描述。 3.3.3总线性能指标(1) 1、总线宽度：是指数据总线的根数，用bit（位）表示，如8位、16位、32位、64位（也即8根、16根、32根、64根数据线）。 2、最大传输率 (总线带宽)：总线本身所能达到的最高传输速率，用MB/s（每秒多少兆字节）表示。 例：总线工作频率33.3MHz，总线宽度32位，则最大传输率＝ 33.3×32/8＝132MB/s。 3、时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。 4、总线复用：为提高总线的利用率，将地址总线和数据总线共用一组物理线，在某一时刻该总线传输地址信号，另一时刻传输数据信号或命令信号。 总线性能指标(2) 5、信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线的根数总和。 6、总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。 负载能力：通常用可连接扩增电路板数来反映总线的负载能力。 由于不同的电路对总线的负载是不同的，即使同一电路在不同的工作频率下，总线的负载也是不同的。因此，总线负载能力的指标是不太严格的。 7、其他：如电源电压是5V还是3.3V、总线能否扩展至64位宽度等。 总线的基本组成 总线标准的产生 总线是在计算机系统模块化的发展过程中产生的，随着计算及应用领域的不断扩大，计算机系统中各类模块（特别是I/O设备所带来的各类接口模块），其品种极其繁杂，往往出现一种模块要配一种总线，很难在总线上更换、组合各类模块或设备。 20世纪70年代末，为了使系统设计简化，模块生产批量化，确保其性能稳定，质量可靠，便于维护，人们开始研究如何建立总线标准，完成系统设计和模块制作。 概念：所谓总线标准，可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。 这个界面两端的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一 面接口的功能要求，而无需了解对方接口与总线的连接要求。 因此，按总线标准设计的接口可视为通用接口。 目前流行的总线标准 ISA EISA VESA PCI MCA STD …… 1．ISA总线 1984年，IBM PC/AT机针对Intel 80286 设计的系统I/O总线和扩展插槽，又称为PC/AT总线（AT Bus） 1987年成为国际通用总线标准ISA（Industry Standard Architecture） 16位数据线 地址线24位，即直接内存寻址为16MB 工作时钟是8.33MHz，数据传输率为8.33MB/s 16位ISA插槽同8位ISA插槽保持互换性 16位ISA总线是在8位ISA总线（PC总线）插槽的沿伸方向上增加一个双排共36触点的插槽，新增的插槽引脚把8位数据和20位地址扩展成16位数据线和24位地址线 2．MCA总线 MCA（Micro Channel Architecture）即微通道结构总线来源于IBM PS/2机，是为32位的Intel 80386 设计的。 是IBM尝试代替