第六章总线系统1.ppt

第六章 总线系统 6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁 * * 6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁 6.4总线的定时和数据传送模式 6.5 HOST总线和PCI总线(简单看一下) 6.6 InfiniBand标准(简单看一下) 6.1.1 总线的基本概念 6.1.2 总线的连接方式 6.1.3 总线的内部结构 6.1.4 总线结构实例 6.1.1 总线的基本概念 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。 总线定义： 单处理器系统总线可分为以下几类： 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。 系统总线： I/O总线：中低速I/O设备相互连接的总线。 CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线。 总线是构成计算机系统的互联机构是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。 1、总线的特性（P184页） 物理特性：总线的物理连接方式（根数、插头、插座形状，引脚排列方式） 功能特性：每根线的功能。 电气特性：每根线上信号的传递方向及有效电平范围。 时间特性：规定了每根总线在什么时间有效，持续时间多长。 思考：相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因何在呢? AD15-AD0，/RD,/WR 为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用，就需要进行系统总线的标准化工作。目前，已经出现了很多总线标准，如PCI、ISA等。 采用标准总线的优点 1.简化系统设计 2.简化系统结构，提高系统可靠性 3.便于系统的扩充和更新 2、总线的标准化 总线带宽： 每秒钟可以传输的信息量，单位是MB/S 如ISA总线（16位，带宽8MB/S），EISA总线（32位，带宽33.3MB/S)。 PCI总线（64位，带宽100MB/S） （1）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? （2）如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率升为66MHz，总线带宽是多少? 解：（1）设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示， Dr=D/T=D×（1/T）=D×f=4B×33×106/s=132MB/s Dr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s （2）64位=8B 一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得 【例1】 6.1.2 总线的连接方式 适配器（接口）：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。 CPU 接口 电路 I/O 设备 信息缓冲、联络控制、信息变换 总线的排列布置与其他各类部件的连接方式对计算机系统系统的性能，讲起十分重要的作用。根据连接方式不同，单机系统中总线结构分为两种： 单总线：使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备。 单片机一般采用单总线结构，统一编址，控制管理方便。 单总线结构特点： 在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时，能迅速获得总线控制权。 当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。否则，由于一条总线由多种功能部件共用，可能导致很大的时间延迟。 多总线：在CPU、主存、I/O之间互联采用多条总线。如图所示。 支持大容量I/O设备 支持本地磁盘驱动器和其他外设 高速总线通过扩充总线接口与扩充总线相连。 通过桥CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连。 桥实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。 多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线。 多总线结构特点： 6.1.3 总线的内部结构 早期总线的内部结构如图所示，它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。这种简单的总线一般也由50～100条线组成。 这些线按其功能可分为三类：地址线、数据线和控制线。 早期总线结构的不足之处在于： 1、CPU是总线上惟一的主控者。 2、后来增加DMA控制器以支持DMA传送，但仍不能满足多CPU环境的要求。 3、总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。 时钟信号线、电源线、地线、系统复位线 加电或断电的时序信号线等。