计算机组成原理第四版第六章.ppt

6.1 总线的概念及结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线仲裁 6.4 总线定时 总线：是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传输的公共通路。 总线分类： 内部总线 系统总线 I/O总线 总线的连接方式： 单总线结构 双总线结构 三总线结构 总线的内部结构： 早期的 当代的 Pentium 计算机的总线结构 早期总线：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。 当代总线：CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连。系统中允许有多个这样的处理器模块。而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。 pentium计算机主板的总线结构框图 接口：接口即I/O设备适配器，具体指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态连接的两个部件之间起着“转换器”的作用，以便实现彼此之间的信息传送。如图6.7所示。 接口的功能 信息的传送方式 外围设备的连接 　典型的接口通常具有如下功能： 1.控制：接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等。 2.缓冲：接口在外围设备和计算机系统其他部件之间用作为一个缓冲器，以补偿各种设备在速度上的差异。 3.状态：接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息。状态信息包括数据“准备就绪”、“忙”、“错误”等等，供CPU询问外围设备时进行分析之用。 4.转换：接口可以完成任何要求的数据转换，例如并－－串转换或串－－并转换，因此数据能在外围设备和CPU之间正确地进行传送。 5.整理：接口可以完成一些特别的功能，例如在需要时可以修改字计数器或当前内存地址寄存器。 6.程序中断：每当外围设备向CPU请求某种动作时，接口即发生一个中断请求信号到CPU。 一个适配器必有两个接口：一是和系统总线的接口，CPU和适配器的数据交换一定的是并行方式；二是和外设的接口，适配器和外设的数据交换可能是并行方式，也可能是串行方式。根据外围设备供求串行数据或并行数据的方式不同，适配器分为串行数据接口和并行数据接口两大类。 信息传输三种方式：串行传送、并行传送和分时传送。 出于速度和效率上的考虑，系统总线上传送的信息必须采用并行传送方式。 典型的接口通常具有如下功能： 1.控制：接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等。 2.缓冲：接口在外围设备和计算机系统其他部件之间用作为一个缓冲器，以补偿各种设备在速度上的差异。 3.状态：接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息。状态信息包括数据“准备就绪”、“忙”、“错误”等等，供CPU询问外围设备时进行分析之用。 4.转换：接口可以完成任何要求的数据转换，例如并－－串转换或串－－并转换，因此数据能在外围设备和CPU之间正确地进行传送。 5.整理：接口可以完成一些特别的功能，例如在需要时可以修改字计数器或当前内存地址寄存器。 6.程序中断：每当外围设备向CPU请求某种动作时，接口即发生一个中断请求信号到CPU。 6.3 总线仲裁 连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态 为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。 对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用优先级或公平策略进行仲裁。 按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类。 总线仲裁方式分： 1）集中式仲裁：每个功能模块有两条 线连到中央仲裁器，一条送往仲裁器的总线请求线BR，一条送往仲裁器的总线授权线BG。 2）分步式仲裁：不需要中央仲裁器，每个潜在的功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。 6.4? 总线的定时 总线的一次信息传送过程，大致可分为如下五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址(目的地址)，信息传送，状态返回(或错误报告) 为了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议。 定时：事件出现在总线上的时序关系。 定时方式： 1.同步定时 在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定。由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定，因此，同步定时具有较高的传输频率。 同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况。 2.异步定时 在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，即建立在应答式或互锁机制基础上。在这种系统中，不需要统一的共公时钟信号。总线周期的长度是可变的。 异步定时的优点是总线周期长度可变，不把响应时间强加到功能模块上，因而允许快速和慢速的功能模