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《微机原理与接口技术》本科课程2006年春季第18讲南京大学计算机系俞建新主讲2006年3月30日2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第2页共30页第7章PC机组成原理本章介绍以下内容主板系统总线主存储器2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第3页共30页7.2.7.4PCI总线PCI总线，外围部件互连总线英文全称：PeripheralComponentInterconnect1992年由Intel公司主持设计的一种系统总线PCI总线规范1.0版本由Intel公司推出，2.0版于1993年4月由PCI集团推出。时钟同步型输入/输出总线数据线为32位，可扩充到64位。最高数据传输速度为133MB/s目前最广泛使用的PC机总线2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第4页共30页PCI总线基本特点-1(1)传输速率高(2)线性突发传输(3)减少存取延迟(4)采用总线主控和同步操作(5)适用于各种机型2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第5页共30页PCI总线基本特点-2(6)不受处理器限制(7)兼容性强(8)预留扩展空间(9)低成本、高效率(10)向前扩展性2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第6页共30页PCI总线结构图2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第7页共30页PCI总线组成PCI总线由PCI桥接器、PCI总线以及PCI总线接口适配器组成。PCI桥接器是PCI总线的控制部件。它由PCMC和LBX组成。PCMC指PCI高速缓存/主存控制器，即PCI控制器。它是英文PCICacheMainmemoryController的缩略语。LBX是局部总线加速器。它是英文LocalBusAccelerator的缩略语。PCI总线接口适配器是外部设备与PCI总线相连的接口模块。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第8页共30页PCI桥接器的基本结构基于82430NXPCIset的系统方框图Pentium处理器Host总线控制地址数据Host地址Host地址Host数据Host数据Cache控制PCI总线地址/数据控制82430NX主桥LBX控制存储器地址存储器控制存储器数据主存储器(DRAM)PCMC(82434NX)L2Cache(SRAM)SIO(82378ZB)锁存器PCI设备ISA总线LBXS(82433NX)LBXS(82433NX)PCI设备64642006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第9页共30页PCI局部总线信号PCI总线设备必备的可选的AD[31::00]AD[63::32]C/BE[3::0]#C/BE[7::4]#PARFRAME#TRDY#IRDY#STOP#DEVSEL#IDSELPERR#SERR#REQ#GNT#CLKRST#TCKTDOTDISDONESBO#INTD#INTC#INTB#INTA#LOCK#ACK64#REQ64#PAR64TMSTRST#系统信号仲裁信号错误报告信号接口控制信号地址/数据线64位总线扩展信号接口控制中断信号支持Cache的信号测试访问端口与边界扫描2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第10页共30页主板上的PCI总线插座实物照片2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第11页共30页PCI网络适配卡(元件面)实物照片2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第12页共30页PCI网络适配卡(焊接面)实物照片2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第13页共30页PCI总线的信号线有50根必须的信号线按功能可分为以下几组：系统信号：包括时钟和复位线。地址和数据信号：包含32根分时复用的地址/数据线、4根分时复用的总线命令/字节使能线以及对这36根信号线进行奇偶校验的一根校验信号线。接口控制信号：对总线事务进行定时控制，用于在事务的发起者和响应者之间进行协调。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第14页共30页PCI总线的信号线(续)裁决信号：它不同于其他信号，不是所有设备共享同一根信号线，而是每个总线主控设备都有一对仲裁线：总线请求和总线允许。PCI采用集中式裁决，所有设备的仲裁线都连接到一个总线裁决器中。错误报告信号：用于报告奇偶校验错以及其他错误。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第15页共30页PCI总线的命令总线活动以发生在总线主控设备和从设备之间的总线事务形式进行。总线主控设备就是事务的发起者从设备是事务的响应者，即目标。当总线主控设备获得总线使用权后，在事务的地址周期，通过分时复用的总线命令/字节使能信号线C/BE发出总线命令，也即事务类型。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第16页共30页PCI总线命令编码―1命令类型说明中断应答(中断识别)特殊周期I/O读(从I/O口地址中读数据)I/O写(向I/O地址空间写数据)保留保留存储器读(从内存空间映象中读数)存储器写(向内存空间映象写数据)C/BE[3:0]#000000010010001101000101011001112006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第17页共30页PCI总线命令编码―2命令类型说明保留保留配置读配置写存储器多行读双地址周期存储器读行存储器写并无效C/BE[3:0]#100010011010101111001101111011112006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第18页共30页PCI的总线命令/事务类型―1中断响应：用于对PCI总线上的中断控制器提出的中断请求进行响应。地址线不起作用，在数据周期从中断控制器读取一个中断向量，此时C/BE(命令/字节使能)信号线表示读取的中断向量的长度。特殊周期：用于总线主设备向一个或多个目标广播一条消息。I/O读和I/O写：I/O读和写命令用于在事务发起者和一个I/O控制器之间进行数据传送。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第19页共30页PCI的总线命令/事务类型―2存储器读、存储器行读、存储器多行读：o用于总线主控设备从存储器中读取数据。PCI支持突发传送，所以它将占用一个或多个数据周期。o这些命令的解释依赖于总线上的存储控制器是否支持PCI的高速缓存协议。如果支持的话，那么，与存储器之间的数据传送以Cache行的方式进行。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第20页共30页PCI的三种读操作2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第21页共30页PCI的总线命令/事务类型―3存储器写、存储器写并无效：这两种存储器写命令用于总线主控设备向存储器写数据，它们将占用一个或多个数据周期。其中存储器写并无效命令用于回写Cache行到存储器，所以它必须保证至少有一个Cache行被写回。双地址周期：由一个事务发起者用来表明它将使用64位地址来寻址。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第22页共30页PCI的总线命令/事务类型―4配置读、配置写：用于一个总线主控设备对连接到PCI总线上的设备中的配置参数进行读或更新。每个PCI设备都有一个寄存器组（最多可有256个寄存器），这个寄存器用于系统初始化时对本设备进行配置。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第23页共30页PCI总线的发展历程1995年，PCI2.1推出。时钟频率提高到66MHz，64位总线峰值带宽达533MBps。1996年，PCI2.2推出。其吞吐量高达533MBps。1999年，PCI-X1.0推出，其支持的频率高达133MHz，总数据吞吐量超过1Gbps。2001年，Compaq、Dell、IBM、Intel和Microsoft宣布，将共同努力创造一个代号为“Arapahoe”的3GI/O体系结构，目的是满足新的功能更强大的应用的需求。2002年2月，PCI-X2.0推出，使PCI的吞吐量能力达到4Gbps以上。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第24页共30页PCI总线的发展历程（续）2002年4月，PCI-Express（以前称为3GIO）推出。它使用串行体系结构，数据吞吐量可达2Gbps，能够支持多达16个双通道（dual-lane）链接。2003年9月，Dell和Intel合建了PCI-ExpressITNetwork，为新的总线体系结构提供行业支持。2004年7月，Intel发布Lindenhurst，这是其首款支持PCI-Express的芯片组。2004年秋，HP和Dell等系统厂商开始发售具有PCI-Express的服务器。2005年，大多数主板生产商已经提供具有PCI-Express个人电脑主板。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第25页共30页PCIExpress显示卡照片2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第26页共30页华硕P5GD1PRO主板照片LGA775型CPU插座915芯片组915芯片组SATA硬盘插座DDR2内存条插座PCIEepress显示卡插座2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第27页共30页第18讲思考题-1IBMPC总线，ISA总线和EISA总线的主要区别是什么？PCI桥接器的作用是什么？PCI局部总线有什么特点？简述PCI总线的读操作步骤。何谓SCSI？PCI局部总线的必有信号分为哪几类？2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第28页共30页第18讲思考题-2PC总线、ISA总线和EISA总线各用于何种类型微型计算机中?它们的数据总线各有多少根?从历史的观点看，PCI总线经历了哪几个发展步骤。本演示文稿的第26页给出了某个名牌915芯片组主板（P5GD1PRO主板）的照片，尝试在该照片上指出该主板的哪些部件采用了最新技术标准?2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第29页共30页第5次习题布置[1]名词解释：前端总线，处理器总线，存储器总线，局部总线，PCIExpress[2]请简述PCI总线的历史发展过程。2006年3月21日南京大学计算机系俞建新第18讲第30页共30页第18讲结束谢谢大家的使用！欢迎大家提出宝贵意见和建议！俞建新2006年3月30日