第三章系统总线3.1总线的概念和分类3.2总线特性及性能指标3.3总线的结构3.4总线的控制和通信方式3.1总线的基本概念和分类一、为什么要用总线?二、什么是总线?三、总线上信息的传送总线是连接各个部件的信息传输线是各个部件共享的传输介质串行并行改善各部件间的分散连接方式,提高通信效率四、总线结构计算机举例1.面向CPU的双总线结构框图中央处理器CPUI/O总线M总线主存储器I/O接口外部设备1外部设备2……I/O接口I/O接口外部设备n…CPU主存I/O接口外部设备1外部设备2I/O接口…外部设备nI/O接口单总线(系统总线)2.单总线结构框图3.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线主存CPUI/O接外部设备1…外部设备nI/O接…存储总线五、总线的分类1.片内总线2.系统总线芯片内部的总线数据总线地址总线控制总线双向与机器字长、存储字长有关单向与存储地址、I/O地址有关发出各种控制信号计算机各部件之间的信息传输线CPU发出存储器读、存储器写、总线允许、中断确认设备部件发出中断请求、总线请求常见控制信号时钟复位总线请求总线允许中断请求中断响应存储器读写I/O读写传输响应3.通信总线串行通信总线并行通信总线按传输方式用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统(如控制仪表、移动通信等)之间的通信适宜作远距离数据传送适宜作近距离数据传送本节结束3.2总线特性及性能指标3.2总线特性及性能指标CPU插件板M.M插件板I/O插件板一、总线物理实现BUS1.机械特性2.电气特性3.功能特性4.时间特性二、总线特性插座指标、尺寸、形状、引脚等等信号传输方向和有效的电平范围每根传输线的功能信号的有效时序关系地址数据控制三、总线的性能指标1.总线宽度2.标准传输率3.时钟同步/异步4.总线复用5.信号线数6.总线控制方式7.其他指标数据线的根数8位、16位、32位、64位每秒传输的最大字节数(MBps)同步、不同步地址线与数据线复用地址线、数据线和控制线的总和负载能力、电源电压、总线宽度能否扩展并发、自动、仲裁、逻辑、计数模块系统总线标准四、总线标准系统模块标准界面ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB目前流行的总线标准(1)ISA又称AT总线,独立于CPU的总线时钟,不支持总线仲裁EISA从CPU中分离出总线控制权,支持多总线主控器和突发方式VESA局部总线标准,由CPU总线演化而来PCIIntel公司提出高性能良好的兼容性即插即用支持多主设备与处理器/存储器子系统的并行操作目前流行的总线标准(2)AGP显示卡专用的局部总线RS-232C串行通信总线标准USB具有真正的即插即用特性;具有很强的连接能力;数据传输率(USB1.0)有两种,USB2.0的数据传输率最高可达480MBps;标准统一;连接电缆轻巧、电源体积小;生命力强四、总线标准总线标准数据线总线时钟带宽ISA168MHz(独立)33MBpsEISA328MHz(独立)33MBpsVESA(VL-BUS)3233MHz(CPU)133MBpsPCI326433MHz(独立)64MHz(独立)132MBps528MBpsAGP3266.7MHz(独立)133MHz(独立)266MBps533MBpsRS-232串行通信总线标准数据终端设备(计算机)和数据通信设备(调制解调器)之间的标准接口USB串行接口总线标准普通无屏蔽双绞线带屏蔽双绞线最高1.5Mbps(USB1.0)12Mbps(USB1.0)480Mbps(USB2.0)本节结束3.3总线的结构…CPU主存I/O接外部设备1外部设备2I/O接…外部设备nI/O接单总线(系统总线)一、单总线结构3.3总线结构1.双总线结构具有特殊功能的处理器,由通道对I/O统一管理通道I/O接口设备n……I/O接口设备0CPU主存主存总线I/O总线二、多总线结构2.三总线结构主存总线DMA总线I/O总线CPU主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口……3.三总线结构的另一形式局域网系统总线CPUCache局部总线扩展总线接口扩展总线Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存4.四总线结构多媒体Modem主存扩展总线接口局域网SCSICPU串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥高速I/O设备低速I/O设备1.传统微型机总线结构三、总线结构举例存储器SCSIⅡ控制器主存控制器ISA、EISA8MHz的16位数据通路标准总线控制器33MHz的32位数据通路系统总线多媒体高速局域网高性能图形CPU……Modem2.VL-BUS局部总线结构33MHz的32位数据通路系统总线ISA、EISA多媒体高速局域网高性能图形图文传真8MHz的16位数据通路标准总线控制器CPU主存控制器存储器局部总线控制器SCSIⅡ控制器VLBUS……Modem3.PCI总线结构CPU多媒体PCI桥高速局域网高性能图形图文传真PCI总线系统总线33MHz的32位数据通路8MHz的16位数据通路ISA、EISA标准总线控制器SCSIⅡ控制器存储器Modem4.多层PCI总线结构PCI总线2存储器桥0桥4PCI设备桥5总线桥桥3桥1设备桥2第一级桥第二级桥第三级桥PCI总线4PCI总线5PCI总线3PCI总线1PCI总线0存储器总线标准总线CPU本节结束3.4总线控制3.4总线控制一、总线判优控制•总线判优控制分布式集中式•主设备(模块)对总线有控制权•从设备(模块)响应从主设备发来的总线命令1.基本概念链式查询计数器定时查询独立请求方式2.链式查询方式总线控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG数据线地址线BS-总线忙BR-总线请求BG-总线同意I/O接口10BS-总线忙BR-总线请求总线控制部件数据线地址线I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n设备地址3.计数器定时查询方式I/O接口1计数器设备地址1排队器排队器4.独立请求方式总线控制部件数据线地址线I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意BR-总线请求二、总线通信控制1.目的2.总线传输周期主模块申请,总线仲裁决定主模块向从模块给出地址和命令主模块和从模块交换数据主模块撤消有关信息申请分配阶段寻址阶段传数阶段结束阶段解决通信双方协调配合问题由统一时标控制数据传送充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力同步通信异步通信半同步通信分离式通信3.总线通信的四种方式采用应答方式,没有公共时钟标准同步、异步结合读命令(1)同步通信——数据输入T1总线传输周期T2T3T4时钟地址数据数据(1)同步通信——数据输出T1总线传输周期T2T3T4时钟地址写命令不互锁半互锁全互锁(2)异步通信主设备从设备请求回答三种类型(3)半同步通信(同步、异步结合)同步发送方用系统时钟前沿发信号接收方用系统时钟后沿判断、识别异步允许不同速度的模块和谐工作增加一条“等待”响应信号:WAIT以输入数据为例的半同步通信时序T1主模块发地址T2主模块发命令…T3从模块提供数据T4从模块撤销数据,主模块撤销命令Tw当为低电平时,等待一个TWAITTw当为低电平时,等待一个TWAIT读命令WAIT地址数据时钟总线传输周期T1T2TWTWT3T4(3)半同步通信数据输入上述三种通信的共同点:一个总线传输周期(以输入数据为例)•主模块发地址、命令•从模块准备数据•从模块向主模块发数据总线空闲占用总线不占用总线占用总线(4)分离式通信充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力主模块申请占用总线,发送命令、地址等完成后即放弃总线的使用权从模块申请占用总线,将各种信息送至总线上一个总线传输周期子周期1子周期2主模块1.各模块欲占用总线必须提出申请分离式通信特点:2.采用同步方式通信,不等对方的回答信号3.各模块准备数据时,不占用总线4.总线被占用时都在工作,无空闲等待时间控制复杂,普通微机中很少采用本节结束