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第三章总线2008/06计算机系统研究所第三章总线2008/06计算机系统研究所3.1总线的基本概念3.2IBMPC总线3.3ISA总线习题3.4EISA总线3.5PCI总线3.5AGP总线3.6PCMICA总线总线的优点：•模块化结构设计方法，简化系统设计；•各厂商的产品互相兼容；•便于系统扩充和升级；•便于故障诊断和维修。2008/06计算机系统研究所3.1总线的基本概念总线的分类：片内总线，元件级总线(内总线），插件板级总线（系统总线），设备级总线（外总线）。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。*前端总线（FSB）：是将CPU连接到北桥芯片的总线。通常指外频(以前指系统总线的频率），如266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz几种，代表着CPU与内存之间的数据传输量（*数据位/8）。*FSB=外频*4（Intel）/外频*2（AMD）2008/06计算机系统研究所3.1总线的基本概念总线的组成：数据总线DB，地址总线AB，控制总线CB。（电源线和地线）。总线的规范：机械规范，功能规范，电气规范。2008/06计算机系统研究所3.1总线的基本概念总线的性能指标：•总线的定时协议同步，异步，半同步•总线频宽总线本身所能达到的最高数据传输速率。•总线传输率系统在一定方式下总线所能达到的数据传输速率。2008/06计算机系统研究所3.1总线的基本概念单位时间（如1秒）内所产生的脉冲个数称为频率（单位是Hz）。CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率，时钟周期的倒数。？指令周期：取指周期和执行周期。第三章总线2008/06计算机系统研究所3.2IBMPC总线3.1总线的基本概念3.3ISA总线习题3.4EISA总线3.5PCI总线3.5AGP总线3.6PCMICA总线IBMPC总线82848088808782828286828882598237A19~16AD7~0A19~0D7~0PCBUSIRQ7~0DRQ3~0DACK3~0IOR/IOWMEMR/MEMWCLKAENI/OCHCKI/OCHRDY为什么有多个地线和电源线？2008/06计算机系统研究所3.2IBMPC总线第三章总线2008/06计算机系统研究所3.1ISA总线3.2IBMPC总线3.1总线的基本概念习题3.4EISA总线3.5PCI总线3.5AGP总线3.6PCMICA总线PC总线：8位DB，20位AB，62Pin，适用于8086/8088。ISA总线：16位DB，24位AB，98Pin，适用于80286，在80386及以后的CPU的主板上应用了很长时间，目前正逐渐被淘汰。向下兼容，即PC总线上的设备也可以用在ISA总线上。A1A31B1B31C1D1C18D18PC总线ISA总线接口插板布线图C、DA、B2008/06计算机系统研究所3.3ISA总线第三章总线2008/06计算机系统研究所3.4EISA总线3.2IBMPC总线3.3ISA总线习题3.1总线的基本概念3.5PCI总线3.5AGP总线3.6PCMICA总线EISA总线：32位DB，32位AB，188Pin，适用于8086/80486，同样也向下兼容，即原AT机上的各种插板也可以插在EISA总线上。A1A31B1B31C1D1C18D18EFHGA、BE、FG、HC、D接口插板布线图2008/06计算机系统研究所3.4EISA总线第三章总线2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线3.2IBMPC总线3.3ISA总线习题3.4EISA总线3.1总线的基本概念3.5AGP总线3.6PCMICA总线局部总线：速度更快，介于CPU和ISA之间。适用于80486以上的CPU的主板。如VL总线，PCI总线。与其它总线不兼容。CPUMEMISA总线控制器硬盘适配器CRT适配器……ISA总线局部总线控制器ISA总线控制器CPUMEM网络适配器CRT适配器FAX适配器打印机适配器……ISA总线PCI总线2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线PCI总线的特点•支持一种线性突发数据传输模式，即由一个地址顺序读写大量数据。•总线主控，任何一个有处理能力的外设都可暂时接管总线。•同步操作功能，确保CPU与总线同步操作。•PCI芯片将大量系统功能高度集成，而且AB和DB多路复用。•PCI总线与CPU时钟频率无关，以其独特的中间缓冲器，独立于CPU，不必担心外设在不同时钟频率下引起性能冲突。•自动设置参数（I/O端口，中断号等），即PnP。2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线PCI总线的系统结构Processor桥/RAM控制器DRAMCache扩展总线桥网卡显卡…….声卡IDE卡…….2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线PCI总线的接口信号在PCI应用系统中，有主设备和从设备，主设备需要49根信号线，从设备至少需要47根•系统接口信号:CLK、RST。•地址数据接口信号：AD0~31/32~63、C/BE0~3/4~7、PAR。•接口控制信号：FRAME、IRDY、TRDY、STOP、LOCK、IDSEL、DEVSREL•总裁信号：REQ、GNT。•错误报告信号：PERR、SERR、•中断接口信号：INTA、INTB、INTC、INTD•其它接口信号：SBO、SDONE2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线PCI总线的配置空间设备ID厂商ID状态命令类别代码版本IDBIST头部类型延时定时器Cache行大小基地址寄存器卡总线CIS指针子系统ID子系统厂商ID扩展ROM基地址寄存器保留保留中断引脚中断请求线Max_LatMin_Gnt015163100H04H08H0CH10H24H28H2CH30H34H38H3CH性能指针2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线PCI总线的配置空间•00H~01H:厂商标识，R/W，从扩展ROM装入。•02H~03H：设备标识，R，从扩展ROM装入。•04H~05H：PCI命令，W/R，未用。•06H~07H：PCI状态，R，未用。•08H：版本标识，R，从扩展ROM装入。•09H~0BH：设备类别码，R，从扩展ROM装入。•0CH：高速缓存行大小，R，未用。2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线•0DH：延时定时器，W/R，从扩展ROM装入。•0EH：首区类型，R，从扩展ROM装入。•0FH：内建自测区，R，从扩展ROM装入。PCI总线的配置空间10H~27H:基地址寄存器，高位R/W，低位R，从扩展ROM装入。28H~2FH：保留。30H：扩展ROM基地址，从扩展ROM装入。34H~3BH：保留。3CH：中断线寄存器，R/W，从扩展ROM装入。2008/06计算机系统研究所3.5PCI总线3DH：中断引脚寄存器，R，从扩展ROM装入。3EH：最小允许，R，从扩展ROM装入。3FH：最大延时，R，从扩展ROM装入。40H~FFH：保留。基地址寄存器PCIBUS奇偶校验命令状态寄存器基地址寄存器EPROM延迟定时器中断寄存器初始化器目标设备PARPERRSERRAD0~AD31FRAMEIRDYREQGNTTRDYDEVSELSTOP图3-19PCI接口基本结构3.5PCI总线第三章总线2008/06计算机系统研究所3.6AGP总线3.2IBMPC总线3.3ISA总线习题3.4EISA总线3.5PCI总线3.1总线的基本概念3.7PCMICA总线AGP--加速图形端口主要目的是配合DIB双重独立总线技术和MMX多媒体技术，提高图形尤其是3D图形的显示能力。图（A）表示用软件对MPEG2影像数据解压，然后通过PCI总线将数据传送到显卡。图2（B）表示将数据通过AGP传送到显卡。CPU芯片组内存显卡IDECPU芯片组内存显卡IDE（A）（B）PCIPCIAGP2008/06计算机系统研究所3.6AGP总线AGP--加速图形端口2008/06计算机系统研究所3.6AGP总线AGP（AcceleratedGraphicsPort）加速图形端口是在PCI图形接口的基础上发展而来的。随着3D游戏做得越来越复杂，使用了大量的3D特效和纹理，使原来传输速率为133MB/S的PCI总线越来越不堪重负，因此高带宽的AGP才得以浮出水面。这是一种与PCI总线迥然不同的图形接口，它完全独立于PCI总线之外，直接把显卡与主板控制芯片联在一起，使得3D图形数据省略了越过PCI总线的过程，从而很好地解决了低带宽PCI接口造成的系统瓶颈问题。可以说，AGP代替PCI成为新的图形端口是技术发展的必然。AGP--加速图形端口2008/06计算机系统研究所3.6AGP总线AGP8X作为新一代AGP并行接口总线，在数据传输频宽上和它的先辈AGP4X一样都是32bit，但总线速度将达到史无前例的66MHz×8=533MHz，在数据传输带宽上也会达到2.1GB/s的高度，这些都是原来的AGP并行接口无法企及的。它的推出正好适应了现今CPU和GPU（图形工作站）的飞速发展。随着CPU主频的逐步提升以及GPU的性能的日新月异，系统单位时间内所要处理的3D图形和纹理越来越多，大量的数据要在极短的时间内频繁地在CPU和GPU之间反复交换，这使原来运行频率为66MHz的AGP接口已越来越跟不上它们交换的速度，系统的性能因此而大受影响，正像当年AGP取代PCI总线一样，AGP8X终于走上了时代的舞台。AGP--加速图形端口2008/06计算机系统研究所3.6AGP总线最初的显示设备是采用PCI总线，工作频率为33MHz，数据模式为32bit，传输带宽为133MB/s。随着AGP1.0规范的推出，AGP1x和2x显示设备成为主流。1X模式的工作频率达到PCI总线的两倍—66MHz，传输带宽理论上可达到266MB/s。2X工作频率同样为66MHz，但是它使用正负沿（一个时钟周期的上升沿和下降沿）触发方式，在一个时钟周期的上下沿各传送一次数据，使传输带宽增加1倍，而这种触发信号的工作频率为133MHz，这样AGP2X的传输带宽为266MB/s×2（触发次数）＝532MB/s的高度。4X仍使用这种信号触发方式，只是利用两个触发信号在每个时钟周期分别引起两次触发，从而在一个时钟周期触发4次，这样在理论上就可以达到266MB/s×2（单信号触发次数）×2（信号个数）＝1064MB/s。AGP--加速图形端口2008/06计算机系统研究所2008/06计算机系统研究所3.6AGP总线在AGP8X规范中，这种触发模式仍将使用，只是触发信号的工作频率变成266MHz，两个信号触发点也变成每个时钟周期的上升沿，单信号触发次数为4次，这样它在一个时钟周期所能传输的数据就从AGP4X的4倍变成了8倍，理论传输带宽将可达到266MB/s×4（单信号触发次数）×2（信号个数）＝2128MB/s。这是一种传输带宽高达2.1GB/S的新的显示接口规范，但是这只能算是AGP接口规范的绝唱，因为Intel已明确表示AGP8x将会是最后一代的并行接口，接下来上场的将会是3GIO－－也就是正式命名为PCIExpress的串行总线标准。第三章总线2008/06计算机系统研究所3.7PCMCIA总线3.2IBMPC总线3.3ISA总线习题3.4EISA总线3.5PCI总线3.6AGP总线3.1总线的基本概念PCMCIA扩展总线适用于笔记本电脑，可连接存储器、FAX/MODEM、网络适配器和硬盘驱动器等扩展设备。•支持三种类型的PC卡，长86mm，宽54mm，I类卡厚3.3mm,主要是存储器卡;II类卡厚5.5mm,通常是modem卡或faxmodem卡；III类卡厚10.5mm,用作磁盘设备。•PCMCIA插槽也有三种规格:I型插一个I类卡;