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第三章系统总线3.1总线的基本概念3.2总线的分类3.3总线特性及性能指标3.4总线结构3.5总线控制（重点）重点掌握1、总线仲裁方法（包括集中仲裁方式和分布仲裁方式）2、总线操作和定时（包括同步定时方式和异步定时方式）3、了解PCI总线（P48）和PCI总线结构（P56）3.1总线的基本概念一、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3.1主存储器M.MI/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单总线（系统总线）2.单总线结构框图CPUM.MI/O接口外部设备1外部设备2I/O接口…外部设备nI/O接口…3.13.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线M.MCPUI/O接口外部设备1…外部设备nI/O接口…存储总线3.13.2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地址有关有出有入计算机各部件之间的信息传输线存储器读、存储器写总线允许、中断确认中断请求、总线请求3.通信总线串行通信总线并行通信总线传输方式3.2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3.3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、总线特性尺寸形状传输方向和有效的电平范围每根传输线的功能信号的时序关系3.3地址数据控制三、总线的性能指标1.总线宽度2.总线带宽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每秒传输的最大字节数（MB／s）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并发、自动、仲裁、逻辑、计数3.3【例1】（1）某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设总线传输为1个时钟周期，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）根据定义可得Dr==D×f=4B×33×106/s=132MB/s（2）64位=8BDr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s总线带宽=总线频率*（总线位宽/8）/总线传输时钟周期四、总线标准系统系统模块模块3.3标准界面ISAEISAVL-BUSPCI总线标准5、AGP6、RS-2327、USB总线标准数据线总线时钟带宽ISA168MHz（独立）33MBpsEISA328MHz（独立）33MBpsVESA(VL-BUS)3232MHz（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)3.3四、总线标准3.5总线控制一、总线判优控制（总线仲裁）•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•总线判优控制分布式集中式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（仲裁器）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3.5I/O接口1链式查询方式：离中央仲裁器最近的设备具有最高优先权，离总线控制器越远，优先权越低。优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。缺点：是对询问链的电路故障很敏感，优先级固定。0BS-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13.5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3.5在集中式总线仲裁中，方式响应时间最快，方式对最敏感。A、菊花链方式B、独立请求方式C、电路故障D、计时器定时查询方式B，A，C分布式仲裁（补充，参考白P195）分布式仲裁不需要集中的仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当他们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较若仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤销它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。分布式仲裁（补充，参考白P195）设备竞争号（1）所有参与本次竞争的各主设备将设备竞争号CN取反后打到仲裁总线AB上，以实现“线或”逻辑。AB线低电平时表示至少有一个主设备的CNi为1，AB线高电平时表示所有主设备的CNi为0。（2）竞争时CN与AB逐位比较，从最高位（b7）至最低位（b0）以一维菊花链方式进行，只有上一位竞争得胜者Wi+1位为1。当CNi=1，或CNi=0且ABi为高电平时，才使Wi位为1。若Wi=0时，将一直向下传递，使其竞争号后面的低位不能送上AB线。（3）竞争不到的设备自动撤除其竞争号。在竞争期间，由于W位输入的作用，各设备在其内部的CN线上保留其竞争号并不破坏AB线上的信息。（4）由于参加竞争的各设备速度不一致，这个比较过程反复（自动）进行，才有最后稳定的结果。竞争期的时间二、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销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3.5由统一时标控制数据传送充分挖掘系统总线每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3.5(1)同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4时钟地址读命令数据3.5主模块发地址主模块发读命令从模块提供数据主模块撤销读命令从模块撤销数据(2)同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4时钟地址写命令数据3.5主模块发地址主模块提供数据主模块发出写命令从模块在规定的时间内把数据写入指定单元主模块撤销数据主模块撤销写命令同步式通信使用场合3.5优点：规定明确、统一模块间配合简单一致缺点：主从模块时间配合属于强制性“同步”，必须在限定的时间内完成规定的操作对所有模块采用同一限时，必须按照最慢速模块来设计公共时钟使用场合：总线长度较短；各部件存取时间差异不大例题3.1假设总线的时钟频率为100MHz，总线传输周期为4个时钟周期，总线宽度为32位1、求总线的带宽（数据传输率）2、若想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？总线带宽=总线频率*（总线位宽/8）/总线传输时钟周期1、求总线的带宽（数据传输率）数据传输率=100MHz*4B/4=100MBps2、若想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？a、将数据线的宽度提高到64位b、增加时钟频率为200MHzB不互锁半互锁全互锁(3)异步通信3.5主设备从设备请求回答没有公共的时钟，主从之间采用请求应答方式同步通信之所以比异步通信具有较高的传输速率，是因为同步通信。A、不需要应答信号B、总线长度较短C、用一个公共时钟信号进行同步D、各部件存取时间比较接近C3.5异步串行通信的数据帧格式小于最高传输速率的场合最高传输速率的场合一帧起始位起始位D0D7奇偶校验位停止位后一帧帧与帧之间存在高电平的空闲位3.5采用串行接口进行7位ASCII码传送，带有一位奇校验位，1位起始位和1位停止位，当波特率为9600波特时，字符传送速率为。比特率为。A、960B、873C、1371D、6720A，DP62-P64例题3.2例题3.3，例题3.43.5波特率、字符传送速率、比特率