第3章系統(tǒng)總線2013v1.2

1、計 算 機 組 成 原 理,2013年2月6日,第3章 系統(tǒng)總線,,I/O,,系統(tǒng)總線,,存儲器,,,CPU,為什么要用總線?,系統(tǒng)互聯,分散連接內部連線十分復雜，布線困難擴展性差效率高總線連接簡潔、成本低擴展性好、靈活共享競爭1970年DEC公司PDP-11小型計算機首次采用總線技術,3.1 總線的基本概念,1、什么是總線,2、總線上信息的傳送,,,,,,,,,,,串行,并行,總線,定義：是連接多個部件的傳輸線

2、總線的關鍵特征是共享傳輸線?？偩€的兩個特點：任意時刻只能有一個設備向總線發(fā)送信息系統(tǒng)瓶頸多個部件可以同時從總線接受相同的信息廣播式,3.2 總線的分類,1.片內總線,2.系統(tǒng)總線,芯片內部 的總線,,雙向 與機器字長、存儲字長有關,單向 與存儲地址、 I/O地址有關,有出 有入,計算機各部件之間 的信息傳輸線,存儲器讀、存儲器寫總線允許、中斷確認,中斷請求、總線請求,總線分類——按位置,片內總線是指芯片內部的總線。

3、如在CPU芯片內部，寄存器和寄存器之間、寄存器和算邏單元ALU之間都有總線連接。系統(tǒng)總線是指CPU、主存、I/O（通過I/O接口）各大部件之間的信息傳輸線。又叫板級總線和板間總線如ISA、PCI等。通信總線（I/O總線）是指計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表等）之間的通信傳輸線。IDE、SCSI、USB、RS－232,通信總線,串行通信總線,并行通信總線,傳輸方式,,總線分類——按功能,數據總線（DB）雙

4、向，寬度差別地址總線（AB）單向，寬度與尋址空間有關控制總線（CB）命令和狀態(tài),總線也包括電源線和地線！,3.3 總線特性及性能指標,3.3.1 總線物理實現,3.3.2 總線特性,1、機械特性：是指總線在機械連接方式上的一些性能。如插頭和插座使用的標準，它們的幾何尺寸、形狀、引腳的個數以及排列的順序，接頭處的可靠接觸等等。2、電氣特性：是指總線的每一根傳輸線上信號的傳輸方向和有效的電平范圍。如低電平表示邏輯“0”，并要求

5、電平低于－3V；高電平表示邏輯“1”，并要求高電平高于＋3V。3、功能特性：是指總線中每根信號傳輸線的功能。4、時間特性：是指總線中的任一根信號傳輸線在什么時間內有效。為了正確傳輸數據信息，每條總線上的各種信號，互相存在著一種有效時序的關系，因此，時間特性一般可用信號時序圖來描述。,3.3.3總線性能指標(1),1、總線寬度：是指數據總線的根數，用bit（位）表示，如8位、16位、32位、64位（也即8根、16根、32根、64根數

6、據線）。2、最大傳輸率 (總線帶寬)：總線本身所能達到的最高傳輸速率，用MB/s（每秒多少兆字節(jié)）表示。例：總線工作頻率33.3MHz，總線寬度32位，則最大傳輸率＝ 33.3×32/8＝132MB/s。3、時鐘同步/異步：總線上的數據與時鐘同步工作的總線稱為同步總線，與時鐘不同步工作的總線稱為異步總線。4、總線復用：為提高總線的利用率，將地址總線和數據總線共用一組物理線，在某一時刻該總線傳輸地址信號，另一時刻傳輸數據

7、信號或命令信號。,總線性能指標(2),5、信號線數：即地址總線、數據總線和控制總線三種總線的根數總和。6、總線控制方式：包括并發(fā)工作、自動配置、仲裁方式、邏輯方式、計數方式等。負載能力：通常用可連接擴增電路板數來反映總線的負載能力。由于不同的電路對總線的負載是不同的，即使同一電路在不同的工作頻率下，總線的負載也是不同的。因此，總線負載能力的指標是不太嚴格的。7、其他：如電源電壓是5V還是3.3V、總線能否擴展至64位寬度等。,課

8、堂練習與思考：,D,2.系統(tǒng)總線中控制線的功能是______。A.提供主存、I/O接口設備的控制信號和響應信號B.提供數據信息 C.提供時序信號 D.提供主存、I/O接口設備的響應信號,3.在______的微型計算機系統(tǒng)中，外設可和主存貯器單元統(tǒng)一編址 ，因此可以不使用I / O指令。 A.單總線 B.雙總線 C.三總線

9、 D.多總線,A,A,ISAEISAVL-BUSPCI,,總線標準,3.3.4 總線標準,總線標準的產生,總線是在計算機系統(tǒng)模塊化的發(fā)展過程中產生的，隨著計算及應用領域的不斷擴大，計算機系統(tǒng)中各類模塊（特別是I/O設備所帶來的各類接口模塊），其品種極其繁雜，往往出現一種模塊要配一種總線，很難在總線上更換、組合各類模塊或設備。20世紀70年代末，為了使系統(tǒng)設計簡化，模塊生產批量化，確保其性能穩(wěn)定，質量可靠，

10、便于維護，人們開始研究如何建立總線標準，完成系統(tǒng)設計和模塊制作。概念：所謂總線標準，可視為系統(tǒng)與各模塊、模塊與模塊之間的一個互連的標準界面。這個界面兩端的任一方只需根據總線標準的要求完成自身一面接口的功能要求，而無需了解對方接口與總線的連接要求。因此，按總線標準設計的接口可視為通用接口。,目前流行的總線標準,ISAEISAVESAPCIMCASTD……,ISA、EISA,ISA：Industry Standard A

11、rchitecture——工業(yè)標準體系結構，又稱AT總線24位地址線（可直接尋址的內存容量為16MB）62+36引腳8/16位數據線最高時鐘頻率8MHz最大傳輸率16MB/sEISA：Extended Industry Standard Architecture —— 擴展工業(yè)標準體系結構EISA是一種在ISA基礎上擴充開放的總線標準地址總線32位數據總線32位總線的時鐘頻率為8MHz最大傳輸率33MB/s,MCA

12、、STD,MCA：Micro Channel Architecture——微通道體系結構，32位標準總線，最大傳輸率40MB/s。MCA是IBM公司在推出其第一臺80386系統(tǒng)時，突破傳統(tǒng)ISA標準而創(chuàng)建的新型系統(tǒng)總線標準。MCA與ISA完全不兼容，所以限制了其推廣。STD：STD總線于1987年被國際電子電氣工程師協(xié)會（IEEE）列為標準（IEEE961標準），主要用于以微處理器為中心的工業(yè)控制領域。數據總線8位，最大傳輸率2

13、MB/S。,VL-BUS、PCI,VL-BUS：是由VESA（Video Electronic Standard Association，視頻電子標準協(xié)會）提出來的局部總線標準，也稱為 VESA總線。數據總線32位總線時鐘頻率33MHz配有局部控制器，將高速設備直接掛在CPU的總線上，實現CPU與高速外設之間的高速數據交換PCI：Peripheral Component Interconnect——外部設備互連總線。32/64

14、位數據總線，總線時鐘頻率33MHz最大數據傳輸率132MB/s～264MB/s與ISA、EISA均可兼容支持即插即用、支持多層結構,AGP、SCSI、USB,AGP：Accelerated Graphics Port——加速圖形接口，專為提高視頻帶寬而設計的總線規(guī)范。它采用點對點連接，連接控制芯片組和AGP顯示卡，因此嚴格說AGP不能稱為總線，而是一種接口標準。SCSI：Small Computer System Interf

15、ace—小型計算機系統(tǒng)接口。SCSI總線主要用于光驅、音頻設備、掃描儀、打印機以及像硬盤驅動器這樣的大容量存儲設備等的連接，是一種直接連接外設的并行I/O總線。USB：Universal Serial Bus——通用串行總線，是一種連接外圍設備的I/O總線，具有即插即用、熱拔插等優(yōu)良特點。,例1,某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數據，假設一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為33MHz，則總線帶寬是多少? 如果一個

16、總線周期中并行傳送64位數據，總線時鐘頻率升為66MHz，則總線帶寬是多少?解：設總線帶寬用Dr表示，總線時鐘周期用T=1/f表示，一個總線周期傳送的數據量用D表示， （1）根據定義可得 Dr = D/T = D×1/T = D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s（2）64位=8B， Dr= D×f =8B×66×1000000/s=528M

17、B/s,提示：此題主要是考查對總線帶寬的理解。 總線帶寬＝一次傳輸的字節(jié)數／總線周期 ＝總線寬度/8*總線時鐘頻率,,,,,,,,3.4.1 單總線結構,CPU,主存,設備 接口,,設備,,······,······,,系統(tǒng)總線,,,適配器,設備,,,系統(tǒng)總線含DBUS，ABU

18、S，CBUS 特點：結構簡單，易于擴充; 多部件共用一根總線，分時工作,傳輸效率較低。,3.4 總線結構,,,,,,,,單總線速度瓶頸,,,,,,,,3.4.2 雙總線結構,CPU,內存,設備 接口,,設備,,······,······,,系統(tǒng)總線,,,適配器,設備,,,,CPU與內存有專用高速總線

19、,減輕系統(tǒng)總線的負擔; 內存可通過系統(tǒng)總線與外設進行DMA操作,而不必經過CPU.,存儲總線,,,,,,,,3.4.3 三總線結構,CPU,內存,,,系統(tǒng)總線,,,存儲總線,,通道,,,I/O總線,,,,,,,,三總線結構,■特點:雙總線基礎上增加I/O總線,它是多個外設與通道間傳送信息的公共通路; ■通道的使用,進一步提高了CPU的效率. ■“通道”是一臺具有特殊功能的處理器,它分擔了一部分CPU的功能.統(tǒng)一管理外設及實現外設與

20、內存間的數據傳送.,,,,,,,,總線結構與系統(tǒng)性能關系,■最大存儲容量 ◆單總線系統(tǒng)中,內存要為外設保留一些地址. ■指令系統(tǒng) ◆單總線系統(tǒng)中,無須專門的I/O指令; ◆雙總線系統(tǒng)中,設有專門的I/O指令. ■吞吐量 ◆三總線系統(tǒng)比單總線系統(tǒng)要大得多.,3.4.4 四總線結構,為了進一步提高I/O的性能，又出現了四總線結構。局部總線、系統(tǒng)總線、高速總線、擴展總線,1. 傳統(tǒng)微型機總線結構,3.4.5 總線結構舉

21、例,2.VL-BUS局部總線結構,VL-BUS總線是與CPU的關系太緊密（實際上這種總線與486配合最佳），很難支持功能更強的CPU，從而出現了PCI總線。,3.PCI總線結構,4.多層PCI總線結構,,Pentium計算機主板總線結構圖,CPU、RAM、ROM、控制芯片組等芯片之間的信號連接線稱為CPU總線。CPU總線針對具體處理器設計，因此沒有統(tǒng)一的規(guī)范。,這是一個三總線結構，即有CPU總線、PCI總線和ISA總線。,CPU總線的時

22、鐘頻率為66.6MHz，CPU內部時鐘是此時鐘頻率的倍頻。此總線可連接4-128M內存。,主存控制器和Cache控制器芯片用來管理CPU對主存和Cache的存取操作。,PCI總線用來連接高速的I/O設備模塊，如顯卡等。通過“橋”芯片，PCI總線上連CPU總接，下連ISA總線。,ISA總線連接低速I／O設備，支持7個DMA通道和15級可屏蔽硬件中斷。,CPU總線、PCI總線和ISA總線通過兩個“橋”芯片連成整體。橋芯片起到了信號速度緩沖

23、、電平轉換和控制協(xié)議轉換的作用。,一、填空題 1. 在單機系統(tǒng)中，三總線結構的計算機的總線系統(tǒng)由 、 和 等組成。,系統(tǒng)總線,內存總線,I/O總線,2.總線是構成計算機系統(tǒng)的 ，是 多個 部件之間進行數據傳送的 通道，并在

24、 的基礎上進行工作。,互連機構,系統(tǒng)功能,公共,爭用資源,課堂練習與思考：,3.5 總線控制,3.5.1 總線判優(yōu)控制,總線判優(yōu)控制,分布式,集中式,,1. 基本概念,鏈式查詢,計數器定時查詢,獨立請求方式,,,,總線控制,兩個問題總線使用權分配，即總線判優(yōu)控制，也稱為仲裁邏輯通信過程控制總線判優(yōu)控制：多個主設備同時申請總線時，按一定的優(yōu)先等級順序確定哪個主設備能使用總線。集中式：將控制邏輯集中在一處，即總線仲裁器，

25、分為鏈式查詢、計數器定時查詢、獨立請求三種分布式：將控制邏輯分散在與總線連接的各個部件或設備上，由各個節(jié)點競爭使用權總線通信控制同步通信、異步通信、半同步通信、分離式通信,,,2. 鏈式查詢方式,,,,,,,,,,I/O接口1,鏈式查詢方式,基本思想：    各設備通過共同單一的BR線，向中央仲裁器發(fā)出總線請求。仲裁器接到BR信號以后，在BS線狀態(tài)為“0”（總線不忙）的情況下，發(fā)出總線授權信號

26、BG，該信號串行地從一個I/O接口傳送到下一個I/O接口。假如BG到達的接口無總線請求，則繼續(xù)往下查詢；假如BG到達的接口有總線請求，BG信號便不再往下查詢，該I/O接口獲得了總線控制權（將BS置為“1”）。顯然，離中央仲裁器最近的設備具有最高優(yōu)先級，可以通過接口的優(yōu)先級排隊電路來實現。,,,,,,,,,,,,,,鏈式查詢方式的優(yōu)點: 只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序實現多個設備的總線仲裁，并且很容易擴充設備。

27、鏈式查詢方式的缺點:      1. 這種方式對詢問鏈的電路故障很敏感，即：如果第i個設備的接口中有關鏈的電路出現故障，造成“斷鏈”，那么第i個以后的設備都不能進行工作。     2. 查詢鏈的優(yōu)先級是固定的，如果優(yōu)先級高的設備出現頻繁的請求時，優(yōu)先級較低的設備可能長期不能使用總線,,,,,,,,,,,,,,3.計數器定時查詢方式,基本思想： 

28、   總線上的任一設備要求使用總線時，仍然通過共同的BR線向中央仲裁器發(fā)出總線請求。仲裁器接到請求信號以后，在BS線為“0”（總線不忙）的情況下，讓仲裁地址計數器開始計數，計數值通過一組地址線發(fā)向各設備。每個設備接口都有一個設備地址判別電路，當地址線上的計數值與請求總線的設備地址相一致時，該設備置BS線為“1”（總線占用），獲得了總線使用權，同時中止計數查詢。,,,,,,,,,,,,,,計數器查詢方式的特點：

29、    1. 每次計數可以從“0”開始，也可以從上次的中止點開始。如果從“0”開始，各設備的優(yōu)先次序與鏈式查詢法相同，優(yōu)先級的順序是固定的。如果從中止點開始，則每個設備使用總線的優(yōu)先級相等。　　2. 計數器的初值也可用程序來設置，因而可以方便地改變優(yōu)先次序。當然，這種靈活性是以增加線數為代價的（如：增加為3根線，可管理23=8個設備；增加為4根線，則可管理24=16個設備等）。,,,,,,,

30、,,,,,,,BS -總線忙BR-總線請求,總線控制部件,,數據線,,地址線,,,I/O接口0,…,BS,BR,I/O接口1,I/O接口n,,設備地址,,,,,,,,,,,,,,,,計數器定時查詢方式,,,,I/O接口1,設備地址,4. 獨立請求方式,,獨立請求方式,基本思想：讓每一個共享總線的設備都有一對總線請求線BRi和總線授權線BGi。當任何一個設備要求使用總線時，都可獨立地向仲裁器發(fā)出自己的請求信號BRi。由中

31、央仲裁器中的排隊電路決定首先響應哪個設備的請求，并給該設備以授權信號BGi?！　—毩⒄埱蠓绞降奶攸c：    1. 響應時間快，確定優(yōu)先響應的設備所花費的時間少，用不著逐個設備地查詢。    2. 既可以預先固定，也可以通過程序來方便地改變優(yōu)先次序，因此對優(yōu)先次序的控制相當靈活；    3. 可以用屏蔽(禁止)某個請求的辦法，封

32、鎖來自無效設備的請求。（對設備的請求進行干預和管理）    4. 這種方式需增加的線數較多（N個設備，需要2N根線），仲裁器的結構相應也要復雜一些。,,,,,,,,,,,,,,總線判優(yōu)控制——集中式,獨立請求方式的工作原理：每個模塊有一組獨立的“總線請求”和“總線允許”信號線，每對信號線有其相應的優(yōu)先級；控制器中有一個優(yōu)先級編碼器和優(yōu)先級譯碼器，用以選擇優(yōu)先級最高的請求，并產生出相應的“總線允許

33、”信號；當“總線忙”信號有效時，表示有的模塊正在使用總線，因此請求使用總線的模塊必須等待；直至“總線忙”信號變?yōu)闊o效時，所有需要使用總線的模塊都可以發(fā)出“總線請求”信號，總線仲裁器僅向優(yōu)先級最高的模塊發(fā)出“總線允許”信號。獨立請求方式的主要特點：判優(yōu)速度快，且與模塊數無關；所需“請求線”和“允許線”較多，N個模塊需要2N條。,,,總線判優(yōu)控制——分布式仲裁,分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個潛在的主方功能模塊都有自己的仲裁號和仲

34、裁器。共享的仲裁總線上總是保留著當前占用總線模塊的仲裁號，當其它模塊有總線請求時，各仲裁器將從仲裁總線上得到的號與自己的號進行比較。如果仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應，并撤消它的仲裁號。最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。顯然，分布式仲裁是以優(yōu)先級仲裁策略為基礎。,,,,,,,,,,,,,,總線判優(yōu)控制——分布式,①自舉分布式仲裁,自舉分布式仲裁方法使用多個請求線，不需要中心裁決器，每個設備獨立地決定自己是否是最

35、高優(yōu)先級請求者。每個需要請求總線控制權的設備在各自對應的總線請求線上送出請求信號，在總線裁決期間每個設備將有關請求線上的信號合成后取回分析，根據這些請求信號確定自己能否擁有總線控制權。每個設備通過取回的合成信息能夠檢測出其他設備是否發(fā)出了總線請求。如果一個設備在發(fā)出總線請求的同時，檢測到其他優(yōu)先級更高的設備也請求使用總線，則本設備不立即使用總線；否則，本設備就可立即使用總線。NuBus（MacintoshiII中的底板式總線）和S

36、CSI總線采用此方案。,,,總線判優(yōu)控制——分布式,①自舉分布式仲裁,BR3,BR2,I/O接口0,I/O接口1,,,,,I/O接口3,,,,,BR0,,,,,BR1,,,I/O接口2,,,,假定：I/O接口0的優(yōu)先級最低，I/O接口3的優(yōu)先級最高。BR0為總線忙信號線BRi(i從1～3)為I/O接口i的總線請求信號線。,,,總線判優(yōu)控制——分布式,基本思想：在沖突檢測分布式仲裁方法中，每個設備獨立地請求總線，多個同時使用總線的設

37、備會發(fā)生沖突，這時沖突被檢測到，按照某種策略在沖突的各方選擇一個設備。例如，Ethernet總線仲裁方案如下：當某設備要使用總線時，它首先檢查一下是否有其他設備正在使用總線，如果沒有，那它就置總線忙，然后使用總線；若兩個設備同時檢測到總線空閑，那它們就可能會立即使用總線并發(fā)生沖突。一個設備在傳輸過程中，它會偵聽總線以檢測是否發(fā)生了沖突，當沖突發(fā)生時，兩個設備都會停止傳輸，延遲一個隨機時間后再重新使用總線。過了一個隨機時間段后，就可能

38、有一設備先使用總線，這樣沖突就解決了。,②沖突檢測分布式仲裁,,,3.5.2 總線通信控制,1. 目的,2. 總線傳輸周期,主模塊申請，總線仲裁決定,主模塊向從模塊 給出地址 和 命令,主模塊和從模塊 交換數據,主模塊 撤銷有關信息,,解決通信雙方 協(xié)調配合 問題,,,由 統(tǒng)一時標 控制數據傳送,充分挖掘系統(tǒng)總線每瞬間的潛力,,3. 總線通信的四種方式,采用 應答方式，沒有公共時鐘標準,同步、異步結合,,,(1) 同步式數據輸入,,,,

39、,,,(2) 同步式數據輸出,,,,,,不互鎖,半互鎖,全互鎖,(3) 異步通信,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,BG,BS,,,,,,BR,,,,,,,,,,,SACK,,,,,,,,,,,,,異步定時,(4) 半同步通信,（同步、異步 結合）,,,以輸入數據為例的半同步通信時序,T1 主模塊發(fā)地址,T2 主模塊發(fā)命令,…,T3 從模塊提供數據,T4 從模塊撤銷數據，主

40、模塊撤銷命令,上述三種通信的共同點,一個總線傳輸周期（以輸入數據為例）,主模塊發(fā)地址 、命令,從模塊準備數據,從模塊向主模塊發(fā)數據,總線空閑,占用總線,不占用總線,占用總線,,,(5) 分離式通信,一個總線傳輸周期,子周期1,子周期2,,,,基本思想：將一個傳輸周期（或總線周期）分解為兩個子周期。在第一個子周期中，主模塊A獲得總線使用權后將命令、地址、 A模塊的編號等其他信息發(fā)到系統(tǒng)總線上，經總線傳輸后，由有關的從模塊B接收下來。在

41、第二個子周期中，當B模塊接收到A模塊發(fā)來的有關命令信號后，經過一系列內部操作，將A模塊所需的數據準備好，然后由B模塊申請總線使用權，一旦獲準，B模塊將A模塊的編號、B模塊的地址、A模塊所需數據等信息送到總線上，供A模塊接收。,,,分離式通信,在同步通信、異步通信和半同步通信的整個傳輸過程中，系統(tǒng)總線的使用權完全由占有使用權的主設備以及由它選中的從設備占據。讀命令過程分析：進一步分析讀命令傳輸周期，可以發(fā)現除了申請總線這一階段外，其余

42、時間主要被花在如下三個方面：（1）主模塊通過傳輸總線向從模塊發(fā)送地址和命令；（2）從模塊按照命令進行讀數據的必要準備；（3）從模塊經數據總線向主模塊提供數據。,,,分離式通信的特點,①各模塊欲占用總線使用權都必須提出申請。②在得到總線使用權后，主模塊在先規(guī)定的時間內向對方傳送信息，采用同步方式傳送，不再等待對方的回答信號。③各模塊在準備數據傳送的過程中都不占用總線，使總線可接受其他模塊的請求。④總線在被占用時都在作有效

43、工作。無空閑,,,3.6　總線舉例--PCI總線,1. 多總線結構PCI是一個與處理器無關的高速外圍總線，又是至關重要的層間總線。它采用同步時序協(xié)議和集中式仲裁策略，并具有自動配置能力。典型的PCI總線結構框圖演示。2. HOST總線:該總線有CPU總線、系統(tǒng)總線、主存總線等多種名稱，各自反映總線功能的一個方面。這里稱“宿主（HOST)”總線，也許更全面，因為HOST總線不僅連接主存，還可以連接多個CPU。,,,,,,,,,,PCI

44、總線結構,處理器,處理器,主存 控制器,主存,PCI設備,PCI設備,HOST橋,主設備 目標設備,PCI/LAGACY總線橋,PCI/PCI橋,LAGACY 設備,LAGACY 設備,PCI設備,PCI設備,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,HOST總線,PCI總線,PCI總線,LAGACY總線（遺留）,,,,,,,PCI總線特點,支持總線主控技術，允許智能設備在適當的時候取得總線控制權以加速數據傳輸和對高度專門化

45、任務的支持。 支持猝發(fā)傳輸模式.PCI能在極短時間內發(fā)送大量數據。 不受CPU速度和結構的限制。 與 ISA／EISA／MCA兼容。 預留擴展空間，支持64b數據和地址。 設有特別的緩存，實現外設與CPU隔離，外設或CPU的單獨升級都不會帶來問題。 數據寬度32b，時鐘頻率33MHz時，最大數據傳輸速率為133MB/s。 同步時序、集中式仲裁,,,,,,,PCI總線局限性,多PCI設備共享總線的帶寬。 多PCI設備共享

46、一組信號線， 因此受插板插入位置的影響， 會產生微妙的信號畸變。實際上在33MHz的PCI總線情況下，只能用到4個插 槽；在66MHz 下，只能用到2個插 槽。 在PCI 總線中是采用內存映射I/O，這也影響了系統(tǒng)的整體性能。CPU讀工作作頻率要與PCI總線的工作頻率同步，所以就延緩了CPU指令的執(zhí)行速度。,,,,,,Today’s PC,,,,,,PCI-EXPRESS,PCI Express采用設備間的點對點串行連接。 允許每個

47、設備都有自己的專用連接，是獨占的，并不需要向整個總線請求帶寬，同時利用串行的連接特點將能輕松將數據傳輸速度提到一個很高的頻率，達到遠超出PCI總線傳輸速率。 串行連接能大大減少電纜間的信號干擾和電磁干擾，由于傳輸線條數有所減少，更能節(jié)省空間和連接更遠的距離。 單個基本的PCI Express連接是一種單雙單工連接，一個單獨的基本的PCI Express串行連接就是兩個獨立的通過不同的低電壓對驅動信號實現的連接，一個接受對和一個發(fā)送對

48、（共四組線路）。,,,,,,,,PCI-EXPRESS,本 章 小 結,1、總線是構成計算機系統(tǒng)的互連機構，是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數據傳送的公共通道，并在爭用資源的基礎上進行工作?！?、總線有物理特性、功能特性、電氣特性、機械特性，因此必須標準化。  3、衡量總線性能的重要指標是總線帶寬，它定義為：總線本身所能達到的最高傳輸速率。,,,4、計算機系統(tǒng)中，信息的傳輸方式包括：　　(1) 并行傳送；(2) 串行傳

49、送；(3) 復用傳送。 5、各種外圍設備必須通過“接口”與總線相連。接口是指CPU、主存、外圍設備之間通過總線進行連接的邏輯部件。接口部件在它動態(tài)聯結的兩個功能部件間起著緩沖器和轉換器的作用，以便實現彼此之間的信息傳送。,,,,,,,,,,,,,,6、總線仲裁是總線系統(tǒng)的核心問題之一。為了解決多個主設備同時競爭總線控制權的問題，必須具有總線仲裁部件。它通過采用優(yōu)先級策略或公平策略，選擇其中一個主設備作為總線的下一次主

50、方，接管總線控制權。　 總線仲裁通常分為集中式仲裁和分布式仲裁。   兩者區(qū)別：    集中式仲裁方式必有一個中央仲裁器，它受理所有功能模塊的總線請求，按優(yōu)先原則或公平原則進行裁決，然后僅給一個功能模塊發(fā)出授權信號。 ① 鏈式查詢方式；② 計數器定時查詢方式；③ 獨立請求方式；    分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個功能模塊都有自己的

51、仲裁號和仲裁器。通過分配優(yōu)先級仲裁號，每個仲裁器將仲裁總線上得到的仲裁號與自己的仲裁號進行比較，從而獲得總線控制權。,,,,,,,,,,,,7、總線定時是總線系統(tǒng)的另一個核心問題。為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時協(xié)議。通常采用同步定時和異步定時兩種協(xié)議。   各自特點：  （1）在同步定時協(xié)議中，事件出現在總線上的時刻由總線時鐘信號來確定，總線周期的長度是固定的。   （2）在

52、異步定時協(xié)議中，后一事件出現在總線上的時刻取決于前一事件的出現，即：建立在應答式或互鎖機制基礎上，不需要統(tǒng)一的公共時鐘信號。在異步定時中，總線周期的長度是可變的。,,,,,,,,,,,,,,8、PCI總線是當前流行的總線，是一個高帶寬且與處理器無關的標準總線，又是至關重要的層次總線。它采用同步定時協(xié)議和集中式仲裁策略，并具有自動配置能力。PCI適合于低成本的小系統(tǒng)，因此在微型機系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。,,,,,,,,,,,,,,第

53、三章 總線系統(tǒng)測試題一、選擇題：1．計算機使用總線結構的主要優(yōu)點是便于實現積木化，同時______?！.減少了信息傳輸量　B. 提高了信息傳輸的速度　C. 減少了信息傳輸線的條數　D. 加重了CPU的工作量2. 描述PCI總線中基本概念不正確的句子是______。　A. PCI 總線與HOST橋不僅連接主存，還可以連接多個CPU　B. PCI 總線體系中有三種橋，它們都是PCI 設備　C. 以橋連接實現的PCI總

54、線結構不允許許多條總線并行工作　D. 橋的作用可使所有的存取都按CPU 的需要出現在總線上3．三種集中式總線控制中，_______方式對電路故障最敏感?！. 計數器定時查詢 B.鏈式查詢　C .獨立請求 　　　 D. 計數器定時查詢和鏈式查詢,答案一、1. C 2. C 3. B,C,C,B,4.同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,是因為同步通信____。　A.需要應答信號；　

55、B.總線長度較短；　C.用一個公共時鐘信號進行同步；　D.各部件存取時間比較接近。5.在集中式總線仲裁中，____方式響應時間最快。A.菊花鏈方式 B.獨立請求方式 C.電路故障 D.計數器定時查詢方式6.系統(tǒng)總線中地址線的功能是______。　A． 選擇主存單元地址 　B． 選擇進行信息傳輸的設備　C． 選擇外存地址　D． 指定主存和I/O設備接口電路的地址,C,B,D,7.系統(tǒng)總線中控制器的功能是______。　

56、A． 提供主存響應信號　B． 提供數據信息　C． 提供時序信號　D． 提供主存、I/O接口設備的響應信號,7.解： D,本章結束: 繼續(xù)學習第4章!,二、填空題：1． 衡量總線性能的重要指標是.______，它定義為總線本身所能達到的最高.______。PCI總線的帶寬可達.______。2. 當代流行的標準總線內部結構包含______總線，______總線，______總線，以及公用總線。,3.總線的一次信息傳送過程大致分