中北大学计算机组成原理课件第03章 系统总线.docx
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中北大学计算机组成原理课件第03章系统总线
第3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
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13.1总线的基本概念
一、为什么要用总线
二、什么是总线
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
三、总线上信息的传送
串行
并行
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2四、总线结构的计算机举例
3.1
3.1
1.面向CPU的双总线结构框图
I/O总线中央处理器CPU
M
…
I/O接口I/O接口I/O接口
总
线I/OI/OI/O
…
主存设备1设备2设备n优秀课件,精彩无限!
33.1
2.单总线结构框图3.1
单总线（系统总线）
…I/O接口I/O接口I/O接口
CPU主存I/OI/OI/O
…设备1设备2设备n
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43.1
3.1
3.以存储器为中心的双总线结构框图
系统总线
…I/O接口I/O接口
存储总线
CPU主存I/OI/O
…设备1设备n
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53.2总线的分类
芯片内部的总线
1.片内总线
计算机各部件之间的信息传输线
2.系统总线
双向与机器字长、存储字长有关
数据总线
地址总线单向与存储地址、I/O地址有关
控制总线
有出有入
存储器读、存储器写
中断请求、总线请求
总线允许、中断确认
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63.2
3.2
3.通信总线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
串行通信总线
传输方式
并行通信总线
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73.3总线特性及性能指标
一、总线物理实现
I/O
主存
CPU
插板插板插板
BUS
主板
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83.3
3.3
二、总线特性
尺寸、形状、管脚数及排列顺序
1.机械特性
传输方向和有效的电平范围
2.电气特性
地址
数据
每根传输线的功能
3.功能特性
控制
4.时间特性
信号的时序关系
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93.3
3.3
三、总线的性能指标
数据线的根数
1.总线宽度
每秒传输的最大字节数（MBps）
2.总线带宽
3.时钟同步/异步同步、不同步
地址线与数据线复用
4.总线复用
地址线、数据线和控制线的总和
5.信号线数
并发、自动、仲裁、逻辑、计数
6.总线控制方式
7.其他指标负载能力
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10
3.3
3.3
四、总线标准
ISA
标
模块
模块
EISA
准
总
VESALV-BUS
界
线
PCI
面标
AGP
系统
准
系统
RS-232
USB
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11四、总线标准
3.3
3.3
总线标准数据线总线时钟带宽
ISA168MHz（独立）16MBps
EISA328MHz（独立）33MBps
VESA
3233MHz（CPU）133MBps
VL-BUS
3233MHz（独立）132MBps
PCI
6466MHz（独立）528MBps
66.7MHz（独立）266MBps
AGP32
133MHz（独立）533MBps
串行通信
数据终端设备（计算机）和数据通信设备
RS-232
（调制解调器）之间的标准接口
总线标准
普通无屏蔽双绞线1.5MbpsUSB1.0
串行接口
USB12MbpsUSB1.0
带屏蔽双绞线
总线标准
480MbpsUSB2.0
最高
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123.4总线结构
一、单总线结构
单总线（系统总线）
…I/O接口I/O接口I/O接口
CPU
主存I/OI/OI/O
…设备1设备2设备n
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133.4
3.4
二、多总线结构
1.双总线结构
主存总线
CPU
主存通道
I/O总线
具有特殊功能的处理器,
…
I/O接口
I/O接口
由通道对I/O统一管理
…设备n设备0优秀课件,精彩无限!
143.4
3.4
2.三总线结构
I/O总线
CPU
主存总线
…
主存
I/O接口I/O接口I/O接口
DMA总线
…
设备1设备n
高速外设
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153.4
3.4
3.三总线结构的又一形式
局部总线
CPUCache
主存
局部I/O控制器
系统总线
SCSIModem
局域网扩展总线接口串行接口
扩展总线
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163.4
3.4
4.四总线结构
主存
Cache/桥
CPU
局部总线系统总线
SCSI图形多媒体局域网
高速总线
FAXModem
扩展总线接口串行接口
扩展总线
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173.4
3.4
三、总线结构举例
1传统微型机总线结构
系统总线
33MHz的32位数据通路
主存控制器
CPU
存储器
标准总线控制器
…
8MHz的16位数据通路
ISA、EISA
SCSIⅡ
控制器
…Modem
多媒体高速局域网高性能图形
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182.VL-BUS局部总线结构
3.4
3.4
系统总线
主存控制器
CPU
存储器
局部总线控制器
33MHz的32位数据通路
VLBUS
SCSIⅡ
标准总线
控制器控制器
…
ISA、EISA
多媒体高速局域网高性能图形
8MHz的16位数据通路
…
图文传真Modem
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193.4
3.4
3.PCI总线结构
系统总线
存储器
CPU
PCI桥
PCI总线
33MHz的32位数据通路
标准总线SCSIⅡ控制器控制器
8MHz的16位数据通路
多媒体高速局域网高性能图形
ISA、EISA
图文传真Modem
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203.4
3.4
4.多层PCI总线结构
存储器总线
CPU
存储器
桥0桥4
第一级桥
PCI总线4
PCI设备桥5
PCI总线5
第二级桥
PCI总线0
总线桥桥1桥3设备
PCI总线3
PCI总线1
第三级桥
桥2
标准总线
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21
PCI总线23.5总线控制
一、总线判优控制
1基本概念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
链式查询
集中式
计数器定时查询总线判优控制
独立请求方式
分布式
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223.5
3.5
2.链式查询方式
BS-总线忙
BR-总线请求
BG-总线同意
数据线
地址线
总
BS
线
BR
控
制
部
…
I/O接口0II//OO接口接口11I/O接口n
件
BG
…
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233.5
3.5
3.计数器定时查询方式
BS-总线忙
数据线
BR-总线请求
地址线
总
设备地址设备地址
线
BS
控
BR
1
0
制
部
计数器
件
…
I/O接口0II//OO接口接口11I/O接口n
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243.5
3.5
4.独立请求方式
BG-总线同意
BR-总线请求
数据线
地址线
BG
n
总
BR
n
线
BG
1
控
BR
1BG
0
制
BR
0
部
件
…
I/O接口0I/O接口1I/O接口n
排队器排队器
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253.5
3.5
二、总线通信控制
解决通信双方协调配合问题
1.目的
2.总线传输周期
申请分配阶段主模块申请,总线仲裁决定
寻址阶段主模块向从模块给出地址和命令
传数阶段
主模块和从模块交换数据
结束阶段
主模块撤消有关信息
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263.5
3.5
3.总线通信的四种方式
由统一时标控制数据传送
同步通信
异步通信采用应答方式,没有公共时钟标准
同步、异步结合
半同步通信
充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力
分离式通信
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273.5
3.5
1同步式数据输入
总线传输周期
时钟
TTTT
1234
地址读
命令
数据
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283.5
3.5
2同步式数据输出
总线传输周期
时钟
TTTT
1234
地址
数据写
命令
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29异步通信
主设备
请
求
回
答
从设备
不互锁半互锁全互锁
单机多机网络通信
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303.5
3.5
4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
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31…
3.5
3.5
以输入数据为例的半同步通信时序
T主模块发地址
1T主模块发命令
2T当为低电平时,等待一个T
WAIT
wT当WAIT为低电平时,等待一个T
wT从模块提供数据
3T从模块撤销数据,主模块撤销命令优秀课件,精彩无限!
32
435
35
4半同步通信（同步、异步结合）
总线传输周期
时钟
TTTTTT
12WW34
地址
读
命令
WAIT
数据
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333.5
3.5
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
占用总线从模块准备数据
不占用总线总线空闲从模块向主模块发数据
占用总线
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343.5
3.5
5分离式通信
充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力
一个总线传输周期
子周期1主模块申请占用总线,使用完后
即放弃总线的使用权
子周期2
从模块申请占用总线,将各种信
息送至总线上
主模块
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353.5
3.5
分离式通信特点
1.各模块有权申请占用总线
2.采用同步方式通信,不等对方回答
3.各模块准备数据时,不占用总线
4.总线被占用时,无空闲
充分提高了总线的有效占用
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36
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