第七章系统总线.ppt
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1、第七章、系统总线,版权所有,引用请注明出处,原著 谭志虎,主讲(改编) 蒋文斌,计算机组成原理 Slide 2,本章主要内容,总线基本概念 总线的仲裁与通信 总线上的信息传送 常用总线,计算机组成原理 Slide 3,总线基本概念,总线连接方式 总线内部结构 总线结构与系统性能,计算机组成原理 Slide 4,总线(BUS)基本概念,总线是系统部件间传送信息的公共通路。 内部总线(CPU内各功能单元间的连线) 系统总线(系统内各部件间的连线) I/O总线(I/O设备间的连接总线) 处理器总线,CLA,CLA,ADD 30,STA 40,NOP,JMP 21,000 006,000 004,20
2、,21,22,23,24,30,40,ALU,000 021,000 030,ADD 30,CLA,指令译码器,操作控制器 时序产生器,程序计数器 PC,地址寄存器 AR,缓冲寄存器DR,累加器 AC,指令寄存器 IR,执行指令控制,地址总线 ABUS,数据总线 DBUS,STA 40,+1,000 004,000 006,计算机组成原理 Slide 6,总线特性,物理特性- 根数,插头、座的形状,引线的排列方式 功能特性- 地址,数据,控制总线三类 电气特性- 单/双向,电平高有效/低有效及范围 时间特性,计算机组成原理 Slide 7,总线标准化,不同厂家的相同功能部件可互换使用. ISA
3、 EISA VESA AGP PCI,计算机组成原理 Slide 8,总线带宽,总线带宽:总线本身所能达到的最高传输速率。 单位: Byte/s 设总线在同一个时钟周期内能并行传送D个字节 总线带宽为Dr , 总线时钟周期为T,总线频率f=1/T 总线带宽Dr=D/T=D*f Dr=4Byte33.3MHz=133MB/s,计算机组成原理 Slide 9,几个例子,ISA 16bit 8.3MHz Dr=2*8=16MB/s EISA 32bit 16MHz Dr=4*16=64MB/s PCI 32/64bit 33MHz Dr=133/266MB/s AGP 64bit 66MHz Dr=
4、8*66=528MB/s PCI-X 64Bit 133MHz Dr=8*133=1GB/s,计算机组成原理 Slide 10,总线连接方式,总线的排列以及与其它各类部件的连接方式影响计算机系统性能 单总线结构 双总线结构 三总线结构,计算机组成原理 Slide 11,单总线结构,CPU,主存,设备 接口,设备,系统总线,适配器,设备,系统总线含DBUS,ABUS,CBUS 特点:结构简单,易于扩充; 多部件共用一根总线,分时工作,传输效率较低。,计算机组成原理 Slide 12,单总线速度瓶颈,计算机组成原理 Slide 13,双总线结构,CPU,内存,设备 接口,设备,系统总线,适配器,设
5、备,CPU与内存有专用高速总线,减轻系统总线的负担; 内存可通过系统总线与外设进行DMA操作,而不必经过CPU.,存储总线,计算机组成原理 Slide 14,三总线结构,CPU,内存,系统总线,存储总线,通道,I/O总线,计算机组成原理 Slide 15,三总线结构,特点:双总线基础上增加I/O总线,它是多个外设与通道间传送信息的公共通路; 通道的使用,进一步提高了CPU的效率. “通道”是一台具有特殊功能的处理器,它分担了一部分CPU的功能.统一管理外设及实现外设与内存间的数据传送.,计算机组成原理 Slide 16,总线结构与系统性能关系,最大存储容量 单总线系统中,内存要为外设保留一些地
6、址. 指令系统 单总线系统中,无须专门的I/O指令; 双总线系统中,设有专门的I/O指令. 吞吐量 三总线系统比单总线系统要大得多.,计算机组成原理 Slide 17,信息传送方式,串行传送 并行传送 串并行传送,计算机组成原理 Slide 18,串行传送,并-串转换,串-并转换,发送部件,接收部件,00000101,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,低位,高位,位时间,传送脉冲,1,0,1,0,0,0,0,0,计算机组成原理 Slide 19,串行传送,一条传输线 每次一位, 先低位,后高位. 同步- “位时间” 成本低,速度慢.,计算机组成原理 Slide 20,并行传送,发
7、送 部件,低位,高位,1,接收 部件,0,1,0,0,0,0,0,0,每位数据一条传输线,并行传送.采用电位传送.传送速度快.,计算机组成原理 Slide 21,发展趋势,并行传输距离受限 且线间串扰严重 串行传输距离长 无串扰现象 随着总线频率的增加,并行逐渐转向串行,计算机组成原理 Slide 22,串并行传送,信息比特位分组 组内并行,组间串行,计算机组成原理 Slide 23,总线仲裁、通信,总线仲裁 总线定时,计算机组成原理 Slide 24,总线的仲裁,总线仲裁:对总线的使用进行合理的分配和管理. 部件要使用总线进行通信时,要向控制部件发请求信号.控制部件按各部件的优先级来决定谁使
8、用总线. 根据总线控制部件的位置,仲裁方式分为两类: 集中式总线仲裁(常用) 分布式总线仲裁,计算机组成原理 Slide 25,集中式仲裁,链式查询方式(串行链接方式) 计数器定时查询方式 独立请求方式,计算机组成原理 Slide 26,链式查询方式,中 央 仲 裁 器,接口1,接口2,接口n,BS,BR,BG,BS-总线忙 BR-总线请求 BG-总线响应请求(授权) 通过接口的优先级排队电路来实现. 离总线控制器越远,优先级越低. 用线少-BG1根,易扩充; 对响应链的电路故障很敏感.,总线,计算机组成原理 Slide 27,计数器定时查询方式,总线,设备地址计数,BR,BS,中 央 仲 裁
9、 器,接口1,接口2,接口n,BS=0时,计数器开始计数,计数值通过一组地址线发向各设备.各接 口中的设备地址与计数值一致时,该设备置“1”BS线.线数为2n根. 计数器的初值可用程序来设置.-各设备的优先级可变.-灵活.,计算机组成原理 Slide 28,独立请求方式,每一设备有一对BR和BG; 响应速度高 控制灵活,优先级可通过程序改变; 控制线数多.-2n根.,总线,BR1,BR2,BRn,BG1,BG2,BGn,中 央 仲 裁 器,接口1,接口2,接口n,计算机组成原理 Slide 29,分布式仲裁,无需中央仲裁器(总线控制器) 每个功能设备都有自己的仲裁号以及仲裁器,计算机组成原理
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