萝卜家园第六章.ppt
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1、第六章,总线系统,总线:它是构成计算机系统的互连结构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。,中、低速I / O设备之间互相连接的总线。,6.1.1 总线的基本概念,CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。,一个单处理器系统中的总线,大致可分为三类:,(1)内部总线:,(2)系统总线:,CPU同计算机系统的其他高速功能部件,如乘、除法器、通道等互相连接的总线。,(3) I /O总线:,6.1 单机系统的总线结构,(1)物理特性:它是指总线的物理连接方式,包括总线的根数,总线的插头、插座的形状,引脚线的排列方式等等。 (2)功能特性:它描述总线中每一根线的功能。 (3)电气特性:电气
2、特性定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。 (4)时间特性:时间特性定义了每根线在什么时间有效。也就是说,只有规定了总线上个信号有效的时序关系,CPU才能正确无误地使用。,1. 总线的特性:,相同的指令系统,相同的功能,各不同厂家生产的各功能部件,若要实现相同功能部件互换,必须遵守相同的系统总线的要求。这就是系统总线的标准化问题。,(2)EISA(Extension Industry Standard Architecture)扩展的工业标准体系结构:与老的IBM PC系列机兼容,总线支持多个总线主控器,加强了DMA功能。增加了突发方式传输,是一种32位标准总线。,微机中用的总线有:IS
3、A、EISA、MCA、PCI。,(1)ISA(Industry Standard Architecture) 工业标准体系结构,也称PC/XT总线:1981年,它是针对8088设计的,8位总线,后来扩充为16位。,2. 总线的标准化,(3)PCI:Intel公司推出。与VLBUS不同,PCI在CPU和外设间插入一个复杂的管理层(称为PCI桥)。与微处理器无关,并在高时钟频率下保持最高的性能。支持了34个扩展槽。支持32/64位数据传送。,总 线 性 能 比 较,总线带宽会受到 总线布线长度、总线驱动器/接收器性能、连接总线上的模块数等因素的影响。,例题:(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个
4、字节的数据,假设一个总线周期等于一个总线时钟周期,总线时钟频率为33MHz,求总线带宽是多少?(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,求总线带宽是多少?,(1)设总线带宽用 Dr 表示,总线时钟周期用T=1/f表示,一个总线正确传送的数据量用D表示,根据定义可得: Dr=D/T=D*f=4B*33*106s=132MB/s,(2)64位=8B, Dr=D*f= 8B*66*106s=528MB/s,它定义为总线本身所能达到的最高传输速度,单位是兆字节每秒(MB/S)。,总线带宽:,解:,USB是由Intel 提出的一种新型接口标准,目前是主流规范。USB接口就是
5、为解决现行PC与周边设备的通用连接而设计的。,USB的几大特点:,可支持功能传递:用户只需要为支持USB标准的设备准备一个USB接口即可使外设相互连接成串。,可连接:键盘、鼠标、扫描仪、数字音箱、Modem、数码相机。,支持设备热插拔。,即插即用功能,USB可以树状结构连接127个几乎目前所有的外部设备。,最大数据传输速率为12Mbps。,支持多数据流。,支持多个设备并行操作。,支持自动处理错误并进行恢复。,3.通用串行总线USB(Universal Serial Bus),6.1.2 总线的连接方式,CPU与外设之间的连接由“接口”部件来完成,大多数总线都是以相同方式构成的,不同之处是:总线
6、的线数目不同和控制线的功能不同。总线的连接方式对计算机系统的性能有十分重要的作用。,单机系统中采用的总线有三种类型:,单总线结构 双总线结构 三总线结构,1.单总线结构:,特点:简单、易扩展、速度慢。,CPU,主存,设备 适配器,设备 适配器,单总线结构示意图,2.双总线结构:,特点:简单、易扩展、速度比单总线结构快。增加了硬件开销。,CPU,主存,I/O 适配器,设备 适配器,双总线结构示意图,系统总线,存储总线,当前计算机通常采用多总线结构,CPU,主存,扩展总线 控制线路,I/O设备1,I/O设备2,处理机总线,32MHz,4B8B,ISA / EISA,8.33MHz 1 , 2 ,
7、4 B,二总线结构,. . . . .,3.三总线结构:,特点:效率高、硬件结构复杂、一般用在大中型机中。,CPU,主存,I/O 适配器,三总线结构示意图,系统总线,存储总线,I/O 适配器,IOP (通道),-,CPU,主存,PCI桥,I/O设备1,I/O设备2,处理机总线,66MHz,4B8B,ISA / EISA,8.33MHz 1 , 2 , 4 B,三总线结构,. . . . .,PCI BUS,33MHz 4B,扩展总线 控制线路,I/O设备3,I/O设备4,接快速设备,接慢速设备,CPU-cache模块,存储器模块,I/O 适配器,总线 控制器,数据传送总线(地址、数据、控制线)
8、,仲裁总线,中断和同步总线,公用线,主板,当代总线的内部结构,6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响,单总线结构:访问内存和I/O传送却使用相同的操作码,或者说使用相同的指令,但它们使用不同的地址。 双总线结构:CPU对内存总线和系统总线必须有不同的指令系统。,单总线结构:地址总线与最大存储容量有一定的影响。内存与外设用同一个地址线。 双总线结构:内存地址与外设地址出现在不同总线上,存储容量不会受外围设备多少影响。,1. 最大存储容量,2. 指令系统,它是指流入、处理和流出系统的信息的速率。它主要取决于主存的存取周期和并行读出的位数。 由于上述原因,采用双端口存储器可以增加主存的有效速度,
9、可以更多的信息从内存输入输出。,3.吞吐量:,三总线系统中,CPU的一部分功能下放给通道,有通道对外围设备统一管理并实现外围设备与内存之间的数据传送,因而系统的吞吐能力比单总线系统强。,Pentium CPU,CPU总线,北桥,芯片可选,PCI总线,南桥,ISA总线,36脚(短槽),62脚(长槽),120脚,Socket 7 插座,键盘,鼠标,Pentium计算机主板总线结构图,AGP总线,PCI总线,SDR/DDR内存总线,MCLK,HCLK,PCLK,ATA33/66/100,6 USB,LPC,网络,SMBUS,外围设备控制器,GPIO ACPI,Apollo Pro266芯片组架构框图
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