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1、制作人 天津大学 迟丽华等 2009年1月第6章 总线结构第 6 章 总线结构主要内容n总线的基本概念和分类n总线的基本功能n总线的性能指标n常用系统总线和外部总线2第 6 章 总线结构6.1 总线基本概念n总线概念n总线分类及其特点下面分别介绍3第 6 章 总线结构总线(BUS)一般概念n概念：总线是一组导线和相关控制、驱动电路的集合n作用：计算机系统各部件传输信息的通路n使用：任一时刻，只能有一个部件/设备使用总线发送数据，其他部件只能处于接收数据状态n指标：总线位宽、总线带宽、工作频率 部 件部 件部 件4第 6 章 总线结构6.1.1 总线分类按传送信息的类型按相对CPU的位置地址总线
2、(AB)Address Bus 数据总线(DB)Data Bus 控制总线(CB)Control Bus片内总线/内部总线(CPU内部) 片外总线(CPU与内存, CPU与I/O接口)接下页5第 6 章 总线结构总线分类(按层次结构划分)1、CPU总线/前端总线(直接由CPU引脚引出的总线) CPU与外界的连接线 CPU与微机内部各外围芯片之间的总线 ，用于芯片一级互连2、系统总线(连接主板上的各个插接板)各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连 如 ISA和EISA总线3、局部总线(下页)4、外部总线(下页)6第 6 章 总线结构总线分类(按层次结构划分)3、局部总线(只出现在803
3、86以后的微机系统)CPU总线与系统总线之间的总线。如 PCI总线4、外部总线(主机与外设接口) 用于设备一级的互连 微机和外设之间的总线，微机作为一种设备，通过外部总线与其他设备交换信息。如 USB、IEEE13947第 6 章 总线结构6.1.2 总线结构总线系统结构单总线结构双总线结构多总线结构下面分别介绍8第 6 章 总线结构单总线结构n内存与I/O共用同一总线，两者分时工作n同样看待内存与I/O，兼顾两者特点n缺点:高速存储器与低速I/O接口竞争总线，影响存储器读写速度I/OCPUM M BUSMemoryInput/OutputI/OI/O9第 6 章 总线结构双总线结构(面向CP
4、U)CPUMI/O I/O I/OBUSBUSn面向CPU的双总线结构n内存与I/O之间传输数据需要CPU转发10第 6 章 总线结构双总线结构(面向存储器)n面向存储器的双总线结构，内存与I/O可以直接传输数据n结构复杂、造价高、效率高CPUMI/O I/O I/OBUSBUS11第 6 章 总线结构多总线结构n 拥有两个以上总线，不同设备使用不同总线，照顾各自特点 北桥CPU磁盘控制器南桥PCI接口卡主存储器PCI总线 (连高速设备)声效卡MODEM卡ISA接口卡AGP总线存储器总线AGP显卡键盘、鼠标、串并口USBISA总线 (连低速设备)前端总线(CPU总线)网络卡桥：一些控制芯片12
5、第 6 章 总线结构6.1.3 总线基本功能及主要性能指标基本功能： 1. 数据传送：在总线上传送数据 2. 仲裁控制：决定让哪个器件或设备使用总线 3. 总线驱动：驱动总线上连接的器件或设备 4. 出错处理：出错时进行处理器件或设备器件或设备BUS下面分别介绍13第 6 章 总线结构一、数据传送方式在总线上传送数据，传送方式有：1.同步方式 (发送、接收同时，且发收时间固定)2.异步方式 (发送、接收不同时)3.半同步方式(发送、接收同时，发收时间可不固定)下面分别介绍14第 6 章 总线结构同步方式传送数据n数据传送由公用时钟控制，发送、接收信号在固定时刻n即数据的发送、接收同时进行n简单
6、，适合速度相当的发、收部件 同 步 方 式 示 意 图接收端接收信息发送端发出信息time1 time2 time3 15第 6 章 总线结构异步方式传送数据n 数据的发、收不在同一时刻，即发、收不同步，有时间延迟n不用时钟控制传送，为识别数据，增加“请求”和“应答”信号n 即采用应答方式(握手方式)控制传送n 发送方发出时，发出请求信号Request，以通知接收方n 接收方收到数据后，发响应信号Acknowledge，以通知发送方16第 6 章 总线结构半同步方式传送数据n结合(混合)同步、异步两种方式的优点。n在固定时刻发送、接收数据，时机不固定。n发送间隔可变，间隔时间是时钟周期的倍数。
7、n适用设备速度差异较大的简单系统。17第 6 章 总线结构二、仲裁控制(判优控制)n 仲裁控制：在多设备总线系统中，根据一定的判决原理，决定 某一时刻让哪一个设备使用总线。n 仲裁方法：链式查询方式计数器查询方式独立请求方式等下面分别介绍18第 6 章 总线结构链式查询方式(不要求)BG线：按链式串联结构与各设备连接，排在前面的优先级别高特点： 信号线少，便于扩充设备设备1设备2BG总线回答线设备nBR总线请求线总 线 控 制 部 件数据和地址总线BS总线忙线19第 6 章 总线结构计数器查询方式(不要求)BR总线请求线BS总线忙线总 线 控 制 部 件数据和地址总线设备2设备n设备1设备地址
8、 当设备通过BR总线申请使用总线时，总线控制部件接到申请后，在BS=0时让计数器开始计算，若计数值与哪个设备的地址相同，它获得总线使用权。可根据计数器初值改变设备优先级别 计数器初值=0：设备优先级别等价链式查询方式 计数器初值=上次计数的中止值：每个设备的优先级别相同20第 6 章 总线结构独立请求方式(不要求)总 线 控 制 部 件数据和地址总线设备2 BR2BG2设备1 BR0BG0设备n BRnBGn每个设备有自己独立的BR总线请求线、BG总线回答线总线控制部件中的优先排队电路根据优先次序确定响应哪个设备的请求特点：响应快、灵活、信号线多独立的线80X86微机中采用独立请求方式21第
9、6 章 总线结构三、总线驱动n总线驱动: 驱动或隔离连到总线的器件，需要时驱动，不需要时隔离n常见总线驱动器芯片：三态门驱动器、锁存器器件总线驱动器芯片驱动(导通)： 数据通过 隔离(不导通) ：数据不通过数据输入数据输出系统总线总线驱动器件22第 6 章 总线结构三态门总线驱动器输入输出OE输入输出OE输入输出OE输入输出OEOE高电位导通OE低电位导通总线驱动器件23第 6 章 总线结构典型总线驱动器芯片n74LS244 ：8总线驱动器n内部包含8个单向三态门，分成两组，分别控制74LS244E1 E2 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A41Y1 1Y2 1Y3
10、1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y41组输出2组输出1组输入2组输入24第 6 章 总线结构四、出错处理n数据传送中会发生错误，要能发现、处理错误n可利用某种校验方法检测。例如，用1位数据做偶校验位，当数据中1的个数为偶数时，传送正确例 要传送的数据是 1000011若收到的数据是 1 1000011，则传送正确若收到的数据是 1 1000010，则传送出错25第 6 章 总线结构总线主要性能指标n 总线带宽(B/S)：单位时间内总线上可传送的字节数量n 总线位宽(Bit)： 能同时传送的数据位数，如32位、64位n 工作频率(MHz)：也称时钟频率，也称CPU主频 n 计算公式：总线带宽=
11、(总线位宽/8)工作频率例 CPU工作频率66MHz，32位总线，求 总线带宽=？ 答 总线带宽= 32/8 66 = 264 MB/S26第 6 章 总线结构6.2 常用总线标准n 总线标准是为计算机系统中互连各个模块制定的标准(规范)n 为计算机接口的软、硬件设计提供方便n 内容包括：1)机械结构规范规定模块尺寸、总线插头、边沿连接器等的规格。2)功能结构规范规定引脚名称、功能以及相互的作用。是总线标准的核心。3)电气规范规定信号逻辑电平、负载能力、最大额定值及动态转换时间等 27第 6 章 总线结构6.2.1 系统总线n系统总线：机箱内的底板总线、也称板级总线或I/O通道总线用于连接构成
12、微机的各个插件板，即连接I/O接口卡或I/O适配器 n常用系统总线标准 : ISA、 EISA、PCI、AGP看图片28第 6 章 总线结构主板系统总线插槽多个PCI总线插槽(白色)1个AGP插槽ISA总线插槽单击图片看插卡 到系统总线录像下面分别介绍29第 6 章 总线结构1.ISA总线(早期总线)nIndustry Standard Architecture (工业标准总线)n用于IBM-PC/XT、AT机及其兼容机n早期流行，当今PC机只保留一个ISA插槽，或不保留ISA总线插槽30第 6 章 总线结构2.EISA总线Extended Industry Standard Architec
13、turen 扩展的ISA总线n 16位总线，与ISA兼容n 用于286、386微机n EISA插槽既可插ISA插卡，又可插EISA插卡313.PCI总线PCI：Peripheral Component Interconnectn为适应多媒体信息实时性开发，一般为白色。 n使计算机能高速传输多媒体信息，确保图像、声音能连续显示和播放， 不出现间断现象。n可插PCI显示卡、PCI声卡、PCI视频捕捉卡和PCI网卡等。n独立于微处理器，任何CPU都可使用PCI总线n即插即用(Plug and Play)， 32位/64位数据信号n通过PCI桥与CPU连接(北桥)n总线时钟频率：33MHz、66MHz
14、n传送速率：133MB/S、266MB/S、533MB/S32第 6 章 总线结构4.AGP专用总线n Accelerated Graphics Port (高速图形接口) n 图形显示卡专用总线，系统只支持一个AGP扩展插槽 n在系统主存和视频卡之间提供一条通道，突破PCI瓶颈n 提高视频卡与内存传输数据的速度，提高3D图形处理能力AGP图形/存储器控制器 /PCI桥图形显示卡PCICPUI/OI/OI/O显示存储器系统内存AGP与PCI比较33第 6 章 总线结构AGP与PCI的关系 AGP仅是一种专用接口，不能取代PCI总线。AGP标准与PCI标准完全兼容。AGP不是PCI的升级版本，其
15、插槽与PCI不兼容。AGP是对PCI的扩充与增强保留PCI接口信号基础上，增加新接口信号保留PCI原协议基础上，增加新协议，即AGP协议。既可用PCI协议传输数据，也可用AGP协议传输，还可用混合协议(两种协议结合)传输。34第 6 章 总线结构AGP其他特点 n具有2X、4X、8X的数据传输率 如，8X是每周期传送8个32位数据n数据的读/写操作采用流水线操作n地址信号与数据信号分离，提高访问内存速度n并行操作(CPU访问RAM时，AGP显示卡可访问AGP内存，显示卡独享AGP总线)35第 6 章 总线结构n也称机外总线、用户总线n用于计算机主机连接外设n常用外部总线有USB、IEEE139
16、4等6.2.3 外部总线下面分别介绍36第 6 章 总线结构1.USB总线Universal Serial Bus (通用串行总线)n主机与外设的接口n4根芯线(2根数据线、1根地线、1根电源线)n适合多种设备，即插即用，可热插拔n无需用户设定，自动配置，不需另备电源n可靠，低成本，低功耗n具有级联方式，可智能识别链上外设的插拔n速度较快，传送速率满足大多数外设要求，有1.5Mb/s、 12Mb/s、480Mb/s37第 6 章 总线结构2.IEEE1394Fire Wiren 串行接口标准，一种连接外设的机外总线n 纯数字接口，不必将数字信号转变成模拟信号 n 可连接家电，如数码相机、DVD播放机、视频电话n 可连接硬盘、打印机、扫描仪38第 6 章 总线结构本章要求掌握的内容n总线的基本概念、分类、基本功能、主要指标n系统总线和常用系统总线标准(PCI、AGP)n外部总线和常用
