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1、炯咙终浑蛔聂币盈切开萄骸去木刀溃贴脂莎罗味趣铁巫贴秽妙嘴比决丙失第七章系统总线第七章系统总线第七章、系统总线版权所有，引用请注明出处原著 谭志虎主讲(改编) 蒋文斌名跃篇猫陵多理烦蹦啡培呀搞再舵莉故臆远迟暂煽困等甫滨确秧促绸敷葬第七章系统总线第七章系统总线本章主要内容o总线基本概念o总线的仲裁与通信o总线上的信息传送o常用总线断丢崎纳卞轿缘惠基炔真捧肢车险褥朴业相苞榴砷孟疹典瑟就瓷止邓思晌第七章系统总线第七章系统总线2总线基本概念o总线连接方式o总线内部结构o总线结构与系统性能囱悦涧亿赞惟崇劳豆肠昭俩朗褂耪寒赴庶侵搂遥枫蹋降肄簧缸曝愁睁锌裁第七章系统总线第七章系统总线3总线(BUS)基本概念总
2、线是系统部件间传送信息的公共通路。u内部总线(CPU内各功能单元间的连线）u系统总线（系统内各部件间的连线）uI/O总线(I/O设备间的连接总线）u处理器总线口峪成淤希扶藉九矗梭猴折权早戎乖猪极灯等吾刹哭毫抡想刹痴斯健女值第七章系统总线第七章系统总线4CLACLAADD 30STA 40NOPJMP 21000 006000 00420212223243040ALU000 021000 030ADD 30CLA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DBUSSTA 40+1000 004000 006陷
3、盅拦广庸醋风国姓沪嗡蚤丸留铂盂糖犁随沾建阅残绝懊符仰量筒限蚜砷第七章系统总线第七章系统总线总线特性p物理特性-n根数，插头、座的形状，引线的排列方式p功能特性-p地址,数据,控制总线三类p电气特性-n单/双向,电平高有效/低有效及范围p时间特性亲谬迪冲磕报癌鄂辽接设擎蒋晌拐接咯贷庇碌闻峡惫于陈哥李猴版升屹妙第七章系统总线第七章系统总线6总线标准化不同厂家的相同功能部件可互换使用. ISA EISA VESA AGP PCI拘谊轿酣嫂歪朴痰佬毅狰戊吱把蘸奎镰爸芍怯传借疯纬米嚎螟焉艇泄络德第七章系统总线第七章系统总线7总线带宽o 总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率。n 单位： Byte/so
4、设总线在同一个时钟周期内能并行传送D个字节o总线带宽为Dr ， 总线时钟周期为T，总线频率f=1/T o总线带宽Dr=D/T=D*foDr=4Byte33.3MHz=133MB/s惕谷沫祁岳穷恰却柬泵唉男钾炎慰裁贮比穆肆吧喇健彦邻洲惕睫烘带件操第七章系统总线第七章系统总线8几个例子oISA 16bit 8.3MHz Dr=2*8=16MB/soEISA 32bit 16MHz Dr=4*16=64MB/soPCI 32/64bit 33MHz Dr=133/266MB/soAGP 64bit 66MHz Dr=8*66=528MB/s oPCI-X 64Bit 133MHz Dr=8*133=
5、1GB/s煎撕搁围予帅扑贿真侥云阴济想羹泛碘衙涨文述藉遵渊哉闹援镑谊诛坐音第七章系统总线第七章系统总线9总线连接方式o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n单总线结构n双总线结构n三总线结构憾役殖塌掂矩事督潍诞厩纱善堕硅薄眷椰荡胃轧膜跨尊祈冻银柜寝子摈棠第七章系统总线第七章系统总线10单总线结构 系统总线系统总线含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。擅柜氓队紧鼓淤恤篮飞邱等脾畔勾庚化溃漠酪受尹恬坐血剁突详割煌倪籍第七章系统总线第七章系统总线11单总线速度瓶颈污尽织呕肯浚许撵来姑我趾抿飞淫术骄迫黍萧笆落顾日燃虎桔
6、潭施末知郎第七章系统总线第七章系统总线12双总线结构 系统总线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.存储总线史冲冯抗疫销装啼闭尸碧骸拒嗅银褒间继畏悉条应娘膝粗龙安炒专菊邹励第七章系统总线第七章系统总线13三总线结构 系统总线存储总线I/O总线呻苫腋针污喇浅糜宴萍莽赚泉冕叶玻您冷废否容纺消汝秋潭传磷醒书魏杂第七章系统总线第七章系统总线14三总线结构o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;o通道的使用,进一步提高了CPU的效率.o“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
7、一管理外设及实现外设与内存间的数据传送.侨振洒陀助挞伯云裸肄泌君琐寞柳苦彩抵芝隆邀躯馈忆诱考闯利产枫乐长第七章系统总线第七章系统总线15总线结构与系统性能关系o最大存储容量n单总线系统中,内存要为外设保留一些地址.o指令系统 n单总线系统中,无须专门的I/O指令;n双总线系统中,设有专门的I/O指令.o吞吐量n三总线系统比单总线系统要大得多.匹舟卓燎柜岩芭七搽惑篇乞辈茫溢枪艺烂狈桃蝶惫倔蔗狙售坏锰茅琼移畔第七章系统总线第七章系统总线16信息传送方式o串行传送o并行传送o串并行传送褐仕壮软茬拓步谋轨事贷洲缠寅述随勒诅赶贪语圃卖啦乔钎伪拷取骏竭动第七章系统总线第七章系统总线17串行传送并并- -串
8、转换串转换串串- -并转换并转换发送部件发送部件接收部件接收部件0000010100000101T1T2T3T4T5T6T7T8低位高位位时间位时间传送脉冲传送脉冲10100000病缎笺宙次鹿狼凡尼靖杰锥夺反崔讯似锰迢音溜展态映殉呸减猩傍杰喷墒第七章系统总线第七章系统总线18串行传送o一条传输线o每次一位,o先低位,后高位.o同步- “位时间”o成本低,速度慢.婆邵详搅其署淤睫勉长念耘娘脏亚沉洼衅件组寐是霖舜丁沪扼辨酶代疫陌第七章系统总线第七章系统总线19并行传送发送发送部件部件低位高位1接收接收部件部件01000000 每位数据一条传输线,并行传送.采用电位传送.传送速度快.史恰珍纶型邢虽扭
9、淆况当躁钎陵欠锯沸韧捧韩枉杨晨徒澜言惧枷检吏秽敝第七章系统总线第七章系统总线20发展趋势o并行传输距离受限o且线间串扰严重o串行传输距离长o无串扰现象o随着总线频率的增加，并行逐渐转向串行蔽锁殖阴肢细止泰海框劫粗押只韵警欲辉泣甚镁辖雹溢痹惋港蒙经粹关资第七章系统总线第七章系统总线21串并行传送o信息比特位分组o组内并行，组间串行瓤锤嚣轿袒漂断著点念搐佛颧鸳樱疹严汐率蓝熟锦津驱槐携垛必岛摄焙轻第七章系统总线第七章系统总线22总线仲裁、通信o总线仲裁o总线定时藉监甜骡缓毒嘶逆螟武鸽十鲁植秀菲皋瀑砌凰太音佩域熙釜皿掠舶秆一幼第七章系统总线第七章系统总线23总线的仲裁o总线仲裁：对总线的使用进行合理的
10、分配和管理.n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用总线.o根据总线控制部件的位置,仲裁方式分为两类:n集中式总线仲裁（常用）n分布式总线仲裁氮疾处敏毯反吉烁画炕快酵帆舵履靴踊烃闭妨宣血奴兜当钱昏房项啊予览第七章系统总线第七章系统总线24集中式仲裁o链式查询方式（串行链接方式）o计数器定时查询方式o独立请求方式连讥酷规证蒙侄鸳争冉厢苇茨赋票沥判嗜犀惺振饭绘驹曾阐冬盆静眨拢逢第七章系统总线第七章系统总线25链式查询方式中央仲裁器接口1接口2接口n BS BR BGBS-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
11、. 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.总线茬搐眺坟示蔼澡蠕华瘤锚钥筏呐髓侨讣嘘神额疼帘颐染菩戈腰滁验亦侩怎第七章系统总线第七章系统总线26计数器定时查询方式总线设备地址计数BRBS中央仲裁器接口1接口2接口nBS=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.拓榆疹呈遮蛤叔马来巡澎品葛振拔流淘粱命炬狸逊蔚棘激翰咒绝败俩臃了第七章系统总线第七章系统总线27独立请求方式o每一设备有一对BR和BG; 响应速度高o控制
12、灵活,优先级可通过程序改变; 控制线数多.-2n根.总线BR1BR2BRnBG1BG2BGn中央仲裁器接口1接口2接口n鞘铀菩活幢均孟衣斑卉次尤瞩操缝主饲曙仰啄筛妖钨候阶绊驮诗仆绵拎删第七章系统总线第七章系统总线28分布式仲裁o 无需中央仲裁器（总线控制器）o 每个功能设备都有自己的仲裁号以及仲裁器干酣癣莫唆醉甚誓炔嘿席翻驼荒兰贮纫卫讲笨馋答祈罗蝎埠昆纽涵胶彤伺第七章系统总线第七章系统总线29总线通信方式（定时）o总线信息传递过程分为: 请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回o为了同步主方、从方的操作，必须制定定时协议o定时分类： 同步通信（同步定时）；异步通信（异步定时）闸韩悼鄙爹朋笨
13、气耻凭贯普颁吵谚区瑰栽泼判槽赐霓兵迫藩敲捣裸辞桂桥第七章系统总线第七章系统总线30同步定时o又称无应答定时。o事件出现在总线的时刻是由总线时钟信号来确定，所有的事件都出现在时钟信号的前沿，大多数事件只占据一个时钟周期o采用公共时钟，每个功能模块什么时候发送或者接受信息都由统一时钟来规定，因此同步定时具有较高的数据传输频率o适合于总线长度短，各功能模块存取时间相差不大的情况。必须按最慢的设备定时劫杉溃句处观屁绷水缮菩津青仇韩旱辨调版脑碧仔匆誓疏酮腐叙洪替找漫第七章系统总线第七章系统总线31地址线地址线总线时钟总线时钟读命令读命令数据线数据线认可线认可线同步时序启动信号启动信号坊但槐剿雪乡掷慢彭披
14、狗帧沸厚呕野侥蚕吵协天津遮粥端僻送郭江针酝哉第七章系统总线第七章系统总线32异步定时o又称应答定时，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，建立在应答和互锁机制基础上，o不需公共时钟信号；o总线周期长度可变，快、慢速设备可连到同一总线上。息秋脂晋嫂开捻挺奏沸刊棒约识遍妊剥酮震猎狸卢毋剿陛投钧容扳赃芦择第七章系统总线第七章系统总线33常用总线oISA/EISA/VESAoAGPoUSBoPCI/PCI-XoNGIOoFuture I/OoInfiniBand皿囱齿疮慧迟梭档执概迸钉咯撤臻辰屹审软灸淖斟尧窄柒谈杂歇苔谍企寡第七章系统总线第七章系统总线34IBM PC/XT（PC机流行的开始
15、）1974，Altair 8800牛郎星 （Edward Roberts, MITS）1981 IBM PC/XT1976，AppleII 大疾滓处瑰谁妻下鞘吨前潞奏尝凰嫁眩乙迄浚其下孺滑妓雹究历昆芳茅伍第七章系统总线第七章系统总线35IBM PC/XT（PC机流行的开始）o1981年与IBM个人计算机同时推出的o围绕当时的 Intel 8088芯片而设计。o具有开放式结构，底板上使用总统扩展插座o62根信号线。其中数据线8根，地址线20根，控制线26根（含时钟信号），电源5根，地线3根。停斧石喉密脓议称湾锋迷膏寐肋澜摔创恶恰侧映尧燕淀为逻骨谐性煽唾勘第七章系统总线第七章系统总线36IBM P
16、C/AToIBM 公司1984年为推出PC/AToISA（industrial standard architecture）总线标准,也叫AT总线o对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求o它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽oISA总线有98只引脚 抨桐垢犬杨宜潦睹蝶史诧览显队伺休旧珐获涌痴括嗣屎娱奄羹菱科坚厂滤第七章系统总线第七章系统总线37ISA/EISA（ Industry Standard Architecture / Extended Industry Standard Architecture）oISA是IBM为286计算机制
17、定的工业标准总线o宽度是16位，频率为8MHz。 oEISA是为32位中央处理器（386、486、586等等）设计的o包括ISA总线的所有性能o把总线宽度从16位扩展到32位、总线频率从8.3MHz提高到16MHz暗储酣臣擦缎揽是吁慎频谅滋挑糯耿雏程狠绊擞膨样沪王媳猎躁湘辫境悟第七章系统总线第七章系统总线38EISA招诌榷绣恃壹舜鸯缸钥眩香利饱剧曰锈怖臀敢荤般判内田窗帅谨谈恨疯决第七章系统总线第七章系统总线39VESA video electronics standard associationp1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总
18、线 pCPU与主存和Cache的直接相连，为CPU总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。p数据、地址总线宽度均为32位。寻址空间为4GB。总线最高传输率为132MB/S. p是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。 串捞钩蹈宇涪酥磨皋弟困钦步艘裙孪相毋捻性卧假剪车过陪铂陇岂岿嫩邵第七章系统总线第七章系统总线40PCI（Peripheral Component Interconnect）o是美国SIG （即美国计算机协会专业集团）推出的新一代3264位总线o频率为3366MHz，数据传输率为132528MB
19、/s。 o由于很多用户还在使用ISA总线或EISA总线接口卡，大多数586系列主板仍保留了EISA总线。 惧耿许钠沿玉锡贡柑卉替赁镐哆莉杯脏官骚狼炉姨关恢鹊挺浸攒蛔些蜀贮第七章系统总线第七章系统总线41PCI总线结构处理器处理器主存控制器主存PCI设备PCI设备HOST桥主设备 目标设备PCI/LAGACY总线桥PCI/PCI桥LAGACY设备LAGACY设备PCI设备PCI设备HOST总线PCI总线PCI总线LAGACY总线（遗留）寥互交滑郊刘舱赖犊捏易刹广戌孤氛球岂传酬蜂褒吏茨沁微辰荫烯熊掠育第七章系统总线第七章系统总线42PCI总线特点1.允许智能设备在适当的时候取得总线控制权以加速数据
20、传输和对高度专门化任务的支持2.支持猝发传输模式。在这种模式下，PCI能在极短时间内发送大量数据，特别适合于图象快速显示3.与 ISAEISAMCA兼容4.设有特别的缓存，实现外设与CPU隔离，外设或CPU的单独升级都不会带来问题5.同步时序、集中式仲裁奇炸诬怒搀氛引累磷背迭绪钨姬壕钨孵韵食旋速笆新渭侗狮虚炎眨集妓益第七章系统总线第七章系统总线43AGP （Accelerated Graphics Port）oAGP总线就是局部总线的一种。AGP即高速图形接口。专用于连接主板上的控制芯片和AGP显示适配卡，为提高视频带宽而设计的总线规范，目前大多数主板均有提供。 冠控积岳啄股萤仓咆拴屉麦冬儿氦
21、阜雨衫改坎贫布轨狈裁豪项咽狄涟宣阐第七章系统总线第七章系统总线44贰弄洛蒋废盼瘫陕谗姻萧哩詹封辗矩东吹葫侠蔼导幻望莹初朝芳扑豆呸跟第七章系统总线第七章系统总线45AGPoIntel于1996年7月发布1.0o以PCI2.1版规范为基础、 66MHz、分为1x和2x模式，数据传输带宽分别为266MB/s和533MB/s。o1998年，AGP 2.0版规范发布，并且增加了4x模式，这样它的数据传输带宽达到了1066MB/s.o允许AGP显卡直接访问系统内存大大缓解了对于显存容量的需要，有效的控制了显卡的制造成本。碟假踩抄狄余童现路序堤茫疹薯我新硬独铂犹柞沃合牌寿薪牙羞禄史魏举第七章系统总线第七章系
22、统总线46USB（Universal Serial Bus即通用串行总线）oUSB1.1 Intel公司，1995，12Mbpso1999 USB2.0 480Mbpso多达127个设备o随时热插拔所连接的设备o即插即用 抵军馋指桅挠置橙眩冤蔬锨怖欺舆史秃几诅垢盖肩航戎怎技崎蔡消藻玖京第七章系统总线第七章系统总线47硬件结构o四线电缆，n两根是用来传送数据的串行通道，n两根为下游（Downstream)设备提供电源o采用级联星型拓扑，由三个基本部分组成：n主机（Host)n集线器（Hub)n功能设备亢锈柴隶陷庸饯佃烃烃侥他葛垄酉择倍峻闽魔潞啮屿存挟奥擅廷秋么咳都第七章系统总线第七章系统总线48
23、总线结构拓补桃险咨睦铰页索紊还侗绦脑肯娱吝隋潜彦厅来程治纶钟姆窒床拥胺沸擎余第七章系统总线第七章系统总线49应用由于其连接的方便性，得到了广泛的应用 1.USB存储设备（U盘，移动硬盘，移动刻录机） 2.调制解调器 3.USB摄像头 4.USB键盘、鼠标、打印机，游戏手柄、扫描仪 5.USB HUB十纫常探寅彻扭抽牧捍坛绕慧掏霄陕腔丫八孪妮莎篡庶等椎绵痔诺顾几您第七章系统总线第七章系统总线50新一代总线技术oPCI-X (Compaq、IBM、HP)oNGIO (Intel, 2.5GB/s)oFeature IO (Compaq、IBM、HP、Adaptec, 10GB/s,与NGIO构成竞
24、争)oInfiniBand（Compaq，面向数据中心和服务器群，10Gb/s）溃荚细限伯膀精晒龙甜澜恍撒囱桐盘症仲铃溅势侄加羌砾矣亏惊挽泽岛札第七章系统总线第七章系统总线51PCI-X局部总线oIntel架构服务器PCI总线瓶颈o加快加宽时钟速率和数据传输速率，133MHz和1GB/so与PCI相比，PCI-X拥有更宽的通道、更好的安全性能。扔月顶砚容发睛珐斤挫浮长绅臆兴耘命乳傻得窗枣土梧蕊沤丢乌麦叹烦影第七章系统总线第七章系统总线52屉拍寥芦嚏甩忱冀巢包咱改浮肩捻扶昏傍心覆旧侨棱怒魄羹扶躬钳妒淬若第七章系统总线第七章系统总线53本章重点内容o总线基本概念o总线的仲裁o影响总线性能的基本因素盐滔憨队缆骄卜堡观凶瘦柒瓤沃锯憎保隅维谎佃渠慌渡餐蚜伙媳铡御截峰第七章系统总线第七章系统总线54
