《六章总线系统.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《六章总线系统.ppt（27页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,第六章 总线系统,一、总线的概念和结构形态二、总线接口三、总线的仲裁四、总线的定时和数据传送模式五、HOST总线和PCI总线六、InfiniBand标准,2,一、总线的概念和结构形态,（一）、总线的概念总线的定义：计算机系统的互联机构，是多个功能部件之间进行数据传送的公共通路。总线的分类：内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件互相连接的总线。I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线。总线的特性物理特性：指总线的物理连接方式。功能特性：描述总线中每一根线的功能。电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。时间特性
2、：规定了总线上各信号有效的时序关系。,3,总线的标准化：对总线的特性和操作规则作相应定义。总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，单位：兆字节每秒(MB/s)。设总线时钟频率为f，总线数据宽度为D字节，则总线带宽：Dr=Dxf例1、(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，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，则总线带宽是多少?(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，则总线带宽是多少?1)Dr=Df=4B33M/s=132MB/s(2)Dr=Df=8B66M/s=528MB/s,4,（二）、总线的连接方式单总线结构（系统总线
3、）各部件分时占用。主存与外设操作方式相同。优点：设计简单，系统扩展容易。缺点：速度慢，效率低。,接口，也叫适配器，是CPU和I/O设备之间传送信息而设的转换逻辑部件。,5,多总线结构不同速度设备可同时工作。不同总线通过桥连接。桥：一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。系统的效率和吞吐量大。,6,（三）、总线的内部结构简单总线组成：即处理器的芯片引脚数据线（总线）双向传输，用来传送数据。数据线长度即数据通路宽度。,7,简单总线组成地址线：单向传输，用来传送主存与外设的地址。地址线的数目与访存容量有关。控制信号：单向传输，用来指明数据传送方向、中断控制和定时控制等。总线的数目与系统功能有关。,8
4、,标准总线结构（由总线控制器控制总线）数据传送线：由地址线、数据线、控制线组成。仲裁总线：由总线请求线和总线授权线组成。中断和同步总线：由中断请求线和中断认可线组成。公用线：由时钟信号、电源信号、系统复位线等组成。,9,例Pentium机主板总线结构：具有三个层次CPU总线PCI总线ISA总线,10,总线结构对计算机系统性能的影响 最大存储容量指令系统吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息速率。,11,二、总线接口,信息传送方式串行传送：只有一根数据线，串行地逐位传送数据。并行传送：有多根数据线，同时可以传送多个二进制位的数据。分时传送：总线复用：数据和地址共用一套线路。总线部件分时使用一套总线
5、。,12,接口的定义：为CPU和主存、I/O设备之间传送信息而设的转换逻辑部件。接口的功能：控制设备操作功能；数据缓冲、驱动功能；传送外设工作状态功能；数据类型、格式转换功能；整理设置功能；支持主机采取程序查询、中断、DMA等访问方式功能。,CPU,设备控制器,数据寄存器,状态寄存器,I/O地址译码与控制,I/O接口,接口示意图,外设,地址,数据,控制,外设接口逻辑,13,【例2】利用串行方式传送字符，每秒钟传送的比特(bit)位数常称为波特率。假设数据传送速率是120个字符/秒，每一个字符格式规定包含10个bit(起始位、停止位、8个数据位)，问传送的波特率是多少?每个bit占用的时间是多少
6、?【解】：波特率为：10位120/秒=1200波特 每个bit占用的时间Td是波特率的倒数：Td=1/1200=0.8330.001s=0.833ms。,14,三、总线的仲裁,总线的仲裁：解决多个主设备同时竞争总线控制权。仲裁方式公平策略：常用于多个CPU提出的占用总线请求。优先级：常用于I/O模块的总线请求。仲裁分类：根据仲裁电路的位置不同集中式仲裁：由中央仲裁器取决控制权，每个模块通过两条线与其相连。分布式仲裁：每个具有主方功能模块都设有自己的仲裁号和仲裁器，根据各自的优先级获取总线,15,1、集中式仲裁：由中央仲裁器取决控制权。链式查询方式：按接口的排队顺序查询请求。A：地址线；D：数据
7、线；BR：请求信号线；BG：授权信号线；BS：占总线标志信号线（“1”表示被占用）优点：总线授权线少、易实现、易扩展。缺点：抗故障能力弱、优先级固定。,16,计数器定时查询方式：中央仲裁器设一计数器作为识别设备的地址，根据地址是否匹配确定请求。优点：可改变优先级；缺点：线路复杂。,17,独立请求方式：每个设备独立设置请求线，根据设备编码和优先权确定请求。优点：速度快、优先权设置灵活。缺点：线路复杂。,18,2、分布式仲裁：不设专门仲裁器，每个主设备有自己的仲裁器和具有优先权的仲裁号，根据仲裁号发请求，所有设备都能监听所有的总线请求信号，并根据优先权自行决定是否能得到总线控制权。,19,1 总线
8、的定时：指事件出现在总线上的时序关系。总线信息传送过程：请求、仲裁、寻址（目的地址）、信息传送、状态返回。,四、总线的定时和数据传送模式,20,总线的定时方式：同步定时方式：事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号决定，即所有操作由同一个时钟定时。优点：时序规整、各次操作时间统一，控制简单、易实现，传输频率高。缺点：适合各模块存取时间接近的情况，否则效率按最慢的计。,21,异步定时方式：后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，即操作由应答信号作同步控制：优点：总线周期长度可变，适合不同速度的模块；缺点：实现较复杂、成本高。,22,【例3】某CPU采用集中式仲裁方式，使用独立请求与菊花链查询
9、相结合的二维总线控制结构。每一对请求线BRi和授权线BGi组成一对菊花链查询电路。每一根请求线可以被若干个传输速率接近的设备共享。当这些设备要求传送时通过BRi线向仲裁器发出请求，对应的BGi线则串行查询每个设备，从而确定哪个设备享有总线控制权。请分析说明演示图所示的总线仲裁时序。,23,2、总线的数据传送模式读、写操作：。读：由从方到主方的数据传送。写：由主方到从方的数据传送。块传送操作：对多个数据读、写操作，传送时先发送起始地址和数据块长度，再对数据一个个操作。猝发式传送：指CPU与主存间以数据块方式传送数据。块长常为字长的4倍。写后读、读修改操作：对同一个地址单元，或进行先写后读操作，或
10、进行先读后写操作。广播、广集操作：一个主方对多个从方进行写操作称为广播。其相反的操作称为广集。,24,五、HOST总线和PCI总线,多总线结构实例HOST总线：宿主总线，用于CPU与主存系统之间信息传送。,25,五、HOST总线和PCI总线,PCI总线：是一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线。采用同步时序协议 和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。其基本传送机制是猝发式传送。LAGACY总线：中、低速I/O总线。桥的作用：总线之间的通信部件，可以将一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间。,26,PCI信号线PCI总线周期类型PCI总线周期操作猝发式读操作过程,读操作时序图,27,六、InfiniBand标准,InfiniBand标准：适用于较大规模的计算机系统，是一基于开关的体系结构，可连接64000个服务器、存储系统、网络设备，数据传输率可达30GB/s。,
