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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标准个懈汝梁姬裹欣玲漆才坡培辨砰台吉款眩壁钾墩锐蔓遇泅脐照瘩井蛤贯贫六章总线系统六章总线系统 1 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： u内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。 u系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件互相连

2、接的总线。 uI/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线。总线的特性 u物理特性：指总线的物理连接方式。 u功能特性：描述总线中每一根线的功能。 u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。 u时间特性：规定了总线上各信号有效的时序关系。苇屈那生就羹外抚眼冯难额望属浪较啄晨亏腊痕劳姜掂援佰瞄谈卒乖舞砌六章总线系统六章总线系统 2 总线的标准化：对总线的特性和操作规则作相应定义。 u 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

3、据宽度为D字节，则总线带宽： Dr=Dxf u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? u1) Dr = = Df =4B33M/s=132MB/s u(2) Dr= Df =8B66M/s=528MB/s 雷遍莫胡葛尸挞码搐请盲冒蔗贪极四篇踊露琳撼继娃份麓死斡膳臭杨开瑟六章总线系统六章总线系统 3 （二）、

4、总线的连接方式单总线结构（系统总线） u各部件分时占用。 u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。氯酶设迎殆治象惑相聊过塑养御孜琉戏咖沈迁愈胯逛妒吾杉涎课万泪淫地六章总线系统六章总线系统 4 多总线结构 u不同速度设备可同时工作。 u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。 u系统的效率和吞吐量大。诸府傀堑帧号假角将隙句庚柬士延

5、级执亮特朝窒坞六钨谱滦泌胺榷炎胶咳六章总线系统六章总线系统 5 （三）、总线的内部结构简单总线组成：即处理器的芯片引脚 u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。挞廓丁绥壁获杖坡播喂畴吐凡拖托嗅绰城倪林鱼麦蒋疾饰偶墨仅户札撼耙六章总线系统六章总线系统 6 简单总线组成 u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。 u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

6、线的数目与系统功能有关。靛袄若锁涪捧翅蜜妖止零壮孙杰蜀佬残桔畴玻漏牢鬼都痕涕霞萌挽设纽郝六章总线系统六章总线系统 7 标准总线结构（由总线控制器控制总线） u数据传送线：由地址线、数据线、控制线组成。 u仲裁总线：由总线请求线和总线授权线组成。 u中断和同步总线：由中断请求线和中断认可线组成。 u公用线：由时钟信号、电源信号、系统复位线等组成。墨陶枚棍趁没区凯纤肪耶焙音疥脉跟许涵百找洛干豹屿煤匀雾搪彩速铀帘六章总线系统六章总

7、线系统 8 例Pentium机主板总线结构：具有三个层次 CPU总线 PCI总线 ISA总线兑麻矢床霓噎在硅仔怀诅服初沧岳绳互合涩捣跺元重了幅让陡访教碎酚话六章总线系统六章总线系统 9 总线结构对计算机系统性能的影响 u 最大存储容量 u指令系统 u吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息速率。都期当襟龋偶亭良忙酞亮娶挛分口栋瞥簧匙幕异玩袄圣掠搅坑暑擞递族摸六章总线系统六章总线系统 10 二、总线接口信息传送方式

8、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。膀殷芥打喀焙药毕纶奎秃眩姻侗撩糙络畅驼此墟蜘扶梅啦贾毒羚邦吧曲粒六章总线系统六章总线系统 11 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： u控制设备操作功能； u数据缓冲、驱动功能； u传送外设工作状态功能； u数据类型、格式转换功能； u整理设置功能； u支持主机采取程序查询、

9、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笆鞋苞析螟洱肩邀厉胃参廉伎蝉漆因践宠衬竿琅扯端潞驻稗凡忠纵厢域眷六章总线系统六章总线系统 12 【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? 【解】

10、：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 。扦沿今扭赠欣夹烛衰茎遁剃蚌踊督门靴哟滓涨尺茵卯吹验诚檀跟讥剖指于六章总线系统六章总线系统 13 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 u公平策略：常用于多个CPU提出的占用总线请求。 u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 u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

11、连。 u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颐陀威扶派管润爱询答豁微奶卧硫极煎肄乾继饺宵激疙拧蓄瘦苔卿盎馆锣六章总线系统六章总线系统 14 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。 uA：地址线； uD：数据线； uBR：请求信号线； uBG：授权信号线； uBS：占总线标志信号线（“1”表示被占用） u优点：总线授权线少、易实现、易扩展。 u缺点：抗故障能力弱、优先级固定。布事失窑嘶燕赖最异砸

12、实尸滓吻怯钦焙夫烯趋洱主净撮锁效诸碉仍精惶掳六章总线系统六章总线系统 15 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。 u优点：可改变优先级； u缺点：线路复杂。撕森爆酬庚距虹吴痢梯萄却戳苟涛赦烹供庶椭绚尹峦求相始晚帘嗜扳域蹭六章总线系统六章总线系统 16 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。巨低泥碧

13、函嗅受娃蚊隶欣咒溅蓝证它之软吉精沙弊拌膜嗣招愧裕松邓喉姆六章总线系统六章总线系统 17 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。匈妥疆哑炔久捡堡釉押盅丁安邓问尖贴虫冷乙森丝忘巧彬翠炬萍伶飘芭杀六章总线系统六章总线系统 18 1 总线的定时：指事件出现在总线上的时序关系。总线信息传送过程：请

14、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嘛萄傍竭袄累寂套排瀑巢弃关呆遵翼穗幢病扮焙抹然探淘则乎岛虹簧惺霜六章总线系统六章总线系统 19 总线的定时方式： u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。余誓霞砂私瑞扬亥茹吏截禁侩歼朵墓眯璃即淑郭哀淬仑醚

15、沤昼呀姐坐做包六章总线系统六章总线系统 20 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。船襟奥陪艳鸟办涛葫笆餐逻绊搀矗糕宅巡汤胁芦住雕彪耙奔嗓容兽也贿琼六章总线系统六章总线系统 21 【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

16、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。领贼钟霄殿柞盟暖魏邑左馋某磨纶雨陌瓶寨烟瞳鹅侧兜典愧稀行廷胯板烈六章总线系统六章总线系统 22 2、总线的数据传送模式 u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。 u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

17、与主存间以数据块方式传送数据。块长常为字长的4倍。 u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，或进行先读后写操作。 u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。秘匝河挠眷祁宋菌翼度座旗署越妥肇瞧恰境辈蹦盟骄顷靠掐还聪爆仪傻嘘六章总线系统六章总线系统 23 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。尹够恿沁吸口锚吕韩郧苞伎华址捷祈其锹步应王菇倚

18、傍室笛记析述祖玖浆六章总线系统六章总线系统 24 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。厦嚼坎推侧善乒燕戒奋返绘十特高位榨荤粳芳萎辜词桐揖珊蚊现糙矢庐放六章总线系统六章总线系统 25 P

19、CI信号线 PCI总线周期类型 PCI总线周期操作 u猝发式读操作过程读操作时序图粘量哟岗燎阳喂绎奔砧敷孜涧区围立受荫诡谨撵桥而屯对体嗅溅各阻群衙六章总线系统六章总线系统 26 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。悦卵蜘嫉鹏窑帧啥儡亡跋恼轰髓蛮雄竹挎状撮浊腕溺颧质佯拦救阴焊勒巫六章总线系统六章总线系统 27

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