计算机硬件基础第6章.ppt

第6章 总线结构,2,主要内容,总线的基本概念和分类 总线的基本功能 总线的性能指标 常用系统总线和外部总线,3,6.1 总线基本概念,总线概念 总线分类及其特点,下面分别介绍,4,总线(BUS)一般概念,概念：总线是一组导线和相关控制、驱动电路的集合 作用：计算机系统各部件传输信息的通路 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 指标：总线位宽、总线带宽、工作频率,部 件,部 件,部 件,5,6.1.1 总线分类,按传送信息的类型 按相对CPU的位置,地址总线(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,6,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),7,总线分类(按层次结构划分),3、局部总线(只出现在80386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、IEEE1394,8,6.1.2 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,发展,9,单总线结构,内存与I/O共用同一总线，两者分时工作 同样看待内存与I/O，兼顾两者特点 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/O,CPU,M,M,BUS,Memory,Input/Output,I/O,I/O,10,双总线结构(面向CPU),CPU,M,I/O,I/O,I/O,BUS,BUS,面向CPU的双总线结构 内存与I/O之间传输数据需要CPU转发,11,双总线结构(面向存储器),面向存储器的双总线结构，内存与I/O可以直接传输数据 结构复杂、造价高、效率高,CPU,M,I/O,I/O,I/O,BUS,BUS,12,多总线结构,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,USB,ISA总线 (连低速设备),前端总线(CPU总线),网络卡,桥：一些控制芯片,13,6.1.3 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,14,一、数据传送(发送、接收)方式,在总线上传送数据的方式有： 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,15,同步方式传送(发送、接收),数据传送由公用时钟控制，发送、接收信号在固定时刻 即数据的发送、接收同时进行 简单，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 ,16,异步方式传送数据,数据的发、收不在同一时刻，即发、收不同步，有时间延迟 不用时钟控制传送，为识别数据，增加“请求”和“应答”信号 即采用应答方式(握手方式)控制传送 发送方发出时，发出请求信号Request，以通知接收方 接收方收到数据后，发响应信号Acknowledge，以通知发送方,17,半同步方式传送数据,结合(混合)同步、异步两种方式的优点。 在固定时刻发送、接收数据，时机不固定。 发送间隔可变，间隔时间是时钟周期的倍数。 适用设备速度差异较大的简单系统。,18,二、仲裁控制(判优控制),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。 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,19,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2,BG总线回答线,设备n,BR总线请求线,总线控制部件,数据和地址总线,BS总线忙线,20,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,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,21,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,BR2,BG2,设备1,BR0,BG0,设备n,BRn,BGn,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,22,三、总线驱动,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 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,23,三态门总线驱动器,输入,输出,OE,输入,输出,OE,输入,输出,OE,输入,输出,OE,OE高电位导通,OE低电位导通,总线驱动器件,24,典型总线驱动器芯片,74LS244 ：8总线驱动器 内部包含8个单向三态门，分成两组，分别控制,74LS244,E1 E2 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4,1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4,1组输出,2组输出,1组输入,2组输入,25,四、出错处理,数据传送中会发生错误，要能发现、处理错误 可用某种校验方法检测。如，用1位数据做偶校验位 当收到的数据1的个数为偶数时，认为传送正确 例 要传送的数据是 1000011 加偶校验位 1 1000011 若收到的数据1的个数为奇数，则出错,26,总线主要性能指标,总线带宽(B/S)：单位时间内总线上可传送的字节数量 总线位宽(Bit)： 能同时传送的数据位数，如32位、64位 工作频率(MHz)：也称时钟频率，也称CPU主频 计算公式：总线带宽=(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/S,27,6.2 常用总线标准,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) 为计算机接口的软、硬件设计提供方便 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,28,6.2.1 系统总线,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 用于连接构成微机的各个插件板，即连接I/O接口卡或I/O适配器 常用系统总线标准 : ISA、 EISA、PCI、AGP,看图片,29,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,30,1.ISA总线(早期总线),Industry Standard Architecture (工业标准总线) 用于IBM-PC/XT、AT机及其兼容机 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,31,2.EISA总线,Extended Industry Standard Architecture 扩展的ISA总线 16位总线，与ISA兼容 用于286、386微机 EISA插槽既可插ISA插卡，又可插EISA插卡,3.PCI总线,PCI：Peripheral Component Interconnect 为适应多媒体信息实时性开发，一般为白色。 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。 可插PCI显示卡、PCI声卡、PCI视频捕捉卡和PCI网卡等。 独立于微处理器，任何CPU都可使用PCI总线 即插即用(Plug and Play)， 32位/64位数据信号 通过PCI桥与CPU连接(北桥) 总线时钟频率：33MHz、66MHz 传送速率：133MB/S、266MB/S、533MB/S,33,4.AGP专用总线,Accelerated Graphics Port (高速图形接口) 图形显示卡专用总线，系统只支持一个AGP扩展插槽 在系统主存和视频卡之间提供一条通道，突破PCI瓶颈 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,PCI,CPU,I/O,I/O,I/O,显示存储器,系统内存,AGP与PCI比较,34,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。,35,AGP其他特点,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 数据的读/写操作采用流水线操作 地址信号与数据信号分离，提高访问内存速度 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),36,也称机外总线、用户总线 用于计算机主机连接外设 常用外部总线有USB、IEEE1394等,6.2.3 外部总线,下面分别介绍,37,1.USB总线,Universal Serial Bus (通用串行总线) 主机与外设的接口 4根芯线(2根数据线、1根地线、1根电源线) 适合多种设备，即插即用，可热插拔 无需用户设定，自动配置，不需另备电源 可靠，低成本，低功耗 具有级联方式，可智能识别链上外设的插拔 速度较快，传送速率满足大多数外设要求，有1.5Mb/s、 12Mb/s、480Mb/s,38,2.IEEE1394,也叫Fire Wire 串行接口标准，一种连接外设的机外总线 纯数字接口，不必将数字信号转变成模拟信号 可连接家电，如数码相机、DVD播放机、视频电话 可连接硬盘、打印机、扫描仪,39,本章要求掌握的内容,总线的基本概念、分类、基本功能、