第9章总线结构

第3章 总线结构 3 1概述3 1 1基本概念3 1 2总线分类3 2总线的工作原理3 2 1总线的应用3 2 2总线的功能3 2 3总线仲裁 3 3常用系统总线3 3 1PC总线3 3 2ISA总线3 3 3PCI总线3 4主要外设总线3 4 1IDE总线3 4 2SCSI总线3 4 3USB总线 总线 3 1 概述 采用一组公共的信号线作为微型计算机各部件之间的通信线 公共信号线称为总线 微型计算机系统大都采用总线结构 3 1 1 基本概念 教学进程 3 1 概述 3 1 1 基本概念 教学进程 CPU总线 用于CPU内部各部件之间传送信息 存储总线 用于CPU与存储器之间传送信息 系统总线 用于CPU与各部件之间传送信息 外部总线 用于I O设备与主机之间传送信息 单总线结构 所有的部件都连接到该总线上 各个部件之间的通信都是通过这惟一的总线进行 在一个给定时刻 总线只能被用于一对部件之间的信息传送 当有多个设备或部件同时申请使用总线时 需通过总线控制器进行裁决 双总线结构 系统设置两条总线 系统总线和内存总线 系统总线用于各个部件之间通信 但在CPU与内存之间单独设置一条内存总线 以减轻系统总线的负担 三总线结构 在双总线基础上增加一条I O总线形成了三总线结构 I O设置通过I O总线挂接到I O通道上 并挂接到系统总线上 按总线的层次结构分 总线的结构 教学进程 单总线结构 优点 简化操作 便于系统的扩展 CPU的效率提高了 缺点 对总线的速率要求高 负担重 而且控制管理也更复杂了 优点 总线上的负载不重 速度较高 缺点 增加了CPU的开销 降低了CPU的性能 双总线结构 教学进程 系统总线 三总线结构 3 2 总线的工作原理 CPU总线与外界的公共通道 3 2 1 总线的应用 CPU总线 地址总线 CAB 数据总线 CDB 控制总线 CCB 教学进程 总线的应用 ISA总线 ISA IndustryStandardArchitecture 工业标准体系结构 由美国IBM公司推出的8 l6位标准总线 EISA总线 EISA ExtendedIndustryStandardArchitecture 扩展工业标准体系结构 由Compaq HP AST等多家公司联合推出的32位标准总线 3 2 1 系统总线 总线标准 如ISA总线 EISA总线 VESA总线 AGP总线 VME总线 MCA总线 PCI总线等 教学进程 MCA总线 MicroChannelArchitecture 微通道体系结构 由美国IBM公司推出的32位标MCA标准总线 VESA总线 视频电子标准协会 VideoElectronicStandardAssociation 联合多家公司共同推出的全开放通用局部总线 PCI总线 PCI PeripheralComponentInterconnect外部设备互连 由美国Intel公司推出的32 64位标准总线 提供输入 输出设备同系统中其他部件间的公共通信通路 标准化程度最高 可用于各种型号的处理器 3 2 1 总线的应用 用于主机内部特定子系统之间的紧密连接 典型局部总线包括VESA总线 AGP总线等 外部总线 使用总线 完成数据传送的整个过程 总线请求 总线仲裁 寻址 传送数据 检错 发出数据出错信号 教学进程 基本功能 总线仲裁 仲裁方法大致可以分为静态和动态两种 3 2 3 总线仲裁 也称为总线判优 动态方式根据总线控制部件的位置 分为集中方式与分散方式 集中式总线控制 控制逻辑集中在一处 分散式总线控制 控制逻辑分散在总线各控制部件 链式查询方式计数器查询方式独立请求方式 集中式总线控制方式 教学进程 链式查询方式 总线仲裁 3 2 3 总线忙信号BS有效时 表示总线正被某外设使用 总线请求信号BR有效时 表示至少有一个外设请求使用总线 总线回答信号BG有效时 表示总线控制部件响应了外设的总线请求 教学进程 链式查询方式 工作过程1 当有部件提出使用总线请求时 BR变为有效 2 总线控制器收到BR信号后 如果总线目前没有被别的部件使用 就发出总线同意信号BG 允许提出申请的某个部件使用总线 3 同时将总线忙信号BS变为有效 4 其他部件检测到BS信号后 不再提出总线请求信号 3 2 3 总线仲裁 教学进程 在某个部件使用总线的过程中 总线控制器是不会响应另一个总线请求信号的 这就避免了使用总线的冲突 总线控制器在挑选使用总线的部件的优先顺序是离总线控制器最近的部件拥有最高的优先权 离总线控制器越远 优先权越低 链式查询方式 主要特征总线授权信号BG的传送是串行地从一个I O接口送到下一个I O接口 优点实现简单 方便 只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制 结构很容易扩充设备 缺点对询问链的电路故障很敏感 一点其中某个部件的电路出现了故障 则它后面的部件都无法申请使用总线 并且优先级是固定的 3 2 3 总线仲裁 教学进程 3 2 3 总线仲裁 计数器查询方式 总线上任何设备要求使用总线时 都通过BR线发出总线请求 BS线为0 计数器开始计数 每次计数可以从0开始 也可从上次计数的中止点开始 计数值通过一组设备地址线发向各设备 教学进程 独立请求方式 3 2 3 总线仲裁 教学进程 独立请求方式特征 在该方式中 每一个设备均有独立的总线请求线BRi和总线回答线BGi 当设备要求使用总线时 便发出总线请求信号BRi 总线控制部件中的优先排队电路根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求 然后向该设备发出总线应答信号BGi 表示允许该设备占用一总线 优点 响应时间快 即为确定优先响应设备所花费的时间少 不用逐个查询设备 缺点 控制线数增多 独立请求方式 3 2 3 总线仲裁 独立请求方式优缺点 教学进程 3 3 常用系统总线 3 3 1 PC总线 教学进程 PC总线最初用于IBMPC XT机主板 并在以后的PC AT和各种286 386兼容机主板上继续使用 目的是便于保留老的PC扩展卡 在后来制定的ISA总线标准中被称为8位ISA总线 目前已被淘汰 PC总线是配合Intel8088处理器的 因此是8位总线 具有8位数据线和20位地址线 直接内存寻址能力为1MB 它的扩展插槽是黑色的 有62个触点 分列两边 每边31个 全部引到系统板8个双列扩充槽插座上 62条线分为五类 地址线 数据线 控制线 辅助线与电源线 3 3 常用系统总线 教学进程 ISA总线标准来源于IBMPC AT机主板使用的系统I O总线和扩展插槽 所以也称为AT总线 87年成为国际通用总线标准ISA IndustryStandardArchitecture 即工业标准结构总线 ISA是针对Intel80286CPU设计的 因此是16位总线 数据线16位和地址线24位 即直接内存寻址为16MB 它的工作时钟是8 33MHz 数据传输率为8 33MB S 16位ISA总线是在8位ISA总线插槽的沿伸方向上增加了一个双排共36触点的插槽 新增的插槽引脚把8位数据和20位地址扩展成16位数据线和24位地址线 因此16位ISA插槽同8位ISA插槽保持了互换性 即16位ISA槽也可以使用8位ISA卡 3 3 常用系统总线 主要性能指标见Page47 教学进程 低速ISA标准与高速的32位386 486和PentiumCPU形成了一定的矛盾 但为了允许保留使用老的ISA卡 主板仍保留至少一个ISA插槽 ISA总线扩展插槽的引脚配置如图所示 ISA总线扩展插槽 PCI总线 3 3 3 教学进程 PCI即外部设备互联总线 它的初衷就是使外设主芯片能快捷地连入系统 PCI是专门为IntelPentium处理器设计的 它也是一种高性能的PC机局部总线 PCI的高速性能使之能支持各种高速设备 特别是3D图形加速卡 目前PCI扩展卡已成为微机高速扩展卡的主流 包括显示卡 声卡 Modem卡 网卡和视频卡等 主要性能特点见Page48 32位总线宽度 可升级到64位 支持64位地址 最高时钟频率可达到33MHz或升级到66MHz 最大数据传输速率在时钟频率为33MHz时为133MB S或266MB S 采用多路复用体系结构减少了管脚个数和PCI部件 降低了成本 能够自动配置参数 支持PCI总线扩展板和部件 5V和3V信号环境已经规范化 5V到3V已经完成平滑过渡 32位 64位扩展板和部件正 反向兼容 PCI总线 3 3 3 教学进程 主板的芯片组内含PCI桥 通过这个缓冲控制器 可以实现6个PCI扩展槽同时工作 PCI是白色插槽独立结构 与ISA扩展卡不兼容 它的插槽每边62线 共124线 64位的PCI总线扩展槽是在32位PCI插槽上延长 每边增加32线而成 PCI总线插槽分为5V供电电源和3V供电电源两种 为避免这两种不同的扩展卡插错 3V的插槽的定位挡片Key的位置改设在12 13引脚处 电源为3V和5V的32位PCI总线扩展插槽的引脚配置如图所示 5V和3V电源的PCI扩展槽的引脚配置 3 4 主要外设总线 外部设备总线用于实现计算机主机和外部设备之间的连接 支持大容量硬盘 最大容量可达上百GB 支持除硬盘以外的其他外设 可连接更多的外设 最多可连接4台EIDE设备 具有更高的数据传输速率 IDE端口中每个端口可以支持2个设备 分为主设备和从设备 并通过设备上的跳线开关设定主 从设备 教学进程 IDE总线 IDE性能指标 3 4 1 小型计算机系统接口 SmallComputerSystemInterface SCSI 设计成一种有效的外设总线 用来支持多个设备 允许包括多个主机 设备连接不局限于箱内的连接 允许SCSI设备处于机箱外 可有较长的连线 SCSI是一种很规范的总线逻辑接口 总线访问时的主设备称为启动设备 从设备称为目标设备 访问过程中的总线裁决 信息传输等通过总线上相关的信号线按协议完成 教学进程 USB总线 USB 串行总线 UniversalSerialBus 3 4 3 USB的优点 易于使用 速度较快 可靠性高 低成本 低功耗 教学进程 USB总线 USB 串行总线 UniversalSerialBus 3 4 3 USB的优点 易于使用 速度较快 可靠性高 低成本 低功耗 教学进程 USB总线 USB 串行总线 UniversalSerialBus 3 4 3 USB的优点 易于使用 速度较快 可靠性高 低成本 低功耗 教学进程 USB总线 教学进程 3 4 3 USB已有两