第三章系统总线2

第三章系统总线 主讲刘仁芬 第 章系统总线 3 1总线的基本概念 3 2总线的分类 3 3总线特性及性能指标 3 4总线结构 3 5总线控制 3 4总线结构 一 单总线结构 2 特点 IBMPC ISAEISA PDP 1等微型机 使用一条总线 简单 成本低 处理器和主存储器之间通信 主存储器和输入 输出设备之间通信 不允许两个设备同时传输信息多设备时 传播延迟时间影响工作效率高速设备传输时 单总线将成为系统瓶颈 3 缺点 4 应用 1 双总线结构 具有特殊功能的处理器 由通道对I O统一管理 二 多总线结构 2 特点 AppleMacintoshII等大中型计算机 两条总线 主存总线 处理器和主存储器之间的通信I O总线 为输入 输出设备提供通信后者通过通道 适配器 和前者总线相连 通道具有特殊处理功能 管理I O设备 完成设备与主存的数据传送 3 应用 2 三总线结构 2 特点 三条总线 主存总线 处理器和主存储器之间的通信I O总线 为输入 输出设备提供信息DMA总线 高速外设与主存交换信息主存总线与DMA总线不能同时访问主存 I O总线在CPU执行I O指令时才用 大大减少处理器 主存总线负载 现代PC基本采用的结构 3 应用 3 三总线结构的又一形式 4 四总线结构 2 特点 四条总线 局部总线 处理器和Cache之间的通信 主存与Cache之间的通信系统总线 连接主存 Cache高速总线 高速外设 局域网 图像图形处理站 多媒体 SCSI 与主存交换信息的通道扩展总线 低速设备 传真机 调制解调器 串口 挂接总线 通过接口连入高速总线 1 传统微型机总线结构 三 总线结构举例 2 VESA局部总线结构 3 PCI总线结构 4 多层PCI总线结构 PCI总线 多处理器系统 处理器Cache 主存控制器 处理器Cache DRAM 主机桥 SCSI PCI PCI桥 扩展总线桥 图形显示 PCI总线 系统总线 主机桥 局域网 扩展总线桥 PCI总线 PCI总线 扩展总线 扩展总线 总线控制 即处理总线事务 仲裁 请求 传输 接收总线控制权请求 决定由哪个设备在什么时候控制总线 怎样正确的传输和接收信息的功能 包括判优控制 仲裁逻辑 和通信控制 多个主设备同时需要占用总线时 由总线控制器按照优先级顺序确定谁获得总线控制权的过程 一 判优控制 3 5总线控制 判优控制的基本要求 某总线主设备使用总线前应发出总线请求只有得到授权后 主设备才能使用总线使用完毕后 主设备应通知并交权于仲裁器总线控制器在判优控制时的平衡因素 优先权 优先级高的设备应该得到优先服务公平性 最低优先级的设备也不能永远被排除在总线服务之外 路口没有交通警察 所有车辆先停下 确认其他方向没有来车后通行 有交通警察在路口依照高优先级指挥交通 如救护车 消防车等 判优控制方式 2 链式查询方式 I O接口1 优点 简单 易扩充设备缺点 无法保证公平性 低优先级设备可能得不到总线使用权 总线授权信号的逐级传递限制了总线的速度对电路故障非常敏感 2 链式查询方式 3 计数器定时查询方式 I O接口1 设备地址 优点 设备优先级由计数器初值和计数次序决定 可用程序设置 对电路故障不太敏感缺点 增加了新控制线 控制复杂 3 计数器定时查询方式 4 独立请求方式 优点 设备优先级由排队电路决定 可用程序设置 响应速度快 缺点 控制线数量多 控制更复杂 4 独立请求方式 5 分散控制 硬件组成 无总线控制器 但有仲裁线 各主设备中自己有仲裁器模块和仲裁号 判优过程 主设备有总线请求时 将自己的唯一仲裁号发送到仲裁总线上 同时各设备的仲裁器将仲裁总线上的仲裁号与自己的仲裁号进行比较 如果仲裁总线上的号大则取消自己的请求 否则 保留自己的请求 最后获胜的仲裁号留在仲裁总线上 该设备获得总线控制权 同时使用总线 使用完毕 交回控制权 开始新一轮仲裁竞争 优点 响应快 简单 适于多CPU系统缺点 主设备复杂 优先权不易改变 二 总线通信控制 1 目的 2 总线传输周期 主模块申请 总线仲裁决定 主模块向从模块给出地址和命令 主模块和从模块交换数据 主模块撤消有关信息 解决通信双方协调配合问题 获取总线控制权的主设备如何使用总线的过程 如怎样获知开始和结束 双方怎样协调和配合 由统一时标控制数据传送 充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力 3 总线通信的四种方式 采用应答方式 没有公共时钟标准 同步 异步结合 1 同步式数据输入 2 同步式数据输出 不互锁 半互锁 全互锁 3 异步通信 4 半同步通信 同步 异步结合 上述三种通信的共同点 一个总线传输周期 以输入数据为例 主模块发地址 命令 从模块准备数据 从模块向主模块发数据 总线空闲 占用总线 不占用总线 占用总线 5 分离式通信 充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力 一个总线传输周期 子周期1 子周期2 1 各模块有权申请占用总线 分离式通信特点 充分提高了总线的有效占用 2 采用同步方式通信 不等对方回答 3 各模块准备数据时 不占用总线 4 总线被占用时 无空闲 典型例题 例子3 1假设同步通信中的总线时钟频率为100MHz 总线的传输周期为4个时钟周期 总线的宽度为32位 求总线的传输速率 总线的传输周期为4 1 100MHz总线的宽度为32位即4B总线的传输速率 4B 4 1 100MHz 100MBps 若想提高一倍的总线传输速率 怎么办呢 异步串行传输的速率 波特率 波特率 单位时间内传送码元的个数如果传送的是二进制 就是二进制的位数 用单位bps表示 记作波特 比特率 为单位时间内传递的平均信息量或比特数 单位bps异步串行传送字符格式 计算波特率 例子3 2异步串行传输中 假设每秒传输120个数据帧 其字符格式规定包含1个起始位 7个数据位 1个奇校验位 1个终止位 波特率为 每帧传送的位数为 1 7 1 1 10位每秒传送的位数 即波特率为 10 120 1200bps 1200波特 画出异步串行传送字符格式 例子3 3异步串行传输中 一个数据帧字符格式规定包含1个起始位 8个数据位 1个偶校验位 1个终止位 传送数据为8位的十六进制数95H 画出字符格式 十六进制数95转换为8位二进制数为1