chapter03 作业题.ppt

第3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,3.1总线的基本概念,一、计算机五大部件间的连接,1.计算机五大部件间的连接方式分散连接：各部件使用单独连线总线连接：将各部件连接到一组公共信号传输线,指挥程序运行,3.1总线的基本概念,一、计算机五大部件间的连接,1.计算机五大部件间的连接方式总线连接：将各部件连接到一组公共信号传输线,指挥程序运行,3.1总线的基本概念,一、计算机五大部件间的连接,1.计算机五大部件间的连接方式分散连接：各部件使用单独连线总线连接：将各部件连接到一组公共信号传输线2.总线连接的优点灵活：便于添加新部件，且部件可在使用相同总线的计算机系统间互换低成本：一组信号传输线可被多部件共享3.总线连接的缺点产生通信瓶颈现代计算机采用总线连接,指挥程序运行,二、什么是总线,三、总线上信息的传送方式,1.总线的定义共享的传输介质总线是连接各个部件的信息传输线2.两个关键点一个部件发出的信号可被连接到总线上的其他所有部件所接收某一时刻只允许一个部件向总线发送信息，多个部件可同时从总线接受相同信息,串行,并行,3.1总线的基本概念,四、总线结构的计算机举例,1.面向CPU的双总线结构,中央处理器CPU,3.1总线的基本概念,I/O设备与主存无法直接信息交换,2.单总线结构,3.1总线的基本概念,四、总线结构的计算机举例,I/O设备与主存可直接信息交换,3.以存储器为中心的双总线结构,M.M,3.1总线的基本概念,四、总线结构的计算机举例,3.2总线的分类,1.片内总线,2.系统总线,指芯片内部连接各元件的总线。如CPU芯片内部，在寄存器、ALU、指令部件等各元件间的总线,双向与机器字长、存储字长有关,单向与存储地址、I/O地址有关,有出有入,计算机各部件间的信息传输线,存储器读、存储器写总线允许、中断确认,中断请求、总线请求,3.通信总线,串行通信总线,并行通信总线,传输方式,3.2总线的分类,3.3总线特性及性能指标,3.3.1总线物理实现,3.3.2总线特性,规定模块插件的机械尺寸，总线插头、插座的规格及位置等,规定总线信号的逻辑电平、噪声容限及负载能力等,给出各总线信号的名称及功能定义,信号的时序关系,地址数据控制,3.3总线特性及性能指标,3.3.3总线的性能指标,数据线的位数,每秒传输的最大字节数（MBps）,同步、不同步,地址线与数据线复用,地址线、数据线和控制线的总和,负载能力,并发、自动、仲裁、逻辑、计数,3.3总线特性及性能指标,3.3.4总线标准,3.3总线特性及性能指标,1.总线标准的形成途径,由流行形成标准例：IBMPC-AT总线,为解决共性问题由多个制造商合作提出标准,标准化组织制定ANSIIEEE等组织PCI总线标准由Intel发起、由一个工业委员会发展而来,标准总线规范越来越复杂,包含信号分类、数据宽度、地址空间、传输速率、总线仲裁、握手协议、总线定时、事务类型等内容。,3.3.4总线标准,3.3总线特性及性能指标,2.常用的总线标准ISA总线IBM推出16位数据、24位地址、时钟8MHZ、最大传输速率16MBPsEISA总线32位数据、32位地址、时钟8MHZ、最大传输速率33MBPsVL-BUS总线局部总线32位数据（可扩展至64位）、时钟33MHZ、最大传输速率133MBPsPCI总线外围部件互联总线局部总线32位数据、时钟33MHZ、最大传输速率132MBPs64位数据、时钟66MHZ、最大传输速率528MBPsAGP总线加速图形端口显卡RS-232C总线串行通信标准USB总线,3.3.4总线标准,3.4总线结构,3.4.1单总线结构,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,3.4.2多总线结构,3.4总线结构,2.三总线结构,3.4.2多总线结构,3.4总线结构,3.三总线结构的又一形式,3.4.2多总线结构,3.4总线结构,4.四总线结构,3.4.2多总线结构,3.4总线结构,1.传统微型机总线结构,3.4.3总线结构举例,2.VL-BUS局部总线结构,3.4.3总线结构举例,3.PCI总线结构,3.4.3总线结构举例,4.多层PCI总线结构,3.4.3总线结构举例,3.5总线控制,3.5.1总线判优控制,总线判优控制,分布式,集中式,1.基本概念,链式查询,计数器定时查询,独立请求方式,2.链式查询方式,I/O接口1,3.5.1总线判优控制,优点:易扩充设备缺点:不能保证安全和公平,3.计数器定时查询方式,I/O接口1,设备地址,比链式查询多一组设备地址线，少一根总线允许线BG,总线上的任一设备要使用总线，通过BR线发总线请求总线控制部件接到BR请求后，若BS=0，计数器加1计数，并将计数值通过设备地址线发向各设备各设备接口都有设备地址判别电路，当设备地址线上的计数值与请求总线的设备地址一致，该设备置“1”BS线，获得总线使用权，中止计数,可从0/中止点始计数0开始，与链式查询相同，优先级顺序固定从中止点开始，各设备使用总线的优先级相等计数器初值用程序设置，方便改变优先次序缺点：增加了连线数量,计数器定时查询的优点:,3.计数器定时查询方式,4.独立请求方式,每个共享总线的设备均有一对BRi和BGi。,分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个主模块都有自己的唯一仲裁号和仲裁器。有总线请求时，把仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上仲裁号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应。,5.分布式控制,中央处理器,设备接口0,设备接口1,设备接口N,0,2,1,3.5.1总线判优控制,3.5.2总线通信控制,1.目的,2.总线周期:完成一次总线操作的时间总线传输周期,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,主模块撤销有关信息,解决通信双方协调配合问题,总线周期,由统一时标控制数据传送,充分挖掘系统总线每瞬间的潜力,3.四种总线通信方式,采用应答方式，无公共时钟标准,同步、异步结合,3.5.2总线通信控制,总线判优控制方式：集中、分布控制方式集中控制方式：链式查询、计数器定时查询、独立请求方式,(1)同步式数据输入,主模块发地址,主模块发读命令,从模块提供数据主模块获取数据,主模块撤销读命令，从模块撤销数据,3.四种总线通信方式,(2)同步式数据输出,主模块发地址,主模块发写命令,从模块在规定时间内将数据写入指定的单元,主模块撤销写命令和数据,主模块提供数据,3.四种总线通信方式,例3.1设总线时钟频率100MHz，传输周期为4个时钟周期，总线宽度32位，试求总线的数据传输率。若想提高一倍数据传输率，可采取什么措施？解：根据总线时钟频率，得时钟周期T=1/100MHz=0.01s总线传输周期=4T=0.01s4=0.04s总线宽度32位=4B总线的数据传输率为4B/4T=4B/0.04s=100MBps若想提高一倍数据传输率，措施为：措施1：总线时钟频率不变，数据线宽度为64位措施2:数据宽度不变，时钟频率增加到200MHz,3.5.2总线通信控制,不互锁,半互锁,全互锁,(3)异步通信,采取应答方式通信主模块发请求，从模块发应答,单机系统中CPU向主存写信息,多机系统中，CPU对共享存储器的访问,网络通信的双方,3.5.2总线通信控制,异步串行通信字符的格式以字符为传送单位，用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束，字符间隔不固定。例：,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,停止位,起始位,一个字符称为一帧数据数据以字符(字节)为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线由接收设备逐帧接收发送端和接收端可有各自的时钟控制数据的发送和接收这两个时钟源彼此独立，互不同步,(3)异步通信,3.5.2总线通信控制,字符帧（数据帧）由起始、数据、奇偶校验和停止位组成,两种传送字符格式,3.5.2总线通信控制,异步串行通信字符的格式,波特率(位/秒)对传送速率的规定,异步通讯双方需约定：字符格式和传送速率,波特率:每秒钟传送二进制数的位数(比特数)，单位bps波特率越高，数据传输速度越快,例3.2在异步串行传输系统中，设每秒传输120数据帧，字符格式：1个起始位、7个数据位、1个奇校验位、1个终止位，试计算波特率。解：根据题目给出的字符格式，一帧包含1+7+1+1=10位波特率为（1+7+1+1）120bps=1200bps=1200波特,3.5.2总线通信控制,波特率,例3.3画图说明用异步串行传输方式发送8位二进制数据95H。字符格式：1位起始位、8位数据位、1位偶校验位、1位终止位。解：起始位后是数据位的最低位（95H的最低位D0=1），且数据位最高位（95H的最高位D7=1）后校验位，最后终止位。数据95H的偶校验位为0，95H=10010101B,1,0,1,0,1,00,1,0,0,1,3.5.2总线通信控制,例3.4字符格式为：1位起始位、8位数据位、1位奇校验位、1位终止位。波特率1200bps，求比特率。解：有效数据位8位，传送一个字符需1+8+1+1=11位比特率为：1200（8/11）=872.72bps,异步通信的优点不需要传送同步脉冲，字符帧长度不受限制，所需设备简单异步通信的缺点字符帧包含起始位和停止位降低了有效数据的传输效率,注意比特率和波特率是两个不同的概念比特率：每秒传送的有效数据位(bit)数波特率：每秒传送的数据位(bit)数,3.5.2总线通信控制,本章小结：,掌握总线的概念掌握总线的特性及性能指标了解常用的总线标准：ISA、PCI、AGP、USB、RS-232C掌握总线的两种仲裁方式理解集中式仲裁的三种方式及异同点掌握4种总线通信控制方式掌握波特率的概念及串行通信的字符格式,3.14总线频率8MHz，设1个总线周期=1个时钟周期。1个总线周期中并行传送16位数据，求总线带宽？解：总线宽度=16位/8