第七章总线技术PPT课件

1、第七章第七章 总线技术总线技术p 总线的概述总线的概述p总线的设计与实现总线的设计与实现p 总线总线的定时方法的定时方法7.1 7.1 总线概述总线概述1. 1. 总线的基本概念总线的基本概念o 一组可为多个功能部件共享的公共信息传送一组可为多个功能部件共享的公共信息传送线路。线路。2. 2. 总线上信息传输的特点总线上信息传输的特点o 某一时刻只允许一个部件向总线发送信息，某一时刻只允许一个部件向总线发送信息，而多个部件可同时从总线商接收信息。而多个部件可同时从总线商接收信息。3. 3. 采用总线实现互连的优势采用总线实现互连的优势o 减少各个部件之间的连线数量减少各个部件之间的连线数量 o

2、 方便系统构建、扩充及更新方便系统构建、扩充及更新总线标准总线标准数据线数据线总线时钟总线时钟带宽带宽ISA168 MHz（独立）（独立）33 MBpsEISA328 MHz（独立）（独立）33 MBpsVESA(VL-BUS)3232 MHz（CPU）133 MBpsPCI326433 MHz（独立）（独立）64 MHz（独立）（独立）132 MBps528 MBpsAGP3266.7 MHz（独立）（独立）133 MHz（独立）（独立）266 MBps533 MBpsRS-232串行通信串行通信总线标准总线标准数据终端设备（计算机）和数据通信设备数据终端设备（计算机）和数据通信设备（调制解

3、调器）之间的标准接口（调制解调器）之间的标准接口USB串行接口串行接口总线标准总线标准普通无屏蔽双绞线带普通无屏蔽双绞线带屏蔽双绞线最高屏蔽双绞线最高1.5 Mbps (USB1.0)12 Mbps (USB1.0)480 Mbps (USB2.0) 常用总线举例常用总线举例o 按总线所承担的任务按总线所承担的任务 n 内部总线内部总线n 外部总线（外部总线（通信总线通信总线、I/OI/O总线总线）o 按总线所处的物理位置按总线所处的物理位置n （芯）片内总线（芯）片内总线n 功能模块内总线功能模块内总线n 功能模块间总线（功能模块间总线（系统总线系统总线）n 外部总线外部总线4. 4. 总线

4、的分类总线的分类o 按总线所传送的信息类型按总线所传送的信息类型 n 地址总线地址总线n 数据总线数据总线n 控制总线控制总线o 按总线一次传送数据的位数按总线一次传送数据的位数 n 串行总线串行总线n 并行总线并行总线 o 按总线操作的定时方式按总线操作的定时方式 n 同步总线同步总线n 异步总线异步总线(1) (1) 单总线结构单总线结构5 5、总线的连接方式（、总线的连接方式（总线结构总线结构）接口接口接口接口I/OI/O设备设备CPUCPU存储器存储器单总线单总线I/OI/O设备设备图图1-7 1-7 计算机的单总线结构计算机的单总线结构存储总线存储总线接口接口接口接口CPUCPU主存

5、储器主存储器系统总线系统总线I/OI/O设备设备I/OI/O设备设备图图1-8 1-8 面向存储器的双总线结构面向存储器的双总线结构(2) (2) 双总线结构双总线结构 面向主存面向主存的双总线结构的双总线结构接口接口接口接口CPUCPU主存储器主存储器I/OI/O总线总线存储总线存储总线I/OI/O设备设备I/OI/O设备设备图图1-9 1-9 以以CPUCPU为中心的双总线结构为中心的双总线结构接口接口I/OI/O设备设备 以以CPUCPU为中心为中心的双总线结构的双总线结构接口接口接口接口CPUCPU主存储器主存储器I/OI/O总线总线存储总线存储总线I/OI/O设备设备I/OI/O设备

6、设备图图1-9 1-9 三总线结构三总线结构高速高速I/OI/ODMADMA总线总线(3) (3) 三总线结构三总线结构主存主存CPUCPU通道通道通道通道I/OI/O控制器控制器I/OI/O控制器控制器I/OI/O控制器控制器I/OI/O控制器控制器外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设外设主机主机图图1-10 1-10 大、中型计算机系统的典型结构大、中型计算机系统的典型结构(4) (4) 通道通道 一种一种具有处理机功能具有处理机功能的专门用来管理的专门用来管理I/OI/O操操作的控制部件作的控制部件6. 6. 总线的性能指标总线的性能指标1. 1. 总线宽度总线宽

7、度2. 2. 总线的带宽总线的带宽3. 3. 总线的时钟频率总线的时钟频率4. 4. 负载能力负载能力总线总线 的根数的根数每秒传输的最大字节数（每秒传输的最大字节数（MBpsMBps）可连接模块的最大数目可连接模块的最大数目同步总线中统一的时钟脉冲的频率同步总线中统一的时钟脉冲的频率1. 1. 系统总线的组成系统总线的组成o 连接各功能模块的连接各功能模块的信号线信号线o 总线控制器总线控制器n 总线系统的资源分配与管理总线系统的资源分配与管理 n 提供总线定时信号脉冲提供总线定时信号脉冲n 负责总线使用权的仲裁负责总线使用权的仲裁 n 负责实现不同总线协议的转换和不同总线之负责实现不同总线

8、协议的转换和不同总线之间传输数据的缓冲间传输数据的缓冲 总线的组成与结构总线的组成与结构2. 2. 总线上设备分类总线上设备分类o 总线总线主设备主设备n 总线操作的发起者，对总线有总线操作的发起者，对总线有控制权控制权o 总线总线从设备从设备n 总线操作的对象总线操作的对象3. 3. 总线的结构总线的结构 7.2 7.2 总线的设计与实现总线的设计与实现1. 1. 总线仲裁的方法总线仲裁的方法o 集中式仲裁集中式仲裁n 链式查询链式查询n 计数器定时查询计数器定时查询n 独立请求方式独立请求方式o 分布式仲裁分布式仲裁有专门的仲裁电路有专门的仲裁电路无专门的仲裁电路无专门的仲裁电路(1) (

9、1) 集中式仲裁方式一集中式仲裁方式一 ：链式查询链式查询总总线线仲仲裁裁器器设备设备0 0BBBBBRBR设备设备1 1设备设备n nBABA数据线数据线地址线地址线BRBR总线请求总线请求BBBB 总线忙总线忙BABA总线应答总线应答o 优点：只需很少几根线（优点：只需很少几根线（2根）就能按一根）就能按一定优先次序实现总线控制，易扩充设备。定优先次序实现总线控制，易扩充设备。o 缺点：对电路故障很缺点：对电路故障很敏感敏感，优先级别低的，优先级别低的设备很难获得请求。设备很难获得请求。 0 0BBBB总线忙总线忙BRBR总线请求总线请求总总线线仲仲裁裁器器数据线数据线地址线地址线设备设备

10、0 0BBBBBRBR设备设备1 1设备设备n n设备地址设备地址(2) (2) 集中式仲裁方式二集中式仲裁方式二 ：计数器定时查询计数器定时查询 计数器计数器 1 10 0 1 1o 优点：可以改变计数器的初始值，并改变优点：可以改变计数器的初始值，并改变优先次序，电路故障优先次序，电路故障敏感度敏感度降低。降低。o 缺点：增加了控制线（设备地址）数，控缺点：增加了控制线（设备地址）数，控制较复杂。制较复杂。o 一般需要一般需要log2n根线。根线。排队器排队器排队器排队器(3) (3) 集中式仲裁方式三集中式仲裁方式三 ：独立请求独立请求总总线线仲仲裁裁器器数据线数据线地址线地址线设备设备

11、0 0设备设备1 1设备设备n nBRBR0 0 BA BA0 0BRBR1 1BABA1 1BRBRn nBABAn nBABA总线应答总线应答BRBR总线请求总线请求o 优点：响应速度快，优先次序控制灵活。优点：响应速度快，优先次序控制灵活。o 缺点：控制线数量多，总线控制复杂。缺点：控制线数量多，总线控制复杂。o 一般需要一般需要2n根线。根线。7.3. 7.3. 总线定时方法总线定时方法o 同步定时同步定时同步总线同步总线n 总线上所有事件的发生，都要由总线上所有事件的发生，都要由统一的时钟统一的时钟脉冲序列脉冲序列来定时。来定时。o 异步定时异步定时异步总线异步总线n 采用采用应答方式应答方式解决时间配合关系。解决时间配合关系。o 总线周期总线周期：完成一次总线操作所需的时间。如：完成一次总线操作所需的时间。如存储器读存储器读/ /写周期、写周期、I/OI/O读读/ /写周期等。写周期等。 读读命令命令(1) (1) 同步定时方式下的同步定时方式下的读总线周期读总线周期T T1 1总线传输周期总线传输周期T T2 2T