接口技术课件：第三章 总线

1、第三章 总 线2011/10 东北大学 计算机系统研究所第三章 总 线3.1 总线的基本概念3.2 IBM PC 总线3.3 ISA 总线习 题3.4 PCI 总线3.5 PCI Express总线总线的优点：模块化结构设计方法，简化系统设计；各厂商的产品互相兼容；便于系统扩充和升级；便于故障诊断和维修。3.1 总线的基本概念总线的分类：片内总线，元件级总线(内总线），插件板级总线（系统总线），设备级总线（外总线）。 内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机

2、作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。 3.1 总线的基本概念*前端总线（FSB）：是将CPU连接到北桥芯片的总线。通常指外频(以前指系统总线的频率），如266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz几种，代表着CPU与内存之间的数据传输量（*数据位/8）。 *FSB=外频*4（Intel）/外频*2（AMD） 3.1 总线的基本概念总线的组成：数据总线DB，地址总线AB，控制总线CB。（电源线和地线）。总线的规范：机械规范，功能规范，电气规范。3.1 总线的基本概念总线的性能指标：总线的定时协议 同步

3、，异步，半同步总线频宽 总线本身所能达到的最高数据 传输速率。总线传输率 系统在一定方式下总线所能达到的数据传输速率。3.1 总线的基本概念单位时间（如1秒）内所产生的脉冲个数称为频率（单位是Hz）。CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率，时钟周期的倒数。？指令周期：取指周期和执行周期。第三章 总 线3.3 ISA 总线习 题3.4 PCI 总线3.5 PCI Express总线3.2 IBM PC 总线3.1 总线的基本概念IBM PC 总线82848088808782828286828882598237A1916AD70A190D70PC BUSIRQ70DRQ30DACK30IOR/I

4、OWMEMR/MEMWCLKAEN I/O CHCK I/OCHRDY 为什么有多个地线和电源线？3.2 IBM PC 总线第三章 总 线3.2 IBM PC 总线习 题3.4 PCI 总线3.5 PCI Express总线3.1 总线的基本概念3.3 ISA总线IBM PC 总线8228480286802878259x28237x2A230AD160A230D160ISA BUSIRQ150DRQ73,1,0DACK73,1,0IOR/IOWMEMR/MEMWCLKAEN I/O CHCK I/OCHRDY 如何保持兼容？3.3 ISA 总线锁存器收发器总线控制器SBHE PC总线：8位DB

5、，20位AB，62Pin，适用于8086/8088。ISA总线：16位DB，24位AB，98Pin，适用于80286，在80386及以后的CPU的主板上应用了很长时间，目前正逐渐被淘汰。向下兼容，即PC总线上的设备也可以用在ISA总线上。A1A31B1B31C1D1C18D18PC 总线ISA 总线接口插板布线图C、DA、B3.3 ISA 总线EISA总线：32位DB，32位AB，188Pin，适用于 8086/80486，同样也向下兼容，即原AT机上的各种插板也可以插在EISA总线上。A1A31B1B31C1D1C18D18EFHGA、BE、FG、HC、D接口插板布线图* EISA 总线第三

6、章 总 线3.2 IBM PC 总线习 题3.3 ISA 总线3.5 PCI Express总线3.1 总线的基本概念3.4 PCI总线局部总线：速度更快，介于CPU和ISA之间。适用于80486以上的CPU的主板。如VL总线，PCI总线。与其它总线不兼容。CPUMEMISA总线控制器硬盘适配器CRT适配器ISA总线局部总线控制器ISA总线控制器CPUMEM网络适配器CRT适配器FAX适配器打印机适配器ISA总线PCI总线3.4 PCI 总线PCI总线的特点支持一种线性突发数据传输模式，即由一个地址顺序读写大量数据。总线主控，任何一个有处理能力的外设都可暂时接管总线。同步操作功能，确保CPU与

7、总线同步操作。PCI芯片将大量系统功能高度集成，而且AB和DB多路复用。PCI总线与CPU时钟频率无关，以其独特的中间缓冲器，独立于CPU ，不必担心外设在不同时钟频率下引起性能冲突。自动设置参数（I/O端口，中断号等），即PnP。3.4 PCI 总线PCI总线的系统结构Processor桥/RAM控制器DRAMCache扩展总线桥 网卡显卡. 声卡IDE卡. 3.4 PCI 总线PCI总线的接口信号在PCI应用系统中，有主设备和从设备，主设备需要49根信号线，从设备至少需要47根系统接口信号:CLK、RST。地址数据接口信号：AD031/3263、C/BE03/47、PAR。接口控制信号：F

8、RAME、IRDY、TRDY、STOP、LOCK、IDSEL、DEVSREL 总裁信号：REQ、GNT。 错误报告信号：PERR、SERR、中断接口信号：INTA、INTB、INTC、INTD其它接口信号：SBO、SDONE3.4 PCI 总线PCI总线的配置空间3.4 PCI 总线PCI总线的配置空间00H01H:厂商标识，R/W，从扩展ROM装入。02H03H：设备标识，R，从扩展ROM装入。04H05H：PCI命令，W/R，未用。06H07H：PCI状态，R，未用。08H：版本标识，R，从扩展ROM装入。09H0BH：设备类别码，R，从扩展ROM装入。0CH：高速缓存行大小，R，未用。3

9、.4 PCI 总线0DH：延时定时器，W/R，从扩展ROM装入。0EH：首区类型，R，从扩展ROM装入。0FH：内建自测区，R，从扩展ROM装入。PCI总线的配置空间10H27H:基地址寄存器，高位R/W，低位R，从扩展ROM装入。28H2FH：保留。30H：扩展ROM基地址，从扩展ROM装入。34H3BH：保留。3CH：中断线寄存器，R/W，从扩展ROM装入。3.4 PCI 总线3DH：中断引脚寄存器，R，从扩展ROM装入。3EH：最小允许，R，从扩展ROM装入。3FH：最大延时，R，从扩展ROM装入。40HFFH ：保留。图3-19 PCI接口基本结构 3.4 PCI 总线第三章 总 线3

10、.2 IBM PC 总线3.4 PCI总线3.3 ISA 总线习题3.1 总线的基本概念3.5 PCI Express总线PCI Express链路3.5 PCI -Express总线PCI Express 链路：2个低电压差分信号对组成，分别完成发送和接收。数据时钟信号采用8b/10b编码。PCI Express拓扑结构3.5 PCI -Express总线根组件：用于处理器、内存和I/O设备之间的连接。交换器：取代桥接器，为I/O总线提供转发。终端设备：总线事务的发送者、执行者或完成者，分为传统终端设备和PCI Express设备。PCI Express交换器3.5 PCI -Express

11、总线 多个虚拟PCI-PCI桥设备的逻辑组合，使用PCI桥机制传递事务，只能在2个下游端口之间进行点对点的传输。PCI Express体系结构3.5 PCI -Express总线物理层、数据链路层、事务层。PCI Express体系结构3.5 PCI -Express总线物理层:决定总线的物理特性，如点对点串行连接、差分信号驱动、热插拔、可配置带宽。包括所有的接口电路，如驱动器/缓冲器、串/并转换、锁相和阻抗匹配等。数据链路层：确保数据包可靠正确的传输事务层：对事务层数据包的封装和解封。第三章 总 线3.2 IBM PC 总线3.4 PCI总线3.3 ISA 总线3.5 PCI Express

12、总线3.1 总线的基本概念习 题解释下列名词：ISA EISA PCI AGP PCMCIA 。总线分为那些类？总线的参数有哪些？什么是总线的频宽？什么是总线的传输率？ISA总线如何与PC总线保持兼容？ISA总线如何与PC总线保持兼容？ISA总线的I/O及MEM的可寻址范围？ 利用ISA总线制作一块I/O扩展卡，其I/O地址范围如何 选择？设定4个I/O端口地址，并设计译码电路？习 题PCI总线的特点？PCI总线的命令有哪些？PCI总线中有哪几种地址空间？配置寄存器的头空间由哪些部分组成？何为信号的多路复用？采用多路复用方法的优缺点？习 题AGP-加速图形端口主要目的是配合DIB双重独立总线技

13、术和MMX多媒体技术，提高图形尤其是3D图形的显示能力。图（A）表示用软件对MPEG2影像数据解压，然后通过PCI总线将数据传送到显卡。图2（B）表示将数据通过AGP传送到显卡。CPU芯片组内存显卡IDE CPU芯片组内存显卡IDE（A）（B）PCIPCIAGP* AGP 总线AGP-加速图形端口* AGP 总线AGP（Accelerated Graphics Port）加速图形端口是在PCI图形接口的基础上发展而来的。随着3 D游戏做得越来越复杂，使用了大量的3 D特效和纹理，使原来传输速率为133MB/S的PCI总线越来越不堪重负，因此高带宽的AGP才得以浮出水面。这是一种与PCI总线迥然

14、不同的图形接口，它完全独立于PCI总线之外，直接把显卡与主板控制芯片联在一起，使得3D图形数据省略了越过PCI总线的过程，从而很好地解决了低带宽PCI接口造成的系统瓶颈问题。可以说，AGP代替PCI成为新的图形端口是技术发展的必然。AGP-加速图形端口* AGP 总线AGP 8X作为新一代AGP并行接口总线，在数据传输频宽上和它的先辈AGP 4X一样都是32bit，但总线速度将达到史无前例的66MHz8=533MHz，在数据传输带宽上也会达到2.1GB/s的高度，这些都是原来的AGP并行接口无法企及的。它的推出正好适应了现今CPU和GPU（图形工作站）的飞速发展。随着CPU主频的逐步提升以及G

15、PU的性能的日新月异，系统单位时间内所要处理的3D图形和纹理越来越多，大量的数据要在极短的时间内频繁地在CPU和GPU之间反复交换，这使原来运行频率为66MHz的AGP接口已越来越跟不上它们交换的速度，系统的性能因此而大受影响，正像当年AGP取代PCI总线一样，AGP 8X终于走上了时代的舞台。AGP-加速图形端口* AGP 总线 最初的显示设备是采用PCI总线，工作频率为33MHz，数据模式为32bit，传输带宽为133MB/s。随着AGP 1.0规范的推出，AGP 1x和2x显示设备成为主流。1X模式的工作频率达到PCI总线的两倍66MHz，传输带宽理论上可达到266MB/s。2X工作频率同样为66MHz，但是它使用正负沿（一个时钟周期的上升沿和下降沿）触发方式，在一个时钟周期的上下沿各传送一次数据，使传输带宽增加1倍，而这种触发信号的工作频率为133MHz，这样AGP 2X的传输带宽为266MB/s2（触发次数）532MB/s的高度。4X仍使用这种信号触发方式，只是利用两个触发信号在每个时钟周期分别引起两次触发，从而在一个时钟周期触发4次，这样在理论上就可以达到266MB/s2（单信号触发次数）2（信号个数）1064MB/s。AGP-加速图形端口* AGP 总线 在AGP 8X规范中，这种触发模式