计算机组成原理ch6总线系统课件

1、计算机组成原理ch6总线系统课件计算机组成原理ch6总线系统课件2022/9/1626.1 基本概念总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。 总线的分类内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线。I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线。 牛牛文库文档分享2022/9/1046.1 基本概念总线是构成计算机系统的2022/9/163一、总线的特性物理特性功能特性电气特性时间特性 牛牛文库文档分享2022/9/105一、总线的特性物理特性www.niuwk202

2、2/9/164物理特性总线的物理特性指总线的物理连接方式。连线的类型电缆式主板式背板式(backplane)连线的数量串行(serial)并行(parallel)接插件的形状和尺寸引脚线的排列方式 牛牛文库文档分享2022/9/106物理特性总线的物理特性指总线的物理连接方2022/9/165功能特性功能特性:描述总线中每一根线的功能。 功能层次芯片级、板级、系统级资源类型处理器总线(系统总线)面向单处理器的和面向多处理器的输入输出总线 牛牛文库文档分享2022/9/107功能特性功能特性:描述总线中每一根线的功2022/9/166电气特性 电气特性定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。

3、数据传输方向单工双工半双工/全双工定时特征同步/异步电平特征单端方式差分方式 牛牛文库文档分享2022/9/108电气特性 电气特性定2022/9/167单端方式与差分方式 牛牛文库文档分享2022/9/109单端方式与差分方式www.niuwk.c2022/9/168背板 牛牛文库文档分享2022/9/1010背板 牛牛文2022/9/169背板总线与机箱 牛牛文库文档分享2022/9/1011背板总线与机箱www.niuwk.co2022/9/1610时间特性定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。 牛牛文库文档分享2022/9/1012时间

4、特性定义了每根线在什么时间有效。规2022/9/1611总线带宽总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总线性能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。 牛牛文库文档分享2022/9/1013总线带宽总线带宽：总线本身所能达到的最2022/9/1612总线带宽【例1】(1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，则总线带宽是多少? (2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率升为66MHz，则总线带宽是多少? 解： （1）Dr=D/T = D*f = 4 B * 33x106/s = 132MB/s(2)

5、 Dr=D*f = 8B * 66x106/s = 528MB/s 牛牛文库文档分享2022/9/1014总线带宽【例1】(1)某总线在一个总线2022/9/1613二、信息传输方式串行传输波特率(Baud)比特率(bit/s)并行传输分时传输总线复用(Multiplexing)共享总线的部件分时使用总线消息传输如RamLink, PCI, SCSI 牛牛文库文档分享2022/9/1015二、信息传输方式串行传输www.niu2022/9/1614串行传输方式采用脉冲传送 串行传送的主要优点是只需要一条传输线，这一点对长距离传输显得特别重要，不管传送的数据量有多少，只需要一条传输线，成本比较低

6、廉。 牛牛文库文档分享2022/9/1016串行传输方式采用脉冲传送 www.ni2022/9/1615并行传输方式一般采用电位传送由于所有的位同时被传送，所以并行数据传送比串行数据传送快得多。 牛牛文库文档分享2022/9/1017并行传输方式一般采用电位传送www.n2022/9/1616分时传输方式总线复用方式 某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息。为此必须划分时间片，以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务。共享总线的部件分时使用总线 牛牛文库文档分享2022/9/1018分时传输方式总线复用方式www.niu2022/9/1617三、同步(定时)方式1. 同步定时固定

7、的定时串行同步：信号编码并行同步：专用时钟信号线优点 时序关系简单，实现简单。具有较高的传输频率。 缺点 在设备速度不一致时按最坏情况确定，总线长度不能太长(时钟相移) 牛牛文库文档分享2022/9/1019三、同步(定时)方式1. 同步定时ww2022/9/16182. 异步定时在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，即建立在应答式或互锁机制基础上。优点 不需要统一的公共时钟信号；总线周期长度可变；允许快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上。缺点 控制复杂、高成本。 牛牛文库文档分享2022/9/10202. 异步定时在异步定时协议中，后一事2022/9/1619

8、同步实例：EIDE硬盘接口 牛牛文库文档分享2022/9/1021同步实例：EIDE硬盘接口www.ni2022/9/1620例 对于具有图示的操作时序的总线，试计算总线的数据传输速率，假设总线上传输的每个字为32位，总线时钟频率为50MHz。解：从图中可见，该总线在5个时钟周期内传输了一个数据字。总线的数据传输带宽为:1/5=0.2 (字/时钟周期)即0.2501064=40106 (字节/秒) 牛牛文库文档分享2022/9/1022例 对于具有图示的操作时序的总线，试计2022/9/16216.2 总线控制主模块与从模块总线事务请求仲裁(Arbitration)地址数据释放 牛牛文库文档分

9、享2022/9/10236.2 总线控制主模块与从模块www2022/9/1622一、总线请求和仲裁1. 集中式仲裁 链式查询(Daisy chain) 牛牛文库文档分享2022/9/1024一、总线请求和仲裁1. 集中式仲裁 w2022/9/1623一、总线请求和裁决1. 集中式仲裁 计数器定时(counter pulling) 牛牛文库文档分享2022/9/1025一、总线请求和裁决1. 集中式仲裁ww2022/9/1624一、总线请求和裁决1. 集中式仲裁 独立请求(independent request) 牛牛文库文档分享2022/9/1026一、总线请求和裁决1. 集中式仲裁ww20

10、22/9/1625一、总线请求和裁决2. 分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把唯一的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得到的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，并撤销它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。 牛牛文库文档分享2022/9/1027一、总线请求和裁决2. 分布式仲裁不需2022/9/1626二、控制算法仲裁算法：1. 静态优先级：如从0计数2. 平等算法：如连续计数3. 动态优先级：如LRU（最近最少使用法）4. 先来先服务：FIFO释放算法：1. 用完时释放

11、2. 申请时释放3. 抢占时释放 牛牛文库文档分享2022/9/1028二、控制算法仲裁算法：www.niuw2022/9/16276.3 总线接口为什么要用总线接口？总线接口的基本功能:(1) 控制 (2) 缓冲 (3) 状态(4) 数据转换。如并串转换或串并转换。(5) 整理。如在数据传输过程中更新字计数器。(6) 程序中断。 牛牛文库文档分享2022/9/10296.3 总线接口为什么要用总线接口？2022/9/1628一、串行总线接口通用异步接收器/发送器(UART)： 牛牛文库文档分享2022/9/1030一、串行总线接口通用异步接收器/发送器2022/9/1629接口结构 牛牛文库

12、文档分享2022/9/1031接口结构 牛2022/9/1630出错标志1. 奇偶错误(parity error)2. 帧错误(framing error)3. 溢出(丢失)错误(overrun error)串行接口实例：EIA-232 牛牛文库文档分享2022/9/1032出错标志1. 奇偶错误(parity2022/9/1631二、并行总线接口功能部件系统时钟驱动器电压控制模块总线主设备总线从设备总线请求部件总线仲裁器中断请求部件中断处理部件 牛牛文库文档分享2022/9/1033二、并行总线接口功能部件www.niu2022/9/1632提高总线信号速度的主要措施增加总线宽度增加传输的数

13、据长度缩短总线长度降低信号电平采用差分信号采用多条总线 牛牛文库文档分享2022/9/1034提高总线信号速度的主要措施增加总线宽度2022/9/16336.4 总线标准PCI总线(Peripheral Component Interface bus)1. 主要特点采用猝发传输方式速度较高64位可扩展同步时序，集中式仲裁方式，支持隐含式仲裁可靠性高（地址、命令和数据校验）三个地址空间（内存、I/O和配置）自动配置 牛牛文库文档分享2022/9/10356.4 总线标准PCI总线(P2022/9/16342. 信号定义AD31:0地址/数据C/BE3:0命令/字节许可PAR校验FRAME#成帧T

14、RDY#目标就绪IRDY#始发就绪STOP#目标设备请求停止DEVSEL#设备选择IDSEL始发设备选择REQ#总线请求GNT#总线许可CLK系统时钟(033MHz)RST#系统复位D63:32数据BE#7:4字节允许PAR64高字校验REQ64#请求64位传输ACK64#确认64位传输LOCK#资源封锁（设备独占）PERR#校验错SERR#系统错SBO#侦测退出(snoop back off)，命中了一个修改过的块SDONE侦测完成，探测结果为“干净”TDI测试输入TDO测试输出TCK测试时钟TMS测试模式选择TRST#测试复位INTA#中断请求 牛牛文库文档分享2022/9/10362. 信号定义AD31:0地址2022/9/16353. 命令定义 牛牛文库文档分享2022/9/10373. 命令定义www.niuwk.co2022/9/16364. 传输操作时序 牛牛文库文档分享2022/9/10384. 传输操作时序www.niuwk.2022/9/16375. PCI构成的系统实例 牛牛文库文档分享2022/9/10395. PCI构成的系统实例www.ni2022/9/16386. PCI的发展1.增强速率PCI规范2.1版定义了66MHz速度下的操作。在