计算机组成原理(第六章2).ppt

计算机组成原理 第六章 总线系统 课程教学要求 本章内容： 6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口 6.3 总线的仲裁 6.4 总线的定时和数据传送模式 6.5 HOST总线和PCI总线 6.6 InfiniBand 标准 本章小结 6.1? 总线的概念和结构形态 讨论问题： 1? 总线的基本概念 2? 总线的连接方式 3? 总线结构对计算机系统性能的影响 4? 总线的内部结构 5? 总线结构实例 6.1.1 总线的基本概念 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或信息传送的公共通路。 一个单处理器系统中的总线，大致分为三类： (1)内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件 之间的总线。 (2) 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。 (3) I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总 线。 1.总线的特性(教材P183-184) 物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等。 功能特性：描述总线中每一根线的功能。 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。送入CPU的信号叫输入信号(IN)，从CPU发出的信号叫输出信号(OUT)。 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。 2.总线的标准化 采用同一类的指令系统，具备同一种功能，不同厂家生产的各功能部件却在实现方法上几乎没有相同的，然而, 各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因: 在于它们都遵守了相同的系统总线的要求，这就是系统总线的标准化问题。 　 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/秒(MB/s) 【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f=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 f= 66MHz，则总线带宽是多少? 6.1.2 总线的连接方式 1.单总线结构 　　在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总线结构。CAI演示。 总线上进行的操作：　　 (1)取指令：当CPU取一条指令时，首先把程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总线上，通过总线，完成“取指令”操作。 　　(2) 传送数据：取出指令之后，CPU将按操作码的要求对数据进行传送和处理，也需要通过总线，完成数据的传送。 　　 2.多总线结构 　　在CPU、主存、I/O之间互联采用多条总线。如图所示。 6.1.3 总线的内部结构 早期总线的内部结构如图所示，CAI演示。 　　这种简单的总线一般由50~100条线组成，这些线 按其功能可分为三类：地址线、数据线和控制线。 (见后图) 当代流行的总线内部结构如图。CAI演示 它是一些标准总线，其追求的是与结构、CPU、 技术无关的开发标准，并满足包括多个CPU在内的主 控者环境需求。 　 在当代总线结构中，CPU和它片内的Cache一起作为一个模块与总线相连。系统中允许有多个这样的处理器模块。而由总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。 6.1.5 总线结构实例 (专科略） 大多数计算机采用了分层次的多总线结构。在这种结构中，按照设备模块传送信息的速度，分成不同层次的总线。 例如，pentium计算机主板的总线结构框图，其按速度分成：CPU总线、PCI总线、 ISA总线等。 （见后图）。 CPU总线：（略） 也称CPU—存储器总线，它是一个64位数据线和32位地址线的高速同步总线。 主存扩充容量是以内存条形式插入主板有关插座来实现的。 CPU总线还接有L2级cache，主存控制器和cache控制器芯片用来管理CPU对主存和cache的存取操作。 CPU是这条总线的主控者，但必要时可放弃总线控制权。 PCI总线： 用于连接高速的I/O设备模块。通过“桥”芯片，上 面与更高速的CPU总线相连，下面与低速的ISA总线相接。PCI总线是一个32(或64位)的较高速同步总线，数据/地址线是同一组线，分时复用。 PCI总线采用集中式仲裁方式，有专用的PCI总线仲裁器。主板上一般有3个P