chp61_总线1资料.ppt

* * * 第六章 总线系统 返回 * 本章内容 本章首先讲述总线系统的一些基本概念和基本技术，在此基础上，具体介绍当前实用的PCI总线和正在流行的InfiniBand标准。 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 * 6.1总线的概念和结构形态 总线的基本概念 总线的连接方式 总线的内部结构 总线结构实例 * 6.1.1总线的基本概念 数字计算机是由若干系统功能部件构成的，这些系统功能部件在一起工作才能形成一个完整的计算机系统。 总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。 * 6.1.1总线的基本概念 总线的特性可分为：物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。 物理特性：总线的物理连接方式（根数、插头、插座形状，引脚排列方式） 功能特性：每根线的功能（数据线、地址线、控制线） 电气特性：每根线上信号的传递方向及有效电平范围。 时间特性：规定了每根总线在什么时间有效。 * 6.1.1总线的基本概念 总线可分为以下几类： 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。 系统总线：外部总线。CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线。 I/O总线：中低速I/O设备相互连接的总线。 * 6.1.1总线的基本概念 为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用，需要进行系统总线的标准化工作。目前，已出现了很多总线标准，如PCI、ISA等。 采用标准总线的优点 简化系统设计 简化系统结构，提高系统可靠性 便于系统的扩充和更新 * 6.1.1总线的基本概念 总线带宽:总线本身所能达到的最高传输速率(MB/S) 单位时间内传输的数据位数 如S100为8位；ISA为16位、带宽8MB/S；EISA为32位、带宽33.3MB/S； VESA为32位、带宽132MB/S； PCI-2可达64位，带宽266MB/S 。 2004年，PCI-Express(intel)、HyperTransport(AMD)带宽可达8GB/S（1GHz）。 * 【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，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，总线带宽是多少? 解：（1）设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得 Dr =D/T = D×（1/T） =D×f = 4B×33×106/s=132MB/s （2）64位 = 8B Dr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s * 6.1.2总线的连接方式 单机系统中总线结构的两种基本类型：单总线结构与多总线结构 单总线：使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备。 * 6.1.2总线的连接方式 单总线结构特点： 被限定在一个被所有设备所能承受的通用时钟频率（Clock Frequency）上面，系统的整体性能不高。 在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时，能迅速获得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。否则，由于一条总线由多种功能部件共用，可能导致很大的时间延迟。 * 6.1.2总线的连接方式 多总线：在CPU、主存、I/O之间互联采用多条总线。如图所示。 * 6.1.2总线的连接方式 总线的第一次切分，南桥的出现： 1987年，康柏(Compaq)将系统总线与I/O总线切分开来，使2个总线工作在不同的时钟频率上 * 6.1.2总线的连接方式 北桥的出现： 80486后，CPU倍频的出现，CPU的工作速度高于内存 * 6.1.2总线的连接方式 高速的CPU总线：CPU和cache之间采用 系统总线：主存连在其上。 高速总线上可以连接高速LAN（100Mb/s局域网）、视频接口、图形接口、SCSI接口（支持本地磁盘驱动器和其他外设）、Firewire接口（支持大容量I/O设备）。高速总线通过扩充总线接口与扩充总线相连，扩充总线上可以连接串行方式工作的I/O设备。 通过桥CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连。桥实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。 多总线结构体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变化不