计算机组成原理总线系统课件.ppt

第六章 总线系统,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、定时和数据传送模式 6.4 PCI总线6.5 ISA总线和Futurebus总线,1,t课件,6.1 总线的概念和结构形态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。,2,t课件,1. 总线的特性物理特性：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。,3,t课件,2. 总线的标准化 相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的，但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，它是衡量总线性能的重要指标，单位兆字节每秒(MB/s)。,4,t课件,【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) 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 = D1/T = Df = 4B331000000/s=132MB/s(2) 64位=8B， Dr= Df = 8B661000000/s=528MB/s,5,t课件,6.1.2 总线的连接方式,大多数总线都是以相同方式构成的，其不同之处仅在于总线中数据线和地址线的数目，以及控制线的多少及其功能。然而，总线的排列布置与其它各类部件的连接方式对计算机系统的性能来说，将起着十分重要的作用。根据连接方式不同，单机系统中采用的总线结构有三种基本类型： 1. 单总线结构 2. 双总线结构 3. 三总线结构,6,t课件,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。如下图所示。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。,7,t课件,8,t课件,2. 双总线结构,双总线结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线与存储器交换信息，并减轻了系统总线的负担，同时主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。当然这种双总线系统以增加硬件为代价。其结构如下图所示。,9,t课件,10,t课件,3. 三总线结构,它是在双总线系统的基础上增加I/O总线形成的。如下图所示。在DMA方式中，外设与存储器间直接交换数据而不经过CPU，从而减轻了CPU对数据输入输出的控制，而“通道”方式进一步提高了CPU的效率。通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，又称为IOP (I/O处理器)，它分担了一部分CPU的功能，以实现对外设的统一管理及外设与主存之间的数据传送。显然由于增加了IOP，使整个系统的效率大大提高。然而这是以增加更多的硬件代价换来的。,11,t课件,12,t课件,6.1.3 总线结构对计算机系统性能的影响,在一个计算机系统中，采用哪种总线结构，往往对计算机系统的性能有很大影响。下面从三个方面来讨论这种影响。1.指令系统 在双总线系统中，CPU对存储总线和系统总线必须有不同的指令系统；在单总线系统中，访问主存和I/O传送可使用不同的操作码或相同的操作码。当使用相同的指令时，应使用不同的地址区分是访问主存还是外设。,13,t课件,2.最大存储容量 在单总线系统中，若采用相同的操作码访问主存和外设，则主存的最大容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总数。 在双总线系统中，对主存和外设进行存取的判断是利用各自的指令操作码。由于主存地址和外设地址出现于不同的总线上，所以存储容量不会受到外围设备多少的影响。3. 吞吐量计算机系统的吞吐量是指流入、处理和流出系统的信息的速率。它取决于信息能够多快地输入内存，CPU能够多快地取指令，数据能够多快地从内存取出或存入，以及所得结果能够多快地从内存送给一台外围设备。,14,t课件,6.1.4 总线的内部结构,1. 早期总线: 早期总线的内部结构如下图所示。它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。这种简单的总线一般由50100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。 简单总线结构的不足之处在于：（1）CPU是总线上的唯一主控者。（2）总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总 线结构紧密与CPU相关，通用性较差。,15,t课件,16,t课件,2. 当代总线: 下图所示为当代流行的总线内部结构。它是一些标准总线，追求与结构、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和它私有的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。而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。,17,t课件,18,t课件,整个总线分成如下四部分： (1) 数据传送总线：由地址线、数据线、控制 线组成。 (2) 仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。(3) 中断和同步总线：用于处理带优先级的中 断操作，包括中断请求 线和中断认可线。(4) 公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、 系统复位线以及加电或断电的时 序信号线等。,19,t课件,6.1.5 总线结构实例,大多数计算机采用了分层次的多总线结构。在这种结构中，速度差异较大的设备模块使用不同速度的总线，而速度相近的设备模块使用同一类总线。显然，这种结构的优点不仅解决了总线负载过重的问题，而且使总线设计简单，并能充分发挥每类总线的效能。 下图是 Pentium 计算机主板的总线结构框图。可以看出，它是一个三层次的多总线结构，即有CPU总线、PCI总线和ISA总线。,20,t课件,21,t课件,CPU总线： 也称CPU存储器总线，它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。总线时钟频率为 66.6MHz (或60MHz)，CPU内部时钟是此时钟频率的倍频。此总线可连接4128MB的主存。主存扩充容量是以内存条形式插入主板相关插座来实现的。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。,22,t课件,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) 的同步总线，32位(或64位)数据/地址线是同一组线，采用分时复用。总线时钟频率为33.3MHz，总线带宽是132MB/s。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PCI总线扩充槽。,23,t课件,ISA总线： pentium机使用该总线与低速I/O设备连接。早期主板上一般留有34个ISA总线扩充槽，以便使用各种16位/8位适配器卡。该总线支持7个DMA通道和15级可屏蔽硬件中断。另外ISA总线控制逻辑还通过主板上的片级总线与实时钟/日历、ROM、键盘和鼠标控制器(8042微处理器)等芯片相连接。 CPU总线、PCI总线、ISA总线通过两个“桥”芯片连成整体（北桥芯片和南桥芯片）。桥芯片在此起到了 信号速度缓冲、电平转换、控制协议的转换和地址映射的作用。通过桥将两类不同的总线“粘合”在一起的技术特别适合于系统的升级换代。pentium个人机总线系统中有一个核心逻辑芯片组，简称PCI芯片组，它包括主存控制器和cache控制器芯片、。,24,t课件,6.2 总线接口6.2.1 信息的传送方式,数字计算机使用二进制数，它们或用电位的高、低来表示，或用脉冲的有、无来表示。计算机系统中，传输信息采用三种方式： 串行传送、并行传送和分时传送。但是出于速度和效率上的考虑，系统总线上传送的信息必须采用并行传送方式。,25,t课件,1. 串行传送,当信息以串行方式传送时，只有一条传输线，且采用脉冲传送。在串行传送时，按顺序来传送表示一个数码的所有二进制位(bit)的脉冲信号，每次一位，通常以第一个脉冲信号表示数码的最低有效位，最后一个脉冲信号表示数码的最高有效位。在串行传送时，被传送的数据需要在发送部件进行并串变换，这称为拆卸；而在接收部件又需要进行串并变换，这称为装配。串行传送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重要，成本比较低廉。,26,t课件,2. 并行传送, 用并行方式传送二进制信息时，对每个数据位都需要单独一条传输线。信息有多少二进制位组成，就需要多少条传输线，从而使得二进制数“0”或“1”在不同的线上同时进行传送。 并行传送一般采用电位传送。由于所有的位同时被传送，所以在相同时钟速度下，并行数据传送比串行数据传送快得多。 串、并行传送的示意图。,27,t课件,28,t课件,3. 分时传送, 分时传送有两种概念。一是采用总线复用方式，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。分时传送的另一种概念是共享总线的部件分时使用总线。,29,t课件,6.2.2 接口的基本概念,接口即I/O设备适配器，具体指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态连接的两个部件之间起着“转换器”的作用，以便实现彼此之间的信息传送。CPU、接口和外设之间的连接关系如下图所示。 为了使所有的外围设备能够兼容，并能在一起正确地工作，CPU规定了不同的信息传送控制方法。 一个标准接口可能连接一个设备，也可能连接多个设备。典型的接口通常具有如下功能：,30,t课件,31,t课件,1.控制：接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等。 2.缓冲：接口在外围设备和计算机系统其他部件之间用作为一个缓冲器，以补偿各种设备在速度上的差异。 3.状态：接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息。状态信息包括数据“准备就绪”、“忙”、“错误”等等，供CPU询问外围设备时进行分析之用。4.转换：接口可以完成任何要求的数据转换，例如并串转换或串并转换，因此数据能在外围设备和CPU之间正确地进行传送。,32,t课件,5.整理：接口可以完成一些特别的功能，例如在需要时可以修改字计数器或当前内存地址寄存器。6.程序中断：每当外围设备向CPU请求某种动作时，接口即发生一个中断请求信号到CPU。 事实上，一个适配器必有两个接口：一是和系统总线的接口，CPU和适配器的数据交换一定的是并行方式；二是和外设的接口，适配器和外设的数据交换可能是并行方式，也可能是串行方式。根据外围设备供求串行数据或并行数据的方式不同，适配器分为串行数据接口和并行数据接口两大类。,33,t课件,【例2】 利用串行方式传送字符，每秒钟传送的比特(bit)位数常称为波特率。假设数据传送速率是120个字符/秒，每一个字符格式规定包含10个bit(起始位、停止位、8个数据位)，问传送的波特率是多少?每个bit占用的时间是多少?【解】：波特率为：10位120/秒=1200波特 每个bit占用的时间Td是波特率的倒数：Td=1/1200=0.8330.001s=0.833ms,34,t课件,6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式 6.3.1 总线的仲裁,连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态。主方可以启动一个总线周期，而从方只能响应主方的请求。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。 对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用优先级或公平策略进行仲裁。 按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类。,35,t课件,1. 集中式仲裁, 集中式仲裁中每个功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条是送往仲裁器的总线请求信号线BR，一条是仲裁器送出的总线授权信号线BG。集中式仲裁采用的三种查询方式： (1) 链式查询方式 (2) 计数器定时查询方式 (3) 独立请求方式,36,t课件,(1) 链式查询方式,37,t课件,(1) 链式查询方式链式查询方式的主要特点：总线授权信号BG串行地从一个I/O接口传送到下一个I/O接口。显然离中央仲裁器最近的设备具有最高优先级。链式查询是通过接口的优先级排队电路来实现。优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁，很容易扩充设备。缺点：对询问链的电路故障很敏感，如果第i个设备的接口中有关链的电路有故障，那么第i个以后的设备都不能进行工作。查询链的优先级是固定的，如果优先级高的设备出现频繁的请求时，优先级较低的设备可能长期不能使用总线。,38,t课件,(2) 计数器定时查询方式,39,t课件,(2) 计数器定时查询方式总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备 置BS=1 ，获得了总线使用权，此时中止计数查询。 每次计数可以从“0”开始，也可以从中止点开始。如果从“0”开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等。计数器初值也可用程序来设置，这可以方便地改变优先次序，但这种灵活性是以增加线数为代价的。,40,t课件,(3) 独立请求方式,41,t课件,(3) 独立请求方式每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。中央仲裁器中的排队电路决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号BGi。优点：响应时间快，确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。其次，对优先次序的控制相当灵活，可以预先固定也可以通过程序来改变优先次序；还可以用屏蔽(禁止)某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。,42,t课件,2. 分布式仲裁, 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，把它们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，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。,43,t课件,6.3.2 总线的定时,总线的一次信息传送过程，大致可分为如下五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址(目的地址)，信息传送，状态返回(或错误报告)。 为了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议。定时：事件出现在总线上的时序关系。数据传送过程中采用的两种定时方式： 1. 同步定时 2. 异步定时,44,t课件,1. 同步定时在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定。由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定，因此同步定时具有较高的传输频率。 同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况。 下图所示为读数据的同步时序。,45,t课件,46,t课件,2. 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。在这种系统中，不需要统一的公共时钟信号。总线周期的长度是可变的。 异步定时的优点是总线周期长度可变，不把响应时间强加到功能模块上，因而允许快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上。但这以增加总线的复杂性和成本为代价。 下图所示为读数据的异步时序。,47,t课件,48,t课件,【例3】 某CPU采用集中式仲裁方式，使用独立请求与菊花链查询相结合的二维总线控制结构。每一对请求线BRi和授权线BGi组成一对菊花链查询电路。每一根请求线可以被若干个传输速率接近的设备共享。当这些设备要求传送时通过BRi线向仲裁器发出请求，对应的BGi线则串行查询每个设备，从而确定哪个设备享有总线控制权。请分析说明下图所示的总线仲裁时序图,49,t课件,50,t课件,【解】： 从时序图看出，该总线采用异步定时协议。 当某个设备请求使用总线时，在该设备所属的请求线上发出申请信号BRi(1)。CPU按优先原则同意后给出授权信号BGi作为回答(2)。BGi链式查询各设备，并上升从设备回答SACK信号证实已收到BGi信号(3)。CPU接到SACK信号后下降BGi作为回答。(4)在总线“忙”标志BBSY为“0”情况该设备上升BBSY，表示该设备获得了总线控制权，成为控制总线的主设备(5)。在设备用完总线后，下降BBSY和SACK(6)，释放总线。 在上述选择主设备过程中，可能现行的主从设备正在进行传送。此时需等待现行传送结束，即现行主设备下降BBSY信号后(7)，新的主设备才能上升BBSY，获得总线控制权。,51,t课件,6.3.3 总线数据传送模式,当代的总线标准大都能支持以下四类模式的数据传送：读、写操作读操作是由从方到主方的数据传送；写操作是由主方到从方的数据传送。一般主方先以一个总线周期发出命令和从方地址，经过一定的延时再开始数据传送总线周期。为了提高总线利用率，减少延时损失，主方完成寻址总线周期后可让出总线控制权，使其他主方完成更紧迫的操作。然后再重新竞争总线，完成数据传送总线周期。,52,t课件,块传送操作只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据连续地读出或写入。对CPU(主方)、存储器(从方)而言的块传送，常称为猝发式传送，其块长一般固定为数据线宽度(存储器字长)的4倍。写后读、读修改写操作只给出地址一次，或进行先写后读操作，或进行先读后写操作。前者用于校验目的，后者用于多道程序系统中对共享存储资源的保护。这两种操作和猝发式操作一样，主方掌管总线直到整个操作完成。,53,t课件,广播、广集操作一般而言，数据传送只在一个主方和一个从方之间进行。但有的总线允许一个主方对多个从方进行写操作，这种操作称为广播。与广播相反的操作称为广集，它将选定的多个从方数据在总线上完成AND或OR操作，用以检测多个中断源。【例4】分析说明书中第226页图所示某CPU总线周期时序图。,54,t课件,55,t课件,6.4 PCI总线 6.4.1 多总线结构,PCI是一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线。它采用同步时序协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。典型的PCI总线结构框图如下所示。HOST总线该总线有CPU总线、系统总线、主存总线等多种名称，各自反映总线功能的一个方面。这里称“宿主”总线，也许更全面，因为HOST总线不仅连接主存， 还可以连接多个CPU。,56,t课件,57,t课件,PCI总线连接各种高速的PCI设备。PCI设备可以是主设备，也可以是从设备，或兼而有之。在PCI设备中不存在DMA的概念，这是因为PCI总线支持无限的猝发式传送。这样，传统总线上用DMA方式工作的设备移植到PCI总线上时，采用主设备工作方式即可。系统中允许有多条PCI总线，它们可以使用HOST桥与HOST总线相连，也可使用PCI/PCI桥与已和HOST总线相连的PCI总线相连，从而得以扩充整个系统的PCI总线负载能力。,58,t课件,LEGACY总线可以是ISA，EISA，MCA等这类性能较低的传统总线，以便充分利用市场上丰富的适配器卡，支持中、低速I/O设备。 在PCI总线体系结构中有三种桥。桥连接两条总线，使彼此间相互通信。 桥又是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。,59,t课件,6.4.2 PCI总线信号,PCI标准2.0版的必备类信号名称及其功能描述。总线周期类型由C/BE#线上的总线命令给出。总线周期长度由周期类型和FRAME#(帧)、IRDY#(主就绪)、TRDY#(目标就绪)、STOP#(停止)等信号控制。一个总线周期由一个地址期和一个或多个数据期组成。,60,t课件,6.4.3 总线周期类型,PCI总线周期由当前被授权的主设备发起。PCI支持任何主设备和从设备之间点到点的对等访问，也支持某些主设备的广播读写。 PCI总线周期类型由主设备在C/BE30线上送出的4位总线命令代码指明，被目标设备译码确认，然后主从双方协调配合完成指定的总线周期操作。4位代码组合可指定16种总线命令，但实际给出12种。,61,t课件,存储器读的三个总线周期：,62,t课件,6.4.4 总线周期操作,下面以数据传送类的总线周期为代表，说明PCI总线周期的操作过程。一个读操作总线周期时序如下图所示：图中的环形箭头符号表示某信号线由一个设备驱动转换成另一设备驱动的过渡期，避免两个设备同时驱动一条信号线的冲突。我们看到，PCI总线周期的操作过程有如下特点：,63,t课件,64,t课件,6.4.5 总线仲裁, PCI总线采用集中式仲裁方式，每个PCI主设备都有独立的REQ#(总线请求)和GNT#(总线授权)两条信号线与中央仲裁器相连。由中央仲裁器根据一定的算法对各主设备的申请进行仲裁，决定把总线使用权授予谁。但PCI标准并没有规定仲裁算法。 PCI总线支持隐藏式仲裁。即在主设备A正在占用总线期间，中央仲裁器根据指定的算法裁决下一次总线的主方应为主设备B时，它可以使GNT#A无效而使GNT#B有效。隐藏式仲裁使裁决过程或在总线空闲期进行或在当前总线周期内进行，提高了总线利用率。,65,t课件,6.5 ISA总线和Futurebus总线6.5.1 ISA总线1. ISA总线的信号和I/O端口地址, 为了利用市场上丰富的各类中、低速适配卡，如声卡、CD-ROM适配器、以太网卡等，一些微型机如pentium机主板上保留有ISA总线的插槽。ISA总线此时连接中、低速I/O设备，由PCI/ISA桥芯片提供对ISA总线的全面控制逻辑，包括中断和DMA控制。ISA总线的时钟频率典型值为8.33MHz。 ISA总线的每个插槽由一个长槽和一个短槽组成。长槽每列有31个引脚，编号为A1A31和B1B31；短槽每列有18个引脚，编号为C1C18和D1D18。ISA槽上的引脚信号定义参考文字教材。 使用ISA适配器卡时需特别关注I/O端口地址。,66,t课件,2. 即插即用ISA规范, 即插即用简称PnP。就是说，新设备应只需简单的插入即可开始运行，不需要用户去拨动开关、插拔跳线以及复杂地安装软件来调整和重新配置系统。这意味着重新配置行为是自动完成的，并且对用户是透明的。 Intel和Microsoft联手提出了一个即插即用ISA规范，该规范定义了ISA总线适配器卡最小实现功能集。PnP ISA规范还不能做到识别什么样的适配器卡插在哪个槽的地理位置，但它已能读取和重新配置这种PnP卡的配置信息。而且它允许PnP ISA适配卡与老式的ISA总线适配器卡共存于系统中。,67,t课件,6.5.2 Futurebus+总线,正在发展的Futurebus+总线标准是VME国际贸易协会、IEEE微处理机标准委员会等团体以及来自公司、大学的专家们协作开发的。其目标是开发一种真正开放的总线标准，使之能支持64位地址空间，64位、128位、256位数据传输，为下一代的多处理机系统提供一个稳定的平台。,68,t课件,Futurebus+的重要意义在于，它很可能取代当代微处理机的总线策略。 Futurebus+是一个高性能的异步总线标准。其技术要求是：(1) 一个与结构、处理器、技术无关的开发标准(2) 基本上是一个异步数据定时协议。(3) 允许采用可选的源-同步式协议，用来实现高速的块数据传送。(4) 支持32位或64位寻址，数据线的长度动态可变，以满足不同带宽的要求。(5) 全分布式的并行仲裁协议及集中式仲裁协议，并支持线路交换式和分离业务协议。(6) 提供对容错和高可靠性系统的支持。,69,t课件,本 章 小 结,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道，并在争用资源的基础上进行工作。 总线有物理特性、功能特性、电气特性、机械特性，因此必须标准化。微型计算机系统的标准总线从ISA总线(16位，带宽8MB/s)发展到EISA总线(32位，带宽33.3MB/s) 和VESA总线(32 位，带宽132MB/s)，又进一步发展到PCI总线(64位，带宽264MB/s)。衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。,70,t课件,当代流行的标准总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。其总线内部结构包含： (1) 数据传送总线(地址线, 数据线, 控制线组成); (2)仲裁总线；(3)中断和同步总线；(4)公 用线(电源, 地线, 时钟, 复位等信号线)。 计算机系统中，信息的传输方式可采用： (1)并行传送；(2) 串行传送；(3) 分时传送。 各种外围设备必须通过“接口”与总线相连。接口是指CPU、主存、外围设备之间通过总线 进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态联结的两个功能部件间起着缓冲器和转换器的作用，以便实现彼此之间的信息传送。,71,t课件,总线仲裁是总线系统的核心问题之一。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件。它通过采用优先级策略或公平策略，选择其中一个主设备作为总线的下一次主方，接管总线控制权。 按照总线仲裁电路的位置不同，总线仲裁分为集中式仲裁和分布式仲裁。集中式仲裁方式必有一个中央仲裁器，它受理所有功能模块的总线请求，按优先原则或公平原则授权。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。通过分配优先级仲裁号，每个仲裁器将仲裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号进行比较，从而获得总线控制权,72,t课件, 总线定时是总线系统的又一核心问题之一。为了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议 。 通常采用同步定时与异步定时两种方式。在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定，总线周期的长度是固定的。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，建立在应答式或互锁机制基础上，不需要统一的公共时钟信号。在异步定时中，总线周期的长度是可变的。,73,t课件,当代的总线标准大都能支持以下数据传送模式：(1)读/写操作；(2)块传送操作；(3)写后读 、读修改写操作；(4)广播、广集操作。 PCI总线是当前流行的总线，是一个高带宽且与处理器无关的标准总线，又是至关重要的层次总线。它采用同步定时协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。PCI适合于低成本的小系统，因此在微型机系统中得到了广泛的应用。 正在发展的Futurebus+总线是迄今为止最复杂的总线标准，能支持64位地址空间，64位, 128位, 256位数据传输，为下一代的多处理机系统提供了一个稳定的平台。,74,t课件,作业：,第六章： 作业：1、8、9、10、19、20 练习：2、4、5、6、7、11、 12、14、15、16 17、,75,t课件,