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计算机组成原理唐朔飞第3章系统总线

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1、第三章系统总线,3.1 总线的基本概念,3.2 总线的分类,3.3 总线特性及性能指标,3.4 总线结构,3.5 总线控制,3.1 总线的基本概念,一、为什么要用总线（BUS）,二、什么是总线,三、总线上信息的传送,串行,并行,四、总线结构计算机举例,1. 面向 CPU 的双总线结构框图,中央处理器 CPU,3.1 总线的基本概念,2. 单总线结构框图,3.1 总线的基本概念,3. 以存储器为中心的双总线结构框图,M.M,3.1 总线的基本概念,3.2 总线的分类,1.片内总线,2.系统总线,芯片内部的总线,双向与机器字长、存储字长有关,单向与存储地址、 I/O地址有关,有出有入,计算机各部件之间的信息传输线,存储器读、存储器写总线允许、中断确认,中断请求、总线请求,3.通信总线,串行通信总线,并行通信总线,传输方式,3.2 总线的分类,3.3 总线特性及性能指标,一、总线物理实现,二、总线特性,尺寸形状,传输方向和有效的电平范围,每根传输线的功能,信号的时序关系,地址数据控制,3.3 总线特性及性能指标,三、总线的性能指标,数据线的根数,每秒传输的

2、最大字节数（MBs）,同步、不同步,地址线与数据线复用,地址线、数据线和控制线的总和,负载能力,并发、自动、仲裁、逻辑、计数,3.3 总线特性及性能指标,ISA EISA VESA(LV-BUS) PCI AGP RS-232 USB,总线标准,四、总线标准,3.3 总线特性及性能指标,系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。由标准化组织制定或行业、大公司提出，而成为行业标准。,3.3 总线特性及性能指标,3.4 总线结构,一、单总线结构,1. 双总线结构,具有特殊功能的处理器由通道对I/O统一管理,二、多总线结构,3.4 总线结构,2. 三总线结构,3.4 总线结构,3. 三总线结构的又一形式,3.4 总线结构,SCSI:小型计算机系统接口，一种用于计算机和智能设备之间(硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等)系统级接口的独立处理器标准。 SCSI是一种智能的通用接口标准。,4. 四总线结构,3.4 总线结构,1. 传统微型机总线结构,三、总线结构举例,3.4 总线结构,2. VL-BUS局部总线结构,3.4 总线结构,3. PCI 总线结构,3.4 总线结构,

3、4. 多层 PCI 总线结构,3.4 总线结构,3.5 总线控制,一、总线判优控制,总线判优控制,分布式,集中式,1. 基本概念,链式查询,计数器定时查询,独立请求方式,2. 链式查询方式,I/O接口1,3.5 总线控制,3. 计数器定时查询方式,I/O接口1,设备地址,3.5 总线控制,4. 独立请求方式,3.5 总线控制,二、总线通信控制,1. 目的,2. 总线传输周期,主模块申请，总线仲裁决定,主模块向从模块给出地址和命令,主模块和从模块交换数据,主模块撤销有关信息，让出总线使用权,解决通信双方协调配合问题,3.5 总线控制,由统一时标控制数据传送,充分挖掘系统总线每瞬间的潜力,3. 总线通信的四种方式,采用应答方式，没有公共时钟标准,同步、异步结合,3.5 总线控制,(1) 同步式数据输入,3.5 总线控制,(2) 同步式数据输出,3.5 总线控制,不互锁,半互锁,全互锁,(3) 异步通信,3.5 总线控制,(4) 半同步通信,（同步、异步结合）,3.5 总线控制,以输入数据为例的半同步通信时序,T1 主模块发地址,T2 主模块发命令,T3 从

4、模块提供数据,T4 从模块撤销数据，主模块撤销命令,3.5 总线控制,上述三种通信的共同点,一个总线传输周期（以输入数据为例）,主模块发地址、命令,从模块准备数据,从模块向主模块发数据,总线空闲,占用总线,不占用总线,占用总线,3.5 总线控制,(5) 分离式通信,充分挖掘系统总线每瞬间的潜力,一个总线传输周期,子周期1,子周期2,3.5 总线控制,1. 各模块有权申请占用总线,分离式通信特点,充分发挥了总线的有效占用,2. 采用同步方式通信，不等对方回答,3. 各模块准备数据时，不占用总线,4. 总线被占用时，无空闲,3.5 总线控制,主板芯片组通常包含南桥芯片和北桥芯片，但有的主板芯片也包含一块或三块芯片。,计算机主板的南桥和北桥,北桥芯片主要决定主板的规格、对硬件的支持、以及系统的性能，它连接着 CPU 、内存、 AGP 总线。主板支持什么 CPU ，支持 AGP 多少速的显卡，支持何种频率的内存，都是北桥芯片决定的。北桥芯片往往有较高的工作频率，所以发热量颇高，我们在主板上，可以在 CPU 插槽附近找到一个散热器，下面的就是北桥芯片。同北桥芯片的主板，性能差别微乎其微。,3.5 总线控制,南桥芯片主要决定主板的功能，主板上的各种接口（如串口、 USB ）、 PCI 总线（接驳电视卡、内猫、声卡等）、 IDE （接硬盘、光驱）、以及主板上的其他芯片（如集成声卡、集成 RAID 卡、集成网卡等），都归南桥芯片控制。南桥芯片通常裸露在 PCI 插槽旁边，块头比较大。,南北桥间随时进行数据传递，需要一条通道，这条通道就是南北桥总线。南北桥总线越宽，数据传输越便捷。各厂商的主板芯片组中，南北桥总线都被各自起了名字。，比方说 Intel 的 Hublink,VIA 的 V-Link,Sis 的 MuTIOL 等。,3.5 总线控制,作业： 1、2、4、8、13、14、15,

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