计算机组成原理第六章总线

(一)总线概述

总线是连接各个部件的信息传输线，使各个部件共享的传输介质

照连接部件不同：

　　　　1.片内总线：芯片内部的总线

　　　　2.系统总线：CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线

　　　　　　按照系统总线传输信息的不同可分为3类：

　　　　　　　　数据总线：传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线

　　　　　　　　地址总线：主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址（地址总线上的代码是用来指明CPU欲访问的存储单元或I/O　端口的地址，由CPU输出，单向传输）

　　　　　　　　　　　　　地址总线的位数欲存储单元的个数有关，如：地址线为20根，则对应的存储单元个数为2的20次方

　　　　　　　　控制总线：发出各种控制信号的传输线，通常对任意控制线而言，它的传输是单向的，但对于控制总线总体来说，又可认为是双向的

　　　　3.通信总线：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信

系统总线又分为三类，数据总线，地址总线和控制总线

 

按传输方式可分为两种：

　　　　　　　　串行通信：数据在单条1位宽的传输线上，一位一位的按顺序分时传送（适宜于远距离的数据传输）

　　　　　　　　并行通信：数据在多条并行1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地（适宜于近距离的数据传输，通常小于30m）

 

 

三，总线的特性

1，机械特性：尺寸、形状、管脚数以及排列顺序

2，电气特性：传输方向和有效的电平范围

3，功能特性：每根传输线的功能（地址、数据或控制）

4，时间特性：信号的时序关系

 

四，总线的性能指标

1，总线宽度：数据线的根数

2，标准传输率：每秒传输的最大字节数

3，时钟同步/异步：同步、不同步

4，总线复用：地址线与数据线复用

5，信号线数：地址线、数据线和控制线的总和

6，总线控制方式：突发、自动、仲裁、逻辑、计数

7，其他指标：负载能力

 

 

总线结构

 

单总线结构

多部件共用一根总线，分时工作,传输效率较低。

单总线系统中,内存要为外设保留一些地址.

双总线结构

CPU与内存有专用高速总线,减轻系统总线的负担;

内存通过系统总线与外设进行DMA操作,不必经过CPU.

双总线系统中,设有专门的I/O指令

 

三总线结构

增加I/O总线

进一步提高了CPU的效率

通道是一台具有特殊功能的处理器,它分担了一部分CPU的功能

.统一管理外设及实现外设与内存间的数据传送.

三总线系统比单总线系统要大得多.

总线带宽

总线带宽Dr=D/T=D*f

总线接口

信息传送方式

串行传送

并行传送

分时传送

总线接口基本概念

速度匹配;

格式转换;

传送主机控制信号;

反映设备的工作状态;

识别和指示数据传送的地址和传输量;

程序中断。

 

 

（二）总线的仲裁与定时

集中式仲裁

链式查询方式

优先级固定

离总线控制器近的优先级高

单点故障

容易扩充

总线授权信号１根

计数器定时查询方式

总线授权信号线

㏒2n

取整

优先级可变

设置计数器初始值

独立请求方式

每一设备有一对BR和BG;

响应速度高

控制灵活,优先级可通过程序改变;

控制线数多.---2n根.

分散式仲裁

无需中央仲裁器（总线控制器）

每个功能设备均有仲裁号及仲裁器

优先级仲裁策略

 

 

七，总线通信控制

1，目的：解决通信双方协调配合问题

2，总线传输周期：（1）申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定

                            （2）寻址阶段：主模块向从模块给出地址和命令

                            （3）传数阶段：主模块和从模块交换数据

                            （4）结束阶段：主模块撤销有关信息

 

 

3，总线通信的四种方式：（1）同步通信：由统一时标控制数据传送

                                      （2）异步通信：采用应答方式，没有公共时钟标准

                                      （3）半同步通信：同步、异步结合

                                      （4）分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力

 

    前三种通信的共同点：一个总线传输周期

                                           主模块发地址、命令         占用总线

                                           从模块准备数据               不占用总线

                                         从模块向主模块发数据     占用总线

 

    分离式通信特点：（1）各模块有权申请占用总线

                              （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

 

 

 

常用总线

ISA/EISA

NGIO

InfiniBand

AGP

PCI/PCI-X

Future I/O

USB

PCI-E

VESA

 

 

如何优化总线系统性能

物理方法

    提高主频

    提高位宽

    优化总线结构

多总线结构可优化总线系统性能

优化仲裁和定时方式

同步，独立请求方式性能较好

并行--->串行演变