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*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