计算机组成原理第6章 总线 任国林版课件.ppt

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1、第六章总线1§6.1总线概述※部件的连接方式：有分散连接和总线连接两种；分散连接—通信性能好(同时通信)，可扩展性差；总线连接—可扩展性好，通信性能略差(分时通信)I/O设备1I/O设备n…CPU主存输入设备输出设备…CPU主存※总线：部件或设备间的用于信息传输的一组公共信号线。最常见越来越重要同时只能有一个设备发送21、按总线信号线功能分类一、总线的分类*控制总线：用于实现传输过程控制，单向总线。┌───┴───┐控制信号线及状态信号线*数据总线：用于表示传送的数据，双向总线；数据总线宽度＝同时传送的二进制位数*地址总线：用于表示目标设备号及内部地址，单向总线；

2、地址总线宽度＝log2设备及内部地址的最大个数主设备控制从设备控制32、按总线功能分类◇系统总线的发展：多总线结构CPU总线—连接CPU及部分模块的总线；局部总线—与CPU特性无关、连接多个模块的总线*片内总线：用于芯片内/模块内元件间的信息传输；*系统总线：用于计算机内各部件间的信息传输；*通信总线：用于主机与外设或其他系统间的信息传输主存地址总线数据总线控制总线I/O接口1输入设备I/O接口n输出设备……系统总线ALUCUBIUCPU4二、总线的特性*物理特性：指模块连接到总线时约定的特性；如线宽、线间距离、插头/插座形状等←总线标准化所需*功能特性：指约定的

3、信号线数量及各信号线功能；功能约定(信号线数、作用)状态表示(信号与电压值)主动方…被动方…*电气特性：指约定的信号线上信号有效的电平范围等；*时间特性：又称逻辑特性，指约定的传输过程中各信号线上信号的有效时长及前后次序(时序)。地址数据命令与状态CLK地址线数据线控制线5*总线宽度：指数据总线同时传输的二进制位数，常用bit表示；三、总线的性能指标*总线时钟频率：指同步总线的基准时钟频率，常用MHz、GHz表示；异步总线无此指标*总线带宽：又称最大数据传输率，指单位时间内可传输数据的最大位数，常用Mbps(或MBps)表示；总线带宽＝总线宽度×最大传输次数/秒例

4、—PC总线数据宽度为8位、总线时钟频率为4MHz，每次总线传输需4个时钟周期；→其总线带宽=8bit×(4MHz/4)=8Mbps*总线负载能力：指总线上信号逻辑电平保持在正常范围内时所能连接的模块或设备数量，常用个数表示。6§7.2总线传输与控制*总线连接与传输过程：分时传输→设置总线仲裁机构；*总线传输相关内容：主设备1总线仲裁机构从设备1从设备2主设备2t从设备2从设备1主设备2主设备1㈠总线周期总线周期总线W㈠R⑴⑴㈡2R1RR1①总线周期包含哪些操作步骤？②总线归某主设备使用的确定方法有哪些？③如何表示传输各步骤的次序及长度？④如何提高总线的传输性能？7

5、一、总线操作①总线请求与仲裁阶段：各主设备—分别连接到BR及BG信号线，总线仲裁机构—有操作需求时，发出总线请求信号；根据各BR信号线状态，确定下个传输周期的总线使用权归属，向该主设备发出总线允许信号；仲裁总线传输周期主设备1无总线周期仲裁总线传输周期主设备2无总线周期1、总线操作的步骤主设备1请求BR1主设备2请求BR2总线仲允许BG1裁机构允许BG2总线使用权拥有者t无8②寻址阶段：拥有总线使用权的主设备—各从设备—发出目标地址和操作命令；判断是否被选中，被选中的响应总线操作；x(主设备?发出)R/W(主设备?发出)Data总线空闲y(主设备2发出)R/W(主

6、设备2发出)地址期Data总线传输周期数据期③数据传送阶段：主设备及目标从设备参与根据操作类型，各自发送或接收数据；④结束阶段：主设备及目标从设备参与各自将所控制总线信号恢复为总线空闲状态地址期数据期t总线传输周期总线空闲总线允许BG1总线允许BG2地址总线控制总线数据总线9*隐藏式总线仲裁：总线仲裁与总线传输重叠；2、总线仲裁的性能优化x(主设备?发出)R/W(主设备?发出)Data地址期数据期t总线传输周期总线空闲总线允许BG1总线允许BG2地址总线控制总线数据总线y(主设备2发出)R/W(主设备2发出)地址期Data总线传输周期数据期总线周期总线周期*隐藏式

7、总线仲裁的实现需求：总线仲裁机构需监视总线状态，以决定何时开始仲裁10二、总线仲裁1、集中式仲裁--集中的总线仲裁机构实现(1)链式查询方式(又称菊花链查询方式)*信号线连接：仲裁机构共有BR、BG、BS三根信号线；总线请求线BR—总线允许线BG—总线忙线BS—BR=∑BRi，BR有效时表示有总线请求BS=∑BSi，BS无效时表示总线空闲BG(i+1)IN=BGiOUT*实现思想：总线空闲时或总线周期结束前，接收到请求信号BR后，仲裁并发出允许信号BG；7总线仲裁结构BG主设备0主设备1主设备nBSBRDBABCB…11*仲裁原理：轮询方式，各主设备自行仲裁仲裁机

8、构—BS＝