第八章总线技术.ppt

第8章 总线技术 8.1 总线体系结构 8.2 总线操作 8.3 PC机第一代总线标准 8.4 第二代PCI总线 8.5 第三代总线标准 PCI Express 8.6 外部总线 第八章 总线技术 本章讲解了总线的分级结构，叙述了总线的仲裁和传输方式，概述了微型计算机系统的三代总线标准，重点分析了PCI总线；对显示卡使用的AGP图形接口和系统常用的外部总线作了介绍，着重描述了IDE和SCSI总线。 微型计算机体系结构不断创新，总线结构的作用和重要性日益突出。现代微型计算机在系统结构上都采用分级总线结构，以适应不同部件的要求。 现代微机系统总线经历了三代发展：第一代ISA总线、第二代PCI总线和第三代PCI Express总线。从PC机PC/XT总线开始，走过了ISA总线——EISA总线——（MCA总线——）VESA局部总线——PCI局部总线——AGP图形接口——PCI Express总线……历程。外部总线从并行的Centronics、IEEE488、IDE、SCSI、串行的RS-232到广泛应用的USB、高速的IEEE1394。 8.1 总线体系结构 8.1.1 总线分类 1. 按信号性质分 除电源线外，总线按其所传输信号的性质可分为三类：地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB。地址总线和数据总线相对较简单，功能也较为单一。系统的不同层面上它们的名称和性能可能有所不同。●微处理器MPU和其它总线部件作为主控模块时其地址线都是输出的，输出给要寻 址的从模块，如存储器或I/O端口等；当总线部件作为受控的从模块时，其地址线 都是输入的，接收主模块送来的地址信号以决定要访问的从模块之具体单元。●数据线一般都是双向传输，在主从模块间传送、交换数据。●控制总线则比较复杂，即使功能相同的模块因型号不同也有显著差别，如不同型号的MPU其地址总线和数据总线大致相似，而控制总线却差异较大。正是控制总线的不同特性，决定了各种模块(包括MPU)的不同接口特点。控制总线的基本功能是控制存储器及I/O读写操作，此外还包括中断与DMA控制、总线判决、数据传输握手联络等。中断与DMA控制线用来实现I/O操作的同步控制；总线裁决线对多个竞争占用总线的主模块进行仲裁，以决定哪一个主模块占用总线，防止总线冲突；传输握手联络线用来控制总线上数据传输的开始和结束，实现数据传输的同步，保证完整地传输数据。 8.1.2 多总线分级结构 总线上连接的设备（模块）越多，传输延迟就越大，尤其是当总线控制频繁地由一个设备传递到另一个设备时。当聚集的总线传输请求接近总线容量时，总线便会成为瓶颈。通过提高总线的数据传输率可以缓解之，但视频控制器、网络接口等所需求的数据传输率增长很快，单总线解决不了传输瓶颈。因此，在计算机体系结构中选择使用多总线成为一种必然。 1. 传统总线结构 2. 高性能总线结构 传统总线结构没有考虑性能越来越高的I/O数据传输。为适应快速高性能的I/O传输，构造一条高速总线，通过桥接器和处理器总线连接。下图即这种高性能总线结构。 3. 奔腾机分级的总线结构 8.2 总线操作 一个模块占有总线进行总线操作须做两件事： ●获得总线的使用权； ●通过总线向另一模块传送数据；或者经相应的控制线与地址线向其它模块发送请 求，然后等待接收另一模块发送来的数据。 8.2.1 概述 总线类似一个“公路网”，把系统内的各个模块连接起来。系统总线相当于“公路网”中的主干道，芯片级总线相当于某一城域内的道路，局部总线相当于连接到中心城市(即CPU或主控器)的专线，外部总线相当于连接到其它“公路网”的道路。 汽车上路行驶必须要先获得允许，主控模块要占有总线进行数据传输也必须先提出总线申请；当多个主控模块同时都提出总线申请时，必须按一定规则进行仲裁。●任何时候，只能有一个部件或模块占据、控制、使用总线，称之为当前主模块或 当前主控器。主模块一旦获得总线控制权，就开始与另一部件或模块联系，进行 一次数据传输，这后一部件或模块称为从模块。●以主模块为基准，向从模块发送数据或接收从模块送来的数据，这种工作关系称 为主从关系。主模块负责控制和支配总线，向从模块发出命令来指定数据传输方 式和传输的地址信息（源和目标）。●使用总线在源和目标之间完成一次数据传输的时间称为一个总线操作周期。当整 个数据传输完毕，当前主模块交出总线，以便系统中其它主模块使用总线。 8.2.2 总线仲裁 总线仲裁即总线判决，目的是避免多个主控器同时占用总线，确保任何时候总线上最多只有一个模块发送信息。当多个主控模块同时提出总线请求时，仲裁机构以一定的优先算法裁决由哪一个模块获得总线使用权。 按裁决机构