計(jì)算機(jī)組成原理白中英主編課件ch.ppt

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1、1,第六章 總線系統(tǒng),,返回,2,本章內(nèi)容,本章首先講述總線系統(tǒng)的一些基本概念和基本技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，具體介紹當(dāng)前實(shí)用的PCI總線和正在流行的InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)。 6.1 總線的概念和結(jié)構(gòu)形態(tài) 6.2 總線接口 6.3 總線的仲裁 6.4總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式 6.5 HOST總線和PCI總線 6,6 InfiniBand標(biāo)準(zhǔn),考綱要求,(一) 總線概述 1. 總線的基本概念 2. 總線的分類 3. 總線的組成及性能指標(biāo) (二) 總線仲裁 1. 集中仲裁方式 2. 分布仲裁方式 (三) 總線操作和定時 1. 同步定時方式 2. 異步定時方式 (四) 總線標(biāo)準(zhǔn),3,4,6.1總線的概念和

2、結(jié)構(gòu)形態(tài),總線的基本概念 總線的連接方式 總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 總線結(jié)構(gòu)實(shí)例,5,6.1.1總線的基本概念,數(shù)字計(jì)算機(jī)是由若干系統(tǒng)功能部件構(gòu)成的，這些系統(tǒng)功能部件在一起工作才能形成一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 總線定義：計(jì)算機(jī)的若干功能部件之間不可能采用全互聯(lián)形式，因此就需要有公共的信息通道，即總線。 總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)構(gòu)，是多個系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接，計(jì)算機(jī)在各系統(tǒng)功能部件之間實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換，并在爭用資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作。,6,6.1.1總線的基本概念,總線可分為以下幾類： 內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算器部件之間的總線。 系統(tǒng)總線：外部

3、總線。CPU和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他高速功能部件相互連接的總線。 I/O總線：中低速I/O設(shè)備相互連接的總線。,7,6.1.1總線的基本概念,總線的特性可分為：物理特性、功能特性、電氣特性、時間特性。 物理特性：總線的物理連接方式（根數(shù)、插頭、插座形狀，引腳排列方式） 功能特性：每根線的功能 電氣特性：每根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍。 時間特性：規(guī)定了每根總線在什么時間有效。,8,6.1.1總線的基本概念,相同的指令系統(tǒng)，相同的功能，不同廠家生產(chǎn)的各功能部件在實(shí)現(xiàn)方法上幾乎沒有相同的,但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可以互換使用，其原因何在呢? 為了使不同廠家生產(chǎn)的相同功能部件可以互換使用，就需要

4、進(jìn)行系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了很多總線標(biāo)準(zhǔn)，如PCI、ISA等。 采用標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn) 簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性 便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和更新,9,6.1.1總線的基本概念,總線帶寬：總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率。 一次操作可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù) 如S100為8位，ISA為16位，EISA為32位，PCI可達(dá)64位。 總線寬度不會超過微處理器外部數(shù)據(jù)總線的寬度。,10,【例1】（1）某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為33MHz，總線帶寬是多少? （2）如果一個總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率升為66MH

5、z，總線帶寬是多少?,解：（1）設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時鐘周期用T=1/f表示，一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，根據(jù)定義可得 Dr=D/T=D（1/T）=Df=4B33106/s=132MB/s （2）64位=8B Dr=Df=8B66106/s=528MB/s,11,6.1.2總線的連接方式,適配器（接口）：實(shí)現(xiàn)高速CPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，并完成計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。 單機(jī)系統(tǒng)中總線結(jié)構(gòu)的兩種基本類型： 單總線：使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備。,12,6.1.2總線的連接方式,單總線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 在單總線結(jié)構(gòu)中，要求連接到總

6、線上的邏輯部件必須高速運(yùn)行，以便在某些設(shè)備需要使用總線時，能迅速獲得總線控制權(quán)；而當(dāng)不再使用總線時，能迅速放棄總線控制權(quán)。否則，由于一條總線由多種功能部件共用，可能導(dǎo)致很大的時間延遲。,13,6.1.2總線的連接方式,多總線：在CPU、主存、I/O之間互聯(lián)采用多條總線。如圖所示。 ,14,6.1.2總線的連接方式,高速的CPU總線：CPU和cache之間采用 系統(tǒng)總線：主存連在其上。 高速總線上可以連接高速LAN（100Mb/s局域網(wǎng)）、視頻接口、圖形接口、SCSI接口（支持本地磁盤驅(qū)動器和其他外設(shè)）、Firewire接口（支持大容量I/O設(shè)備）。高速總線通過擴(kuò)充總線接口與擴(kuò)充總線相連，擴(kuò)充總

7、線上可以連接串行方式工作的I/O設(shè)備。 通過橋CPU總線、系統(tǒng)總線和高速總線彼此相連。橋?qū)嵸|(zhì)上是一種具有緩沖、轉(zhuǎn)換、控制功能的邏輯電路。 多總線結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了高速、中速、低速設(shè)備連接到不同的總線上同時進(jìn)行工作，以提高總線的效率和吞吐量，而且處理器結(jié)構(gòu)的變化不影響高速總線。,15,6.1.3總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu),早期總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它實(shí)際上是處理器芯片引腳的延伸，是處理器與I/O設(shè)備適配器的通道。這種簡單的總線一般也由50100條線組成，這些線按其功能可分為三類：地址線、數(shù)據(jù)線和控制線。,16,6.1.3總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu),早期總線結(jié)構(gòu)的不足之處在于： CPU是總線上惟一的主控者。即使后來增加了具有簡

8、單仲裁邏輯的DMA控制器以支持DMA傳送，但仍不能滿足多CPU環(huán)境的要求。 總線信號是CPU引腳信號的延伸，故總線結(jié)構(gòu)緊密與CPU相關(guān)，通用性較差。,17,6.1.4總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu),當(dāng)代流行的總線內(nèi)部結(jié)構(gòu),18,6.1.4總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu),由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。其結(jié)構(gòu)與簡單總線相似，但一般是32條地址線，32或64條數(shù)據(jù)線。為了減少布線，64位數(shù)據(jù)的低32位數(shù)據(jù)線常常和地址線采用多路復(fù)用方式。 仲裁總線：包括總線請求線和總線授權(quán)線。 中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級的中斷操作，包括中斷請求線和中斷認(rèn)可線。 公用線：包括時鐘信號線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時序信號線等。,1

9、9,6.1.5總線結(jié)構(gòu)實(shí)例,大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu)。 右圖它是一個三層次的多總線結(jié)構(gòu)即有CPU總線、PCI總線和ISA總線。,20,6.1.5總線結(jié)構(gòu)實(shí)例,Pentium機(jī)的總線結(jié)構(gòu)分為三層：CPU總線、PCI總線和ISA總線。,,21,6.2 總線接口,一、信息的傳送方式 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，傳輸信息基本有三種方式： 串行傳送 并行傳送 分時傳送 出于速度和效率上的考慮，系統(tǒng)總線上傳送的信息必須采用并行傳送方式。分時傳送即總線的分時復(fù)用。,22,6.2 總線接口,串行傳送 使用一條傳輸線，采用脈沖傳送。 主要優(yōu)點(diǎn)是只需要一條傳輸線，這一點(diǎn)對長距離傳輸顯得特別重要，不管傳送的數(shù)據(jù)量有多

10、少，只需要一條傳輸線，成本比較低廉。 缺點(diǎn)就是速度慢。,23,6.2 總線接口,并行傳送 每一數(shù)據(jù)位需要一條傳輸線，一般采用電位傳送。 分時傳送 總線復(fù)用或是共享總線的部件分時使用總線。,24,6.2 總線接口,二、總線接口的基本概念 接口是CPU和主存、外設(shè)之間通過總線進(jìn)行連接的邏輯部件。,25,6.2 總線接口,接口的典型功能：控制、緩沖、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、整理、程序中斷。 一個適配器的兩個接口：一個同系統(tǒng)總線相連，采用并行方式，另外一個同設(shè)備相連，可能采用并行方式或是串行方式。,26,【例2】利用串行方式傳送字符（如圖），每秒鐘傳送的比特（bit）位數(shù)常稱為波特率。假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是120個字

11、符/秒，每一個字符格式規(guī)定包含10個比特位（起始位、停止位、8個數(shù)據(jù)位），問傳送的波特率是多少?每個比特位占用的時間是多少?,解： 波特率為：10位120/秒=1200波特 每個比特位占用的時間Td是波特率的倒數(shù)： Td=1/1200=0.83310-3s=0.833ms,27,6.3 總線的仲裁,連接到總線上的功能模塊有主動和被動兩種形態(tài)，其中主方可以啟動一個總線周期，而從方只能響應(yīng)主方請求。每次總線操作，只能有一個主方，但是可以有多個從方。 為了解決多個功能模塊爭用總線的問題，必須設(shè)置總線仲裁部件。 總線占用期：主方持續(xù)控制總線的時間。 按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為集中式和分布

12、式兩種。,28,6.3 總線的仲裁,一、集中式仲裁 集中式仲裁有三種： 鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑弘x中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán)，離總線控制器越遠(yuǎn)，優(yōu)先權(quán)越低。 優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。 缺點(diǎn)：是對詢問鏈的電路故障很敏感，優(yōu)先級固定。,29,6.3 總線的仲裁,計(jì)數(shù)器定時查詢方式：總線上的任一設(shè)備要求使用總線時，通過BR線發(fā)出總線請求。中央仲裁器接到請求信號以后，在BS線為“0”的情況下讓計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址相一致時，該設(shè)備 置“1”BS

13、線，獲得了總線使用權(quán)，此時中止計(jì)數(shù)查詢。 每次計(jì)數(shù)可以從“0”開始，也可以從中止點(diǎn)開發(fā)始。如果從“0”開始，各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤?，?yōu)先級的順序是固定的。如果從中止點(diǎn)開始，則每個設(shè)備使用總線的優(yōu)級相等。 計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來設(shè)置，這可以方便地改變優(yōu)先次序，但這種靈活性是以增加線數(shù)為代價的?？煞奖愕母淖儍?yōu)先級。,30,6.3 總線的仲裁,在獨(dú)立請求方式中，每一個共享總線的設(shè)備均有一對總線請求線BRi和總線授權(quán)線BGi。當(dāng)設(shè)備要求使用總線時，便發(fā)出該設(shè)備的請求信號。總線仲裁器中有一個排隊(duì)電路，它根據(jù)一定的優(yōu)先次序決定首先響應(yīng)哪個設(shè)備的請求，給設(shè)備以授權(quán)信號BGi。獨(dú)立請求方式的優(yōu)點(diǎn)是

14、響應(yīng)時間快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時間少，用不著一個設(shè)備接一個設(shè)備地查詢。其次，對優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活。它可以預(yù)先固定，例如BR0優(yōu)先級最高，BR1次之BRn最低；也可以通過程序來改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽（禁止）某個請求的辦法，不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請求。因此當(dāng)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請求方式。,31,6.3 總線的仲裁,獨(dú)立請求方式：優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時間快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時間少。對優(yōu)先次序的控制也是相當(dāng)靈活的。,32,6.3 總線的仲裁,33,6.3 總線的仲裁,二、分布式仲裁 分布式仲裁：不需要中央仲裁器，而是多個仲裁器競爭使用總線。當(dāng)它們有總線請求時，把它們唯一的仲裁號發(fā)送

15、到共享的仲裁總線上，每個仲裁器將仲裁總線上得到的號與自己的號進(jìn)行比較。如果仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應(yīng)，并撤消它的仲裁號。最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。顯然，分布式仲裁是以優(yōu)先級仲裁策略為基礎(chǔ)。,34,6.3 總線的仲裁,分布式仲裁示意圖,35,6.3 總線的仲裁,（1）所有參與本次競爭的各主設(shè)備將設(shè)備競爭號CN取反后打到仲裁總線AB上，以實(shí)現(xiàn)“線或”邏輯。AB線低電平時表示至少有一個主設(shè)備的CNi為1，AB線高電平時表示所有主設(shè)備的CNi為0。 （2）競爭時CN與AB逐位比較，從最高位（b7）至最低位（b0）以一維菊花鏈方式進(jìn)行，只有上一位競爭得勝者Wi+1位為1。當(dāng)CN

16、i=1，或CNi=0且ABi為高電平時，才使Wi位為1。若Wi=0時，將一直向下傳遞，使其競爭號后面的低位不能送上AB線。 （3）競爭不到的設(shè)備自動撤除其競爭號。在競爭期間，由于W位輸入的作用，各設(shè)備在其內(nèi)部的CN線上保留其競爭號并不破壞AB線上的信息。 （4）由于參加競爭的各設(shè)備速度不一致，這個比較過程反復(fù)（自動）進(jìn)行，才有最后穩(wěn)定的結(jié)果。競爭期的時間要足夠，保證最慢的設(shè)備也能參與競爭。,36,6.4總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式,一、總線定時 總線的信息傳送過程：請求總線、總線仲裁、尋址、信息傳送、狀態(tài)返回。 定時：事件出現(xiàn)在總線上的時序關(guān)系。 同步定時： 異步定時：,37,6.4總線的定時和數(shù)

17、據(jù)傳送模式,1、同步定時,38,6.4總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式,2、異步定時,39,【例3】某CPU采用集中式仲裁方式，使用獨(dú)立請求與菊花鏈查詢相結(jié)合的二維總線控制結(jié)構(gòu)。每一對請求線BRi和授權(quán)線BGi組成一對菊花鏈查詢電路。每一根請求線可以被若干個傳輸速率接近的設(shè)備共享。當(dāng)這些設(shè)備要求傳送時通過BRi線向仲裁器發(fā)出請求，對應(yīng)的BGi線則串行查詢每個設(shè)備，從而確定哪個設(shè)備享有總線控制權(quán)。請分析說明圖6.14所示的總線仲裁時序圖。,40,,,41,解：從時序圖看出，該總線采用異步定時協(xié)議。 當(dāng)某個設(shè)備請求使用總線時，在該設(shè)備所屬的請求線上發(fā)出申請信號BRi（1）。 CPU按優(yōu)先原則同意后給出授權(quán)

18、信號BGi作為回答（2）。 BGi鏈?zhǔn)讲樵兏髟O(shè)備，并上升從設(shè)備回答SACK信號證實(shí)已收到BGi信號（3）。 CPU接到SACK信號后下降BG作為回答（4）。 在總線“忙”標(biāo)志BBSY為“0”情況該設(shè)備上升BBSY，表示該設(shè)備獲得了總線控制權(quán)，成為控制總線的主設(shè)備（5）。 在設(shè)備用完總線后，下降BBSY和SACK（6） 釋放總線。 在上述選擇主設(shè)備過程中，可能現(xiàn)行的主從設(shè)備正在進(jìn)行傳送。此時需等待現(xiàn)行傳送結(jié)束，即現(xiàn)行主設(shè)備下降BBSY信號后（7），新的主設(shè)備才能上升BBSY，獲得總線控制權(quán)。,42,6.4總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式,二、總線數(shù)據(jù)傳送模式 讀、寫操作：讀操作是由從方到主方的數(shù)據(jù)傳送；

19、寫操作是由主方到從方的數(shù)據(jù)傳送。一般，主方先以一個總線周期發(fā)出命令和從方地址，經(jīng)過一定的延時再開始數(shù)據(jù)傳送總線周期。為了提高總線利用率，減少延時損失，主方完成尋址總線周期后可讓出總線控制權(quán)，以使其他主方完成更緊迫的操作。然后再重新競爭總線，完成數(shù)據(jù)傳送總線周期。,43,6.4總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式,塊傳送操作：只需給出塊的起始地址，然后對固定塊長度的數(shù)據(jù)一個接一個地讀出或?qū)懭?。對于CPU（主方）存儲器（從方）而言的塊傳送，常稱為猝發(fā)式傳送，其塊長一般固定為數(shù)據(jù)線寬度（存儲器字長）的4倍。例如一個64位數(shù)據(jù)線的總線，一次猝發(fā)式傳送可達(dá)256位。這在超標(biāo)量流水中十分有用。,44,6.4總線的定時

20、和數(shù)據(jù)傳送模式,寫后讀、讀修改寫操作：這是兩種組合操作。只給出地址一次（表示同一地址），或進(jìn)行先寫后讀操作，或進(jìn)行先讀后寫操作。前者用于校驗(yàn)?zāi)康?，后者用于多道程序系統(tǒng)中對共享存儲資源的保護(hù)。這兩種操作和猝發(fā)式操作一樣，主方掌管總線直到整個操作完成。,45,6.4總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式,廣播、廣集操作：一般而言，數(shù)據(jù)傳送只在一個主方和一個從方之間進(jìn)行。但有的總線允許一個主方對多個從方進(jìn)行寫操作，這種操作稱為廣播。與廣播相反的操作稱為廣集，它將選定的多個從方數(shù)據(jù)在總線上完成AND或OR操作，用以檢測多個中斷源。,46,6.4總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式,演示過程,47,6.5 HOST總線和PCI總

21、線,一、多總線結(jié)構(gòu) 如圖，典型的多總線結(jié)構(gòu)框圖。實(shí)際上，這也是高檔PC機(jī)和服務(wù)器的主板總線框圖。,48,6.5 HOST總線和PCI總線,HOST總線：該總線有CPU總線、系統(tǒng)總線、主存總線、前端總線等多種名稱，各自反映了總線功能的一個方面。這里稱“宿主”總線，也許更全面，因?yàn)镠OST總線不僅連接主存，還可以連接多個CPU。 HOST總線：連接“北橋”芯片與CPU之間的信息通路，它是一個64位數(shù)據(jù)線和32位地址線的同步總線。32位的地址線可支持處理器4GB的存儲尋址空間?？偩€上還接有L2級cache，主存與cache控制器芯片。后者用來管理CPU對主存和cache的存取操作。CPU擁有HOST

22、總線的控制權(quán)，但在必要情況下可放棄總線控制權(quán)。,49,6.5 HOST總線和PCI總線,PCI總線：連接各種高速的PCI設(shè)備。PCI是一個與處理器無關(guān)的高速外圍總線，又是至關(guān)重要的層間總線。它采用同步時序協(xié)議和集中式仲裁策略，并具有自動配置能力。PCI設(shè)備可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備，或兼而有之。在PCI設(shè)備中不存在DMA（直接存儲器傳送）的概念，這是因?yàn)镻CI總線支持無限的猝發(fā)式傳送。這樣，傳統(tǒng)總線上用DMA方式工作的設(shè)備移植到PCI總線上時，采用主設(shè)備工作方式即可。系統(tǒng)中允許有多條PCI總線，它們可以使用HOST橋與HOST總線相連，也可使用PCI/PCI橋與已和HOST總線相連的PCI總

23、線相連，從而得以擴(kuò)充PCI總線負(fù)載能力。 LAGACY總線：可以是ISA，EISA，MCA等這類性能較低的傳統(tǒng)總線，以便充分利用市場上豐富的適配器卡，支持中、低速I/O設(shè)備。,50,6.5 HOST總線和PCI總線,在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中有三種橋。其中HOST橋又是PCI總線控制器，含有中央仲裁器。橋起著重要的作用，它連接兩條總線，使彼此間相互通信。橋又是一個總線轉(zhuǎn)換部件，可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上，從而使系統(tǒng)中任意一個總線主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表。 橋本身的結(jié)構(gòu)可以十分簡單，如只有信號緩沖能力和信號電平轉(zhuǎn)換邏輯，也可以相當(dāng)復(fù)雜，如有規(guī)程轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)快存、裝拆數(shù)據(jù)

24、等。,51,6.5 HOST總線和PCI總線,二、 PCI總線信號線 PCI總線的基本傳輸機(jī)制是猝發(fā)式傳送，利用橋可以實(shí)現(xiàn)總線間的猝發(fā)式傳送。寫操作時，橋把上層總線的寫周期先緩存起來，以后的時間再在下層總線上生成寫周期，即延遲寫。讀操作時，橋可早于上層總線，直接在下層總線上進(jìn)行預(yù)讀。無論延遲寫和預(yù)讀，橋的作用可使所有的存取都按CPU的需要出現(xiàn)在總線上。,52,6.5 HOST總線和PCI總線,PCI總線信號線 必要引腳控設(shè)備49條 目標(biāo)設(shè)備47條 可選引腳51條（主要用于64位擴(kuò)展、中 斷請求、高速緩存支持等） 總引腳數(shù)120條（包含電源、地、保留 引腳等）,53,6.5 HOST總線和PCI

25、總線,三、總線周期類型 PCI總線周期由當(dāng)前被授權(quán)的主設(shè)備發(fā)起。PCI支持任何主設(shè)備和從設(shè)備之間點(diǎn)到點(diǎn)的對等訪問，也支持某些主設(shè)備的廣播讀寫。 存儲器讀/寫總線周期 存儲器寫和使無效周期 特殊周期 配置讀/寫周期,54,6.5 HOST總線和PCI總線,四、總線周期操作,55,6.5 HOST總線和PCI總線,PCI總線周期的操作過程有如下特點(diǎn)： （1）采用同步時序協(xié)議?？偩€時鐘周期以上跳沿開始，半個周期高電平，半個周期低電平。總線上所有事件，即信號電平轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在時鐘信號的下跳沿時刻，而對信號的采樣出現(xiàn)在時鐘信號的上跳沿時刻。 （2）總線周期由被授權(quán)的主方啟動，以幀F(xiàn)RAME#信號變?yōu)橛行碇?/p>

26、示一個總線周期的開始。 （3）一個總線周期由一個地址期和一個或多個數(shù)據(jù)期組成。在地址期內(nèi)除給出目標(biāo)地址外，還在C/BE#線上給出總線命令以指明總線周期類型。 （4）地址期為一個總線時鐘周期，一個數(shù)據(jù)期在沒有等待狀態(tài)下也是一個時鐘周期。一次數(shù)據(jù)傳送是在掛鉤信號IRDY#和TRDY#都有效情況下完成，任一信號無效（在時鐘上跳沿被對方采樣到），都將加入等待狀態(tài)。 （5）總線周期長度由主方確定。在總線周期期間FRAME#持續(xù)有效，但在最后一個數(shù)據(jù)期開始前撤除。即以FRAME#無效后，IRDY#也變?yōu)闊o效的時刻表明一個總線周期結(jié)束。由此可見，PCI的數(shù)據(jù)傳送以猝發(fā)式傳送為基本機(jī)制，單一數(shù)據(jù)傳送反而成為猝

27、發(fā)式傳送的一個特例。并且PCI具有無限制的猝發(fā)能力，猝發(fā)長度由主方確定，沒有對猝發(fā)長度加以固定限制。 （6）主方啟動一個總線周期時要求目標(biāo)方確認(rèn)。即在FRAME#變?yōu)橛行Ш湍繕?biāo)地址送上AD線后，目標(biāo)方在延遲一個時鐘周期后必須以DEVSEL#信號有效予以響應(yīng)。否則，主設(shè)備中止總線周期。 （7）主方結(jié)束一個總線周期時不要求目標(biāo)方確認(rèn)。目標(biāo)方采樣到FRAME#信號已變?yōu)闊o效時，即知道下一數(shù)據(jù)傳送是最后一個數(shù)據(jù)期。目標(biāo)方傳輸速度跟不上主方速度，可用TRDY#無效通知主方加入等待狀態(tài)時鐘周期。當(dāng)目標(biāo)方出現(xiàn)故障不能進(jìn)行傳輸時，以STOP#信號有效通知主方中止總線周期。,56,6.5 HOST總線和PCI總

28、線,五、總線仲裁 PCI總線采用集中式仲裁方式，每個PCI主設(shè)備都有獨(dú)立的REQ#（總線請求）和GNT#（總線授權(quán)）兩條信號線與中央仲裁器相連。由中央仲裁器根據(jù)一定的算法對各主設(shè)備的申請進(jìn)行仲裁，決定把總線使用權(quán)授予誰。但PCI標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定仲裁算法。,57,6.6 InfiniBand標(biāo)準(zhǔn),,58,6.6 InfiniBand標(biāo)準(zhǔn),,返回,59,本 章 小 結(jié),總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)構(gòu)，是多個系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通道，并在爭用資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作。 總線有物理特性、功能特性、電氣特性、機(jī)械特性，因此必須標(biāo)準(zhǔn)化。 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線從ISA總線（16位，帶寬8MB/s

29、）發(fā)展到EISA總線（32位，帶寬33.3MB/s）和VESA總線（32位，帶寬132MB/s），又進(jìn)一步發(fā)展到PCI總線（64位，帶寬264MB/s）。 衡量總線性能的重要指標(biāo)是總線帶寬，它定義為總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率。,返回,60,本 章 小 結(jié),當(dāng)代流行的標(biāo)準(zhǔn)總線追求與結(jié)構(gòu)、CPU、技術(shù)無關(guān)的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。其總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含： 數(shù)據(jù)傳送總線（由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成）； 仲裁總線； 中斷和同步總線； 公用線（電源、地線、時鐘、復(fù)位等信號線）。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用條件和硬件資源不同，信息的傳輸方式可采用： 并行傳送； 串行傳送； 復(fù)用傳送。,返回,61,本 章 小 結(jié),各種外圍

30、設(shè)備必須通過I/O接口與總線相連。I/O接口是指CPU、主存、外圍設(shè)備之間通過總線進(jìn)行連接的邏輯部件。接口部件在它動態(tài)聯(lián)結(jié)的兩個功能部件間起著緩沖器和轉(zhuǎn)換器的作用，以便實(shí)現(xiàn)彼此之間的信息傳送。 總線仲裁是總線系統(tǒng)的核心問題之一。為了解決多個主設(shè)備同時競爭總線控制權(quán)的問題，必須具有總線仲裁部件。它通過采用優(yōu)先級策略或公平策略，選擇其中一個主設(shè)備作為總線的下一次主方，接管總線控制權(quán)。按照總線仲裁電路的位置不同: 集中式仲裁:仲裁方式必有一個中央仲裁器，它受理所有功能模塊的總線請求，按優(yōu)先原則或公平原則。 分布式仲裁。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個功能模塊都有自己的仲裁號和仲裁器。,返回,62,本

31、 章 小 結(jié),總線定時是總線系統(tǒng)的又一核心問題之一。為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時協(xié)議，通常采用同步定時與異步定時兩種方式 在同步定時協(xié)議中，事件出現(xiàn)在總線上的時刻由總線時鐘信號來確定，總線周期的長度是固定的。 在異步定時協(xié)議中，后一事件出現(xiàn)在總線上的時刻取決于前一事件的出現(xiàn)，即建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上，不需要統(tǒng)一的公共時鐘信號。 在異步定時中，總線周期的長度是可變的。當(dāng)代的總線標(biāo)準(zhǔn)大都能支持以下數(shù)據(jù)傳送模式：讀/寫操作；塊傳送操作；寫后讀、讀修改寫操作；廣播、廣集操作。,返回,63,本 章 小 結(jié),PCI總線是當(dāng)前實(shí)用的總線，是一個高帶寬且與處理器無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)總線，又是重要的層次總線。它采用同步定時協(xié)議和集中式仲裁策略，并具有自動配置能力。PCI適合于低成本的小系統(tǒng)，因此在微型機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)，瞄準(zhǔn)了高端服務(wù)器市場的最新I/O規(guī)范，它是一種基于開關(guān)的體系結(jié)構(gòu)，可連接多達(dá)64000個服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能替代當(dāng)前服務(wù)器中的PCI總線，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)30GB/s。因此適合于高成本的較大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,返回,