机械工业出版社 计算机组成原理 黄颖等主编 huangyingcqupt.edu.cn,计算机组成原理,第四章 系统总线,4.1 系统总线概述,4.1.1 总线的分类 总线可以分为片内总线、系统总线和通信总线。 4.1.2 总线的特性和性能指标 1、总线特性 (1) 机械特性 (2) 电气特性 (3) 功能特性 (4) 时间特性 2、总线的性能指标,4.2 总线的通信方式,总线操作周期可以分成4个传输阶段: 申请分配阶段 当主模块要求在总线上通信时，它首先要向总线仲裁器提出使用总线的申请。总线仲裁器经过判断认为可以批准主模块使用总线，它就把下一个传输周期的使用权交给主模块。 寻址阶段 获得使用总线的主模块要在总线上提出它要进行通信的从模块的地址以及进行何种通信的控制信息。当这些信息被从模块接受后，从模块就要启动，做好相应的通信准备。,数据交换阶段 这时，主模块与相应的从模块彼此已建立了通信的机制，各种信息则由发送模块传输到接收模块，进行实际的数据交换。 撤消阶段 一组信息传输完毕，主模块应通知总线仲裁器，并把总线使用权交给总线仲裁器，以便让其它模块能使用总线进行通信。即使刚使用完总线的模块需要继续使用总线进行通信，也需要重新向总线仲裁器提出申请。当然对于只有一个主控设备的单处理器系统，实际上不存在总线请求、分配和撤消问题，总线始终归它所有。,4.2.1 同步通信方式 优点是规定明确、统一，模块间的配合简单一致。缺点主要有两个：一是由于时钟通过长距离传输后相位会漂移，因而同步总线距离很短，对于高速同步总线这个问题尤其突出；第二是总线可能连接不同速度的设备，同步总线的工作频率必须以最慢的设备为基准，这样会严重影响总线的工作效率，不利于系统整体性能的提高。同步通信一般应用于总线长度较短，各部件存取时间比较一致的场合。,4.2.2 异步通信方式,互锁类型,4.3 总线仲裁,4.3.1 集中式仲裁方式 1、链式查询,2、计数器定时查询,3、独立请求方式,4.3.2 分布式仲裁方式,4.4 总线结构,4.4.1 单总线结构 4.4.2 多总线结构,4.5 常用高速总线标准,4.5.1 PCI PCI总线的主要特点有： 突出的高性能 良好的兼容性 支持即插即用 多主设备能力 数据的完整性 优良的软件兼容性 两种信号环境 低成本,2、PCI的典型应用,3、PCI总线信号 4、PCI总线传输过程,5、PCI总线仲裁,4.5.2 AGP,4.5.3 PCI Express 1、PCI Express的体系结构,PCI Express总线与原有的PCI总线的主要区别有： 集中式的交换网络替代了多站的总线结构； 串行的点到点连接取代了并行的总线； PCI总线的通信过程是主设备首先申请到总线的使用权，然后寻找从设备，进而进行主从设备之间的通信。而PCI Express中则是从一个设备发送一个数据包到另一个设备，包由包头和有效负载组成。包头包括控制信息和寻址信息，而有效负载则是单纯传送的数据。从本质上来看，PCI Express结构的PC机实际上就是一个微型的包交换网络。 接口卡和交换设备之间的连线距离比较长，最长可达到50m，这就允许系统分离； PCI Express总线系统是一个包交换网络，所以可伸缩性比较强，可根据需要扩展系统的规模； 支持热插拔，比较灵活； 串行接头比原来的PCI接头要小很多，所以设备可以做的小一些，支持嵌入式系统和小型设备。,2、PCI Express的协议栈,