接口技術(shù)課件：第三章 總線

1、第三章 總 線2011/10 東北大學(xué) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究所第三章 總 線3.1 總線的基本概念3.2 IBM PC 總線3.3 ISA 總線習(xí) 題3.4 PCI 總線3.5 PCI Express總線總線的優(yōu)點(diǎn)：模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；各廠商的產(chǎn)品互相兼容；便于系統(tǒng)擴(kuò)充和升級(jí)；便于故障診斷和維修。3.1 總線的基本概念總線的分類：片內(nèi)總線，元件級(jí)總線(內(nèi)總線），插件板級(jí)總線（系統(tǒng)總線），設(shè)備級(jí)總線（外總線）。 內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級(jí)的互連；而系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級(jí)的互連；外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，微機(jī)

2、作為一種設(shè)備，通過該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級(jí)的互連。 3.1 總線的基本概念*前端總線（FSB）：是將CPU連接到北橋芯片的總線。通常指外頻(以前指系統(tǒng)總線的頻率），如266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz幾種，代表著CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸量（*數(shù)據(jù)位/8）。 *FSB=外頻*4（Intel）/外頻*2（AMD） 3.1 總線的基本概念總線的組成：數(shù)據(jù)總線DB，地址總線AB，控制總線CB。（電源線和地線）?？偩€的規(guī)范：機(jī)械規(guī)范，功能規(guī)范，電氣規(guī)范。3.1 總線的基本概念總線的性能指標(biāo)：總線的定時(shí)協(xié)議 同步

3、，異步，半同步總線頻寬 總線本身所能達(dá)到的最高數(shù)據(jù) 傳輸速率?？偩€傳輸率 系統(tǒng)在一定方式下總線所能達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率。3.1 總線的基本概念單位時(shí)間（如1秒）內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)稱為頻率（單位是Hz）。CPU的主頻，即CPU內(nèi)核工作的時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘周期的倒數(shù)。？指令周期：取指周期和執(zhí)行周期。第三章 總 線3.3 ISA 總線習(xí) 題3.4 PCI 總線3.5 PCI Express總線3.2 IBM PC 總線3.1 總線的基本概念I(lǐng)BM PC 總線82848088808782828286828882598237A1916AD70A190D70PC BUSIRQ70DRQ30DACK30IOR/I

4、OWMEMR/MEMWCLKAEN I/O CHCK I/OCHRDY 為什么有多個(gè)地線和電源線？3.2 IBM PC 總線第三章 總 線3.2 IBM PC 總線習(xí) 題3.4 PCI 總線3.5 PCI Express總線3.1 總線的基本概念3.3 ISA總線IBM PC 總線8228480286802878259x28237x2A230AD160A230D160ISA BUSIRQ150DRQ73,1,0DACK73,1,0IOR/IOWMEMR/MEMWCLKAEN I/O CHCK I/OCHRDY 如何保持兼容？3.3 ISA 總線鎖存器收發(fā)器總線控制器SBHE PC總線：8位DB

5、，20位AB，62Pin，適用于8086/8088。ISA總線：16位DB，24位AB，98Pin，適用于80286，在80386及以后的CPU的主板上應(yīng)用了很長(zhǎng)時(shí)間，目前正逐漸被淘汰。向下兼容，即PC總線上的設(shè)備也可以用在ISA總線上。A1A31B1B31C1D1C18D18PC 總線ISA 總線接口插板布線圖C、DA、B3.3 ISA 總線EISA總線：32位DB，32位AB，188Pin，適用于 8086/80486，同樣也向下兼容，即原AT機(jī)上的各種插板也可以插在EISA總線上。A1A31B1B31C1D1C18D18EFHGA、BE、FG、HC、D接口插板布線圖* EISA 總線第三

6、章 總 線3.2 IBM PC 總線習(xí) 題3.3 ISA 總線3.5 PCI Express總線3.1 總線的基本概念3.4 PCI總線局部總線：速度更快，介于CPU和ISA之間。適用于80486以上的CPU的主板。如VL總線，PCI總線。與其它總線不兼容。CPUMEMISA總線控制器硬盤適配器CRT適配器ISA總線局部總線控制器ISA總線控制器CPUMEM網(wǎng)絡(luò)適配器CRT適配器FAX適配器打印機(jī)適配器ISA總線PCI總線3.4 PCI 總線PCI總線的特點(diǎn)支持一種線性突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸模式，即由一個(gè)地址順序讀寫大量數(shù)據(jù)?？偩€主控，任何一個(gè)有處理能力的外設(shè)都可暫時(shí)接管總線。同步操作功能，確保CPU與

7、總線同步操作。PCI芯片將大量系統(tǒng)功能高度集成，而且AB和DB多路復(fù)用。PCI總線與CPU時(shí)鐘頻率無關(guān)，以其獨(dú)特的中間緩沖器，獨(dú)立于CPU ，不必?fù)?dān)心外設(shè)在不同時(shí)鐘頻率下引起性能沖突。自動(dòng)設(shè)置參數(shù)（I/O端口，中斷號(hào)等），即PnP。3.4 PCI 總線PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Processor橋/RAM控制器DRAMCache擴(kuò)展總線橋 網(wǎng)卡顯卡. 聲卡IDE卡. 3.4 PCI 總線PCI總線的接口信號(hào)在PCI應(yīng)用系統(tǒng)中，有主設(shè)備和從設(shè)備，主設(shè)備需要49根信號(hào)線，從設(shè)備至少需要47根系統(tǒng)接口信號(hào):CLK、RST。地址數(shù)據(jù)接口信號(hào)：AD031/3263、C/BE03/47、PAR。接口控制信號(hào)：F

8、RAME、IRDY、TRDY、STOP、LOCK、IDSEL、DEVSREL 總裁信號(hào)：REQ、GNT。 錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)：PERR、SERR、中斷接口信號(hào)：INTA、INTB、INTC、INTD其它接口信號(hào)：SBO、SDONE3.4 PCI 總線PCI總線的配置空間3.4 PCI 總線PCI總線的配置空間00H01H:廠商標(biāo)識(shí)，R/W，從擴(kuò)展ROM裝入。02H03H：設(shè)備標(biāo)識(shí)，R，從擴(kuò)展ROM裝入。04H05H：PCI命令，W/R，未用。06H07H：PCI狀態(tài)，R，未用。08H：版本標(biāo)識(shí)，R，從擴(kuò)展ROM裝入。09H0BH：設(shè)備類別碼，R，從擴(kuò)展ROM裝入。0CH：高速緩存行大小，R，未用。3

9、.4 PCI 總線0DH：延時(shí)定時(shí)器，W/R，從擴(kuò)展ROM裝入。0EH：首區(qū)類型，R，從擴(kuò)展ROM裝入。0FH：內(nèi)建自測(cè)區(qū)，R，從擴(kuò)展ROM裝入。PCI總線的配置空間10H27H:基地址寄存器，高位R/W，低位R，從擴(kuò)展ROM裝入。28H2FH：保留。30H：擴(kuò)展ROM基地址，從擴(kuò)展ROM裝入。34H3BH：保留。3CH：中斷線寄存器，R/W，從擴(kuò)展ROM裝入。3.4 PCI 總線3DH：中斷引腳寄存器，R，從擴(kuò)展ROM裝入。3EH：最小允許，R，從擴(kuò)展ROM裝入。3FH：最大延時(shí)，R，從擴(kuò)展ROM裝入。40HFFH ：保留。圖3-19 PCI接口基本結(jié)構(gòu) 3.4 PCI 總線第三章 總 線3

10、.2 IBM PC 總線3.4 PCI總線3.3 ISA 總線習(xí)題3.1 總線的基本概念3.5 PCI Express總線PCI Express鏈路3.5 PCI -Express總線PCI Express 鏈路：2個(gè)低電壓差分信號(hào)對(duì)組成，分別完成發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)采用8b/10b編碼。PCI Express拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.5 PCI -Express總線根組件：用于處理器、內(nèi)存和I/O設(shè)備之間的連接。交換器：取代橋接器，為I/O總線提供轉(zhuǎn)發(fā)。終端設(shè)備：總線事務(wù)的發(fā)送者、執(zhí)行者或完成者，分為傳統(tǒng)終端設(shè)備和PCI Express設(shè)備。PCI Express交換器3.5 PCI -Express

11、總線 多個(gè)虛擬PCI-PCI橋設(shè)備的邏輯組合，使用PCI橋機(jī)制傳遞事務(wù)，只能在2個(gè)下游端口之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。PCI Express體系結(jié)構(gòu)3.5 PCI -Express總線物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、事務(wù)層。PCI Express體系結(jié)構(gòu)3.5 PCI -Express總線物理層:決定總線的物理特性，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接、差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)、熱插拔、可配置帶寬。包括所有的接口電路，如驅(qū)動(dòng)器/緩沖器、串/并轉(zhuǎn)換、鎖相和阻抗匹配等。數(shù)據(jù)鏈路層：確保數(shù)據(jù)包可靠正確的傳輸事務(wù)層：對(duì)事務(wù)層數(shù)據(jù)包的封裝和解封。第三章 總 線3.2 IBM PC 總線3.4 PCI總線3.3 ISA 總線3.5 PCI Express

12、總線3.1 總線的基本概念習(xí) 題解釋下列名詞：ISA EISA PCI AGP PCMCIA 。總線分為那些類？總線的參數(shù)有哪些？什么是總線的頻寬？什么是總線的傳輸率？ISA總線如何與PC總線保持兼容？ISA總線如何與PC總線保持兼容？ISA總線的I/O及MEM的可尋址范圍？ 利用ISA總線制作一塊I/O擴(kuò)展卡，其I/O地址范圍如何 選擇？設(shè)定4個(gè)I/O端口地址，并設(shè)計(jì)譯碼電路？習(xí) 題PCI總線的特點(diǎn)？PCI總線的命令有哪些？PCI總線中有哪幾種地址空間？配置寄存器的頭空間由哪些部分組成？何為信號(hào)的多路復(fù)用？采用多路復(fù)用方法的優(yōu)缺點(diǎn)？習(xí) 題AGP-加速圖形端口主要目的是配合DIB雙重獨(dú)立總線技

13、術(shù)和MMX多媒體技術(shù)，提高圖形尤其是3D圖形的顯示能力。圖（A）表示用軟件對(duì)MPEG2影像數(shù)據(jù)解壓，然后通過PCI總線將數(shù)據(jù)傳送到顯卡。圖2（B）表示將數(shù)據(jù)通過AGP傳送到顯卡。CPU芯片組內(nèi)存顯卡IDE CPU芯片組內(nèi)存顯卡IDE（A）（B）PCIPCIAGP* AGP 總線AGP-加速圖形端口* AGP 總線AGP（Accelerated Graphics Port）加速圖形端口是在PCI圖形接口的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。隨著3 D游戲做得越來越復(fù)雜，使用了大量的3 D特效和紋理，使原來傳輸速率為133MB/S的PCI總線越來越不堪重負(fù)，因此高帶寬的AGP才得以浮出水面。這是一種與PCI總線迥然

14、不同的圖形接口，它完全獨(dú)立于PCI總線之外，直接把顯卡與主板控制芯片聯(lián)在一起，使得3D圖形數(shù)據(jù)省略了越過PCI總線的過程，從而很好地解決了低帶寬PCI接口造成的系統(tǒng)瓶頸問題?？梢哉f，AGP代替PCI成為新的圖形端口是技術(shù)發(fā)展的必然。AGP-加速圖形端口* AGP 總線AGP 8X作為新一代AGP并行接口總線，在數(shù)據(jù)傳輸頻寬上和它的先輩AGP 4X一樣都是32bit，但總線速度將達(dá)到史無前例的66MHz8=533MHz，在數(shù)據(jù)傳輸帶寬上也會(huì)達(dá)到2.1GB/s的高度，這些都是原來的AGP并行接口無法企及的。它的推出正好適應(yīng)了現(xiàn)今CPU和GPU（圖形工作站）的飛速發(fā)展。隨著CPU主頻的逐步提升以及G

15、PU的性能的日新月異，系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)所要處理的3D圖形和紋理越來越多，大量的數(shù)據(jù)要在極短的時(shí)間內(nèi)頻繁地在CPU和GPU之間反復(fù)交換，這使原來運(yùn)行頻率為66MHz的AGP接口已越來越跟不上它們交換的速度，系統(tǒng)的性能因此而大受影響，正像當(dāng)年AGP取代PCI總線一樣，AGP 8X終于走上了時(shí)代的舞臺(tái)。AGP-加速圖形端口* AGP 總線 最初的顯示設(shè)備是采用PCI總線，工作頻率為33MHz，數(shù)據(jù)模式為32bit，傳輸帶寬為133MB/s。隨著AGP 1.0規(guī)范的推出，AGP 1x和2x顯示設(shè)備成為主流。1X模式的工作頻率達(dá)到PCI總線的兩倍66MHz，傳輸帶寬理論上可達(dá)到266MB/s。2X工作頻率同樣為66MHz，但是它使用正負(fù)沿（一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿和下降沿）觸發(fā)方式，在一個(gè)時(shí)鐘周期的上下沿各傳送一次數(shù)據(jù)，使傳輸帶寬增加1倍，而這種觸發(fā)信號(hào)的工作頻率為133MHz，這樣AGP 2X的傳輸帶寬為266MB/s2（觸發(fā)次數(shù)）532MB/s的高度。4X仍使用這種信號(hào)觸發(fā)方式，只是利用兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)在每個(gè)時(shí)鐘周期分別引起兩次觸發(fā)，從而在一個(gè)時(shí)鐘周期觸發(fā)4次，這樣在理論上就可以達(dá)到266MB/s2（單信號(hào)觸發(fā)次數(shù)）2（信號(hào)個(gè)數(shù)）1064MB/s。AGP-加速圖形端口* AGP 總線 在AGP 8X規(guī)范中，這種觸發(fā)模式