計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)第5章.ppt
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1,第5章 微機(jī)總線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn),2,總線(xiàn)是計(jì)算機(jī)中各模塊之間傳送信息的通道或計(jì)算機(jī)之間傳送信息的公共通道。 總線(xiàn)是一組導(dǎo)線(xiàn)和相關(guān)的控制、驅(qū)動(dòng)電路的集合。 總線(xiàn)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的通道。 任一時(shí)刻,只能有一個(gè)部件/設(shè)備通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù),其他部件只能處于接收狀態(tài)。,5.1.1 總線(xiàn)的基本概念,3,物理特性: 總線(xiàn)的物理連接方式 功能特性: 一組總線(xiàn)中每一根線(xiàn)的功能 電氣特性: 每一根線(xiàn)上信號(hào)的傳遞方向和有效電平范圍 時(shí)間特性: 每根線(xiàn)在什么時(shí)間有效,5.1.2 總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的4個(gè)特性,4,5.1.3 總線(xiàn)的分類(lèi)及特點(diǎn),按傳送信息的類(lèi)型劃分 數(shù)據(jù)總線(xiàn)(Data Bus,DB) 傳輸數(shù)據(jù)信息,雙向三態(tài) 其寬度決定了其數(shù)據(jù)傳輸能力 例如,ISA總線(xiàn)為16位,PCI總線(xiàn)為32/64位 地址總線(xiàn)(Address Bus,AB) 傳輸?shù)刂沸畔?,單向三態(tài) 其寬度決定了微機(jī)系統(tǒng)的尋址能力 例如,ISA為24位,可尋址16MB;PCI為32/64位,可尋址4GB/224TB 控制總線(xiàn)(Control Bus,CB) 傳輸控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信號(hào) 特點(diǎn)各異:三態(tài)、入/出/雙向等特性均不相同,5,總線(xiàn)的分類(lèi)及特點(diǎn)(按總線(xiàn)的規(guī)模、應(yīng)用),片內(nèi)總線(xiàn):元件級(jí)總線(xiàn),微處理器內(nèi)部總線(xiàn) 主板局部總線(xiàn):主板上連接各插件的公共通路 ISA: Industry Standard Architecture EISA: Extended Industry Standard Architecture VESA: Video Electronics Standard Architecture PCI: Perpheral Component Interconnect AGP: Accelerated Graphics Port 系統(tǒng)總線(xiàn):模塊式微型計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)的底板總線(xiàn) MULTI BUS I ,MULTI BUS II STD BUS VEM BUS FUTURE BUS 通信總線(xiàn): 外總線(xiàn)或設(shè)備總線(xiàn),6,5.2 總線(xiàn)的結(jié)構(gòu),微機(jī)系統(tǒng)各部件與總線(xiàn)的連接方式 單總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 多總線(xiàn)結(jié)構(gòu),,7,單總線(xiàn)結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,CPU,M,M,I/O,I/O,I/O,,缺點(diǎn):高速的存儲(chǔ)器與低速的I/O接口競(jìng)爭(zhēng)總線(xiàn),影響了存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度,8,雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu),面向CPU的雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu),,,,,,,,,CPU,M,I/O,I/O,I/O,,,缺點(diǎn):存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸必須通過(guò)CPU,9,雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu),面向存儲(chǔ)器的雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,CPU,M,I/O,I/O,I/O,,,,,,,10,多總線(xiàn)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中擁有兩個(gè)以上的總線(xiàn),11,5.3.1 總線(xiàn)的基本功能,數(shù)據(jù)傳送控制 仲裁控制 數(shù)據(jù)校驗(yàn)與糾錯(cuò) 隔離與驅(qū)動(dòng),12,一、總線(xiàn)傳送控制,同步方式 收、發(fā)雙方嚴(yán)格地按統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作 不適合于在同一系統(tǒng)中既有高速部件又有低速部件的環(huán)境 PCI總線(xiàn)屬于同步方式總線(xiàn) 異步方式 傳輸過(guò)程無(wú)需統(tǒng)一時(shí)鐘的同步,用“請(qǐng)求”和“應(yīng)答”信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào) 傳輸速度慢 半同步方式 總體上仍是同步方式(使用基準(zhǔn)時(shí)鐘),傳輸操作與時(shí)鐘同步 設(shè)置“等待”狀態(tài)線(xiàn),在無(wú)法按時(shí)完成操作時(shí),用此狀態(tài)線(xiàn)強(qiáng)制對(duì)方延長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期 ISA總線(xiàn)即屬于半同步方式總線(xiàn),13,同步方式的時(shí)序,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,地址,,,,,數(shù)據(jù),時(shí)鐘,,,總線(xiàn)周期,總線(xiàn)周期,,時(shí)鐘周期,14,異步方式的時(shí)序,,,,,,,,,,,地址/數(shù)據(jù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,(發(fā)送方)請(qǐng)求,(接收方)應(yīng)答,15,半同步方式的時(shí)序,,,,,,,,,,,,,,,地址,,數(shù)據(jù),時(shí)鐘,,,,,就緒,,,,,,,,,,,,等待一個(gè)時(shí)鐘周期,,,16,多個(gè)設(shè)備都要使用總線(xiàn)時(shí),決定由哪個(gè)設(shè)備使用總線(xiàn)的方法。 80x86微機(jī)中采用的是獨(dú)立請(qǐng)求方式,二、總線(xiàn)的仲裁控制,鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式 計(jì)數(shù)器查詢(xún)方式 獨(dú)立請(qǐng)求方式,,17,三、總線(xiàn)隔離與驅(qū)動(dòng),不操作時(shí)把功能部件與總線(xiàn)隔離 同一時(shí)刻只能有一個(gè)部件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線(xiàn)上 提供驅(qū)動(dòng)能力 數(shù)據(jù)發(fā)送方必須提供足夠的電流以驅(qū)動(dòng)多個(gè)部件 提供鎖存能力 信息緩存和信息分離,18,總線(xiàn)電路中常用的芯片,三態(tài)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 驅(qū)動(dòng)、隔離 單向、雙向 鎖存器 信息緩存(有些同時(shí)具有總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)能力) 信息分離(如地址與數(shù)據(jù)的分離),19,,三態(tài)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器,,,,,,,,,輸入,輸出,OE,輸入,輸出,OE,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,輸入,輸出,OE,輸入,輸出,OE,,,,,,,,,,,,,,,20,典型總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器芯片,8286 / 74LS245 —— 8雙向總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 內(nèi)部包含8個(gè)雙向三態(tài)門(mén),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8286 74LS245,A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 OE,,B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 T,OE:輸出允許。 T: 方向。 T=0,B→A;T=1,A→B,,21,典型總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器芯片,74LS244 —— 8總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 內(nèi)部包含8個(gè)單向三態(tài)門(mén),分為兩組分別控制,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,74LS244,E1 E2 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4,1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4,,,,1組輸出,2組輸出,,1組輸入,2組輸入,,,22,,鎖存器,,,,,,D,CP,Q,Q,,CP D Q Q 0 0 1 1 1 0,,,,,,,,,,,D,CP,Q,,,,OE,,O,,CP D Q 0 0 1 1,,,,,,,,,I,STB,23,典型鎖存器芯片,8282 / 74LS373 —— 具有三態(tài)正相輸出的鎖存器 內(nèi)部包含8個(gè)D觸發(fā)器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8282 74LS373 8D 鎖存器,DI0 DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 DI7 STB,DO0 DO1 DO2 DO3 DO4 DO5 DO6 DO7 OE,,24,5.3.5總線(xiàn)的主要性能指標(biāo),總線(xiàn)帶寬(B/S):每秒可傳送的字節(jié)數(shù) 總線(xiàn)位寬(bit): 一次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù) 工作頻率(MHz) 掛接設(shè)備數(shù)量 總線(xiàn)帶寬=(總線(xiàn)位寬/8)工作頻率,例1:P4 CPU的FSB頻率為400MHz或800MHz,位寬為64bit。 FSB帶寬:40064/8=3.2GB/s 或 80064/8=6.4GB/s 例2:PCI總線(xiàn)的頻率為33.3MHz,位寬為32bit或64bit。 PCI帶寬:33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s,25,5.4 常用局部總線(xiàn),常用總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn) ISA(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系總線(xiàn)) Industry Standard Architecture PCI(外圍部件互連總線(xiàn)) Peripheral Component Interconnect 常用接口標(biāo)準(zhǔn) AGP(加速圖形接口) Accelerated Graphics Port IDE(集成設(shè)備接口),又稱(chēng)ATA接口 Integrated Device Electronics SCSI(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口) Small Computer System Interface 外部總線(xiàn) USB(通用串行總線(xiàn)) IEEE 1394(高性能串行總線(xiàn)),26,一、ISA總線(xiàn),主要特性 16位數(shù)據(jù)線(xiàn)(早期的為8位,已被淘汰) 24位地址線(xiàn)(可尋址16MB存儲(chǔ)器) 時(shí)鐘頻率8MHz 數(shù)據(jù)傳輸率16MB/s 提供11個(gè)中斷請(qǐng)求輸入 提供7個(gè)DMA通道 用于80286~PIII(個(gè)別P4微機(jī)也支持),27,ISA總線(xiàn)插槽,外形見(jiàn)P121,共98個(gè)引線(xiàn) 主要引線(xiàn)信號(hào): SA0~SA19(鎖存的),LA17~LA23(非鎖存的)(地址) SD0~SD15(數(shù)據(jù)) SBHE(高字節(jié)允許) MEMR、MEMW IOR、IOW AEN(地址允許,1表示處于DMA控制周期) IRQ3~I(xiàn)RQ7、IRQ9~I(xiàn)RQ11、IRQ14、IRQ15 DRQ0~DRQ3、DRQ5~DRQ7 DACK0~DACK3、DACK5~DACK7 注:ISA總線(xiàn)的DMA操作和I/O操作使用相同的地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)和I/O讀寫(xiě)控制線(xiàn)(IOR和IOW),所以AEN應(yīng)參加I/O地址譯碼。,,,,,,,,,28,簡(jiǎn)單的ISA總線(xiàn)接口(輸入接口),,D7-D0,,,D7-D0,A/D轉(zhuǎn)換器,,模擬量輸入,START,READY,數(shù)字量輸出,IN,74LS244,1100 0000 0000 0000B – 1100 0000 0010B,,轉(zhuǎn)換結(jié)束,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換,,,D0,,,,,,,,,,C000H 讀數(shù)據(jù) C001H 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 C002H 讀轉(zhuǎn)換狀態(tài),,,,A2 A1 A0,≥1,,,,,A13-A3,&,,,,,,A15A14,,AEN IOR,,,,I S A 總線(xiàn),29,,,,,,,簡(jiǎn)單的ISA總線(xiàn)接口(輸出接口),驅(qū)動(dòng) 電路,D7-D0,,,,A2 A1 A0,≥1,,,,,A13-A3,&,,,,,,A15A14,,AEN IOW,,,I S A 總線(xiàn),,,,,,,,,,,發(fā)光 器件 組合,C000H 改變燈光圖案樣式,選通,30,PCI總線(xiàn)是1991下半年由Intel公司首先提出的,并與IBM、Compaq、AST、HP和DEC等100多家公司聯(lián)合,于1993年推出的PC局部總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)——PCI總線(xiàn)。 PCI總線(xiàn)目前有4個(gè)主要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格,分別支持32位與64位,其下又細(xì)分成3.3V和5V兩種信號(hào)。 PCI的含意為周邊器件互連(Peripheral Component Interconnect)。PCI總線(xiàn)能夠配合要求彼此間快速訪(fǎng)問(wèn)或快速訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)存儲(chǔ)器的適配器工作,也能讓處理器以接近自身總線(xiàn)全速的速度訪(fǎng)問(wèn)適配器。,二、PCI總線(xiàn),31,PCI總線(xiàn)特點(diǎn),獨(dú)立于微處理器; 支持即插即用功能; 通過(guò)PCI橋與CPU連接(北橋) 總線(xiàn)寬度:32/64位; 工作頻率:33.3MHz/66.6MHz 傳送速率: 32位PCI總線(xiàn):133MB/s,266MB/s 64位PCI總線(xiàn):266MB/s,533MB/s,PCI總線(xiàn)體系,32,PCI總線(xiàn)插槽,外形見(jiàn)P124,共62根引線(xiàn)(64位PCI有94根) 包括: 系統(tǒng)接口信號(hào)(時(shí)鐘、復(fù)位等) 地址與數(shù)據(jù)(復(fù)用)信號(hào)(AD0-AD31) 接口控制信號(hào)(主從設(shè)備控制信號(hào)等) 總線(xiàn)仲裁信號(hào)(總線(xiàn)請(qǐng)求、總線(xiàn)允許) 錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)(系統(tǒng)錯(cuò)、奇偶錯(cuò)) 中斷控制信號(hào)(中斷請(qǐng)求) 64位總線(xiàn)擴(kuò)展信號(hào)(AD32-AD63、字節(jié)選擇等) 高速緩存支持信號(hào),,,33,PCI、擴(kuò)展、處理器和存儲(chǔ)器總線(xiàn)間的基本關(guān)系如圖5.11所示。,總線(xiàn)傳輸機(jī)制 存儲(chǔ)器讀寫(xiě)采用突發(fā)傳輸(要求地址必須連續(xù)) 包括一個(gè)地址期和多個(gè)數(shù)據(jù)期 I/O讀寫(xiě)不支持突發(fā)傳輸,每次僅讀寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù),34,,圖 PCI系統(tǒng),35,(1)Host/PCI橋,常稱(chēng)為北橋(North Bridge),連接主處理器總線(xiàn)到基礎(chǔ)PCI總線(xiàn)。 (2)PCI/ISA橋,常稱(chēng)為南橋(South Bridge),連接基礎(chǔ)PCI總線(xiàn)到ISA(或EISA)總線(xiàn),南橋通常含中斷控制器、IDE控制器、USB主控制器和DMA控制器。北橋和南橋構(gòu)成芯片組。 (3)在基礎(chǔ)PCI總線(xiàn)或PCI插卡上,可以嵌入一個(gè)或多個(gè)PCI-PCI橋。 (4)一個(gè)芯片組可以支持多于一個(gè)北橋,36,三、AGP接口,不是系統(tǒng)總線(xiàn) 高速圖形接口,在視頻卡與內(nèi)存之間提供一條直接的通路(不再通過(guò)PCI傳輸,32位PCI的傳輸速率最高266MB/s)。 圖形、紋理、Z軸距離、Alpha變換等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量為370~840MB/s 4種模式(注意:1X/2X與4X/8X不兼容,3.3V/1.5V) 1X(66MHz,266MB/s) 2X(133MHz,533MB/s ) 4X(266MHz,1066MB/s ) 8X(533MHz,2133MB/s ) 系統(tǒng)中只支持一個(gè)AGP擴(kuò)展插槽(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)),37,四、USB總線(xiàn)(Universal Serial Bus),USB概況 主機(jī)與外設(shè)的通用接口,可用于不同的設(shè)備 串行、打包傳送 2根數(shù)據(jù)線(xiàn)+電源+地線(xiàn) 兩個(gè)版本: 1.1(12Mb/s),2.0(480Mb/s) 設(shè)備連線(xiàn)最長(zhǎng)5米 即插即用 必須要有USB主機(jī)存在,設(shè)備不能獨(dú)立工作,38,USB總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn),易于使用 即插即用,可熱插拔; WindowsNT/2000/XP/2003下不需安裝驅(qū)動(dòng)程序 具級(jí)聯(lián)方式,并可智能識(shí)別鏈上外圍設(shè)備的插拔; 易于連接 主板上提供2-6個(gè)USB接口,通過(guò)集線(xiàn)器最多可支持127個(gè)外設(shè) 4芯電纜(+D、-D、+5V、GND),39,USB總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn),傳送速率可滿(mǎn)足大多數(shù)外設(shè)要求 1.5MB/s,12MB/s,480MB/s(2.0) 可靠性高 能進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)和控制,且由硬件實(shí)現(xiàn) 低成本 主板已集成USB接口 設(shè)備端的USB接口控制芯片很便宜 低功耗 不工作時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài),并能自動(dòng)恢復(fù),40,USB設(shè)備及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),USB設(shè)備 集線(xiàn)器 擴(kuò)展接口數(shù)量 功能部件 即USB設(shè)備 復(fù)合部件,,41,五、IEEE 1394總線(xiàn),可用于數(shù)字化視頻、音頻,硬盤(pán) 結(jié)構(gòu)類(lèi)似于USB,樹(shù)形拓?fù)?串行、打包傳送 6芯電纜:4根信號(hào)線(xiàn)+電源+地線(xiàn) 設(shè)備之間距離最大4.5米,總長(zhǎng)度為50~100米 設(shè)備可獨(dú)立工作,無(wú)需微機(jī)的控制 設(shè)備之間可直接連接,如數(shù)字?jǐn)z像機(jī)連接到電視機(jī) 最大傳輸速率:400MB/s(將來(lái)可達(dá)3.2GB/s) 100MB/s,200MB/s,400MB/s 支持異步和同步兩種傳輸模式 支持帶電插拔和即插即用 可提供8V~40V/1.5A的電源 一個(gè)接口上可連接63臺(tái)設(shè)備,42,六、IDE接口(ATA),主要用于硬盤(pán)/光驅(qū)/磁帶驅(qū)動(dòng)器 現(xiàn)已發(fā)展為EIDE(增強(qiáng)的IDE)和串行ATA(SATA) 已集成到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中,無(wú)需接口卡 主板提供2-4個(gè)接口 每接口可連接2個(gè)硬盤(pán)(主/從) 數(shù)據(jù)傳輸方式: PIO方式:PIO0~PIO4(3.3MB/s~16.6MB/s) 40針接口,扁平電纜 硬盤(pán)最大容量528MB DMA方式:DMA0~DMA2(11MB/s~16.6MB/s) 40針接口 硬盤(pán)最大容量8.4GB UDMA方式:UDMA3~UDMA6(33.3MB/s~133MB/s) 80針接口,地線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)交叉排列 通過(guò)特殊的擴(kuò)展BIOS,可支持200GB以上的硬盤(pán),43,硬盤(pán)接口模式 IDE接口:可以接兩個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,使用標(biāo)準(zhǔn)的 I/O端口指令來(lái)傳送所有的命令、狀態(tài)、數(shù)據(jù)。一般主板上集成了兩個(gè)40針的雙排針I(yè)DE接口插座,分別標(biāo)注為IDE1和IDE2。 EIDE接口:較IDE接口有很大改進(jìn),目前最流行??梢灾С?個(gè)硬盤(pán),包括光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,較高的數(shù)據(jù)傳送速率。 SCSI接口:SCSI接口可同時(shí)連接7個(gè)外設(shè);更高的數(shù)據(jù)傳輸速率;但成本較高。一般用于工作站、服務(wù)器等高檔計(jì)算機(jī)。,44,六、SCSI接口,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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