1、第三章 總 線2011/10 東北大學 計算機系統研究所第三章 總 線3.1 總線的基本概念3.2 IBM PC 總線3.3 ISA 總線習 題3.4 PCI 總線3.5 PCI Express總線總線的優點：模塊化結構設計方法，簡化系統設計；各廠商的產品互相兼容；便于系統擴充和升級；便于故障診斷和維修。3.1 總線的基本概念總線的分類：片內總線，元件級總線(內總線），插件板級總線（系統總線），設備級總線（外總線）。 內部總線是微機內部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級的互連；而系統總線是微機中各插件板與系統板之間的總線，用于插件板一級的互連；外部總線則是微機和外部設備之間的總線，微機

2、作為一種設備，通過該總線和其他設備進行信息與數據交換，它用于設備一級的互連。 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(以前指系統總線的頻率），如266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz幾種，代表著CPU與內存之間的數據傳輸量（*數據位/8）。 *FSB=外頻*4（Intel）/外頻*2（AMD） 3.1 總線的基本概念總線的組成：數據總線DB，地址總線AB，控制總線CB。（電源線和地線）。總線的規范：機械規范，功能規范，電氣規范。3.1 總線的基本概念總線的性能指標：總線的定時協議 同步

3、，異步，半同步總線頻寬 總線本身所能達到的最高數據 傳輸速率。總線傳輸率 系統在一定方式下總線所能達到的數據傳輸速率。3.1 總線的基本概念單位時間（如1秒）內所產生的脈沖個數稱為頻率（單位是Hz）。CPU的主頻，即CPU內核工作的時鐘頻率，時鐘周期的倒數。？指令周期：取指周期和執行周期。第三章 總 線3.3 ISA 總線習 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IBM PC 總線82848088808782828286828882598237A1916AD70A190D70PC BUSIRQ70DRQ30DACK30IOR/I

4、OWMEMR/MEMWCLKAEN I/O CHCK I/OCHRDY 為什么有多個地線和電源線？3.2 IBM PC 總線第三章 總 線3.2 IBM PC 總線習 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的主板上應用了很長時間，目前正逐漸被淘汰。向下兼容，即PC總線上的設備也可以用在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 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網絡適配器CRT適配器FAX適配器打印機適配器ISA總線PCI總線3.4 PCI 總線PCI總線的特點支持一種線性突發數據傳輸模式，即由一個地址順序讀寫大量數據。總線主控，任何一個有處理能力的外設都可暫時接管總線。同步操作功能，確保CPU與

7、總線同步操作。PCI芯片將大量系統功能高度集成，而且AB和DB多路復用。PCI總線與CPU時鐘頻率無關，以其獨特的中間緩沖器，獨立于CPU ，不必擔心外設在不同時鐘頻率下引起性能沖突。自動設置參數（I/O端口，中斷號等），即PnP。3.4 PCI 總線PCI總線的系統結構Processor橋/RAM控制器DRAMCache擴展總線橋 網卡顯卡. 聲卡IDE卡. 3.4 PCI 總線PCI總線的接口信號在PCI應用系統中，有主設備和從設備，主設備需要49根信號線，從設備至少需要47根系統接口信號:CLK、RST。地址數據接口信號：AD031/3263、C/BE03/47、PAR。接口控制信號：F

8、RAME、IRDY、TRDY、STOP、LOCK、IDSEL、DEVSREL 總裁信號：REQ、GNT。 錯誤報告信號：PERR、SERR、中斷接口信號：INTA、INTB、INTC、INTD其它接口信號：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:廠商標識，R/W，從擴展ROM裝入。02H03H：設備標識，R，從擴展ROM裝入。04H05H：PCI命令，W/R，未用。06H07H：PCI狀態，R，未用。08H：版本標識，R，從擴展ROM裝入。09H0BH：設備類別碼，R，從擴展ROM裝入。0CH：高速緩存行大小，R，未用。3

9、.4 PCI 總線0DH：延時定時器，W/R，從擴展ROM裝入。0EH：首區類型，R，從擴展ROM裝入。0FH：內建自測區，R，從擴展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，從擴展ROM裝入。28H2FH：保留。30H：擴展ROM基地址，從擴展ROM裝入。34H3BH：保留。3CH：中斷線寄存器，R/W，從擴展ROM裝入。3.4 PCI 總線3DH：中斷引腳寄存器，R，從擴展ROM裝入。3EH：最小允許，R，從擴展ROM裝入。3FH：最大延時，R，從擴展ROM裝入。40HFFH ：保留。圖3-19 PCI接口基本結構 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個低電壓差分信號對組成，分別完成發送和接收。數據時鐘信號采用8b/10b編碼。PCI Express拓撲結構3.5 PCI -Express總線根組件：用于處理器、內存和I/O設備之間的連接。交換器：取代橋接器，為I/O總線提供轉發。終端設備：總線事務的發送者、執行者或完成者，分為傳統終端設備和PCI Express設備。PCI Express交換器3.5 PCI -Express

11、總線 多個虛擬PCI-PCI橋設備的邏輯組合，使用PCI橋機制傳遞事務，只能在2個下游端口之間進行點對點的傳輸。PCI Express體系結構3.5 PCI -Express總線物理層、數據鏈路層、事務層。PCI Express體系結構3.5 PCI -Express總線物理層:決定總線的物理特性，如點對點串行連接、差分信號驅動、熱插拔、可配置帶寬。包括所有的接口電路，如驅動器/緩沖器、串/并轉換、鎖相和阻抗匹配等。數據鏈路層：確保數據包可靠正確的傳輸事務層：對事務層數據包的封裝和解封。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 題解釋下列名詞：ISA EISA PCI AGP PCMCIA 。總線分為那些類？總線的參數有哪些？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擴展卡，其I/O地址范圍如何 選擇？設定4個I/O端口地址，并設計譯碼電路？習 題PCI總線的特點？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？何為信號的多路復用？采用多路復用方法的優缺點？習 題AGP-加速圖形端口主要目的是配合DIB雙重獨立總線技

13、術和MMX多媒體技術，提高圖形尤其是3D圖形的顯示能力。圖（A）表示用軟件對MPEG2影像數據解壓，然后通過PCI總線將數據傳送到顯卡。圖2（B）表示將數據通過AGP傳送到顯卡。CPU芯片組內存顯卡IDE CPU芯片組內存顯卡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圖形接口的基礎上發展而來的。隨著3 D游戲做得越來越復雜，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，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，它完全獨立于PCI總線之外，直接把顯卡與主板控制芯片聯在一起，使得3D圖形數據省略了越過PCI總線的過程，從而很好地解決了低帶寬PCI接口造成的系統瓶頸問題。可以說，AGP代替PCI成為新的圖形端口是技術發展的必然。AGP-加速圖形端口* AGP 總線AGP 8X作為新一代AGP并行接口總線，在數據傳輸頻寬上和它的先輩AGP 4X一樣都是32bit，但總線速度將達到史無前例的66MHz8=533MHz，在數據傳輸帶寬上也會達到2.1GB/s的高度，這些都是原來的AGP并行接口無法企及的。它的推出正好適應了現今CPU和GPU（圖形工作站）的飛速發展。隨著CPU主頻的逐步提升以及G

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