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计算机组成原理 第四章 系统总线 计算机组成原理 等主编 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