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1、第第 5 5 章章微機總線微機總線5.1 5.1 總線技術總線技術5.2 80865.2 8086的引腳信號的引腳信號5.3 80865.3 8086的總線時序的總線時序5.4 5.4 奔騰處理器引腳和時序奔騰處理器引腳和時序5.5 5.5 微機系統(tǒng)總線微機系統(tǒng)總線第1頁，共65頁。5.1 5.1 總線技術總線技術微型計算機系統(tǒng)的總線結構微型計算機系統(tǒng)的總線結構以總線作為信息傳輸的公共通道以總線作為信息傳輸的公共通道總線結構的特點總線結構的特點通過總線相互連接、實現數據傳輸通過總線相互連接、實現數據傳輸組態(tài)靈活、易于擴展等組態(tài)靈活、易于擴展等廣泛應用的總線都實現了標準化廣泛應用的總線都實現了標

2、準化便于在互連各個部件時遵循共同的總線規(guī)范便于在互連各個部件時遵循共同的總線規(guī)范2第2頁，共65頁。5.1.1 5.1.1 總線類型總線類型芯片總線（芯片總線（Chip BusChip Bus）芯芯片片級級互互連連，大大規(guī)規(guī)模模集集成成電電路路芯芯片片內內部部，或或系系統(tǒng)統(tǒng)中中各各種種不不同同器器件件連連接接在一起的總線在一起的總線局部總線（局部總線（Local BusLocal Bus），微處理器的引腳信號），微處理器的引腳信號片內總線，大規(guī)模集成電路芯片內部連接片內總線，大規(guī)模集成電路芯片內部連接內總線（內總線（Internal BusInternal Bus）模板級互連，主機內部功能單元

3、（模板）間連接的總線模板級互連，主機內部功能單元（模板）間連接的總線板級總線、母板總線，或系統(tǒng)總線板級總線、母板總線，或系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線（系統(tǒng)總線（System BusSystem Bus）是微機系統(tǒng)的主要總線）是微機系統(tǒng)的主要總線內部總線從一條變?yōu)槎鄺l，形成多總線結構內部總線從一條變?yōu)槎鄺l，形成多總線結構外總線（外總線（External BusExternal Bus）設備級互連，微機與其外設或微機之間連接的總線設備級互連，微機與其外設或微機之間連接的總線過去，指通信總線過去，指通信總線現在，常延伸為外設總線現在，常延伸為外設總線示意圖示意圖3第3頁，共65頁。5.1.2 5.1.2 總線的

4、數據傳輸總線的數據傳輸主設備主設備(Master)(Master)：控制總線完成數據傳輸：控制總線完成數據傳輸從設備從設備(Slave)(Slave)：被動實現數據交換：被動實現數據交換某一時刻，只能有一個主設備控制總線，某一時刻，只能有一個主設備控制總線，其他設備此時可以作為從設備其他設備此時可以作為從設備某一時刻，只能有一個設備向總線發(fā)送數據，某一時刻，只能有一個設備向總線發(fā)送數據，但可以有多個設備從總線接收數據但可以有多個設備從總線接收數據5第5頁，共65頁。1.1.總線操作總線操作總線請求和仲裁（總線請求和仲裁（Bus request&ArbitrationBus request&Ar

5、bitration）使用總線的主模塊提出申請使用總線的主模塊提出申請總線仲裁機制確定把總線分配給請求模塊總線仲裁機制確定把總線分配給請求模塊尋址（尋址（AddressingAddressing）主主模模塊塊發(fā)發(fā)出出將將要要訪訪問問的的從從模模塊塊地地址址信信息息以以及及有有關關命命令，啟動從模塊令，啟動從模塊數據傳送（數據傳送（Data TransferData Transfer）源模塊發(fā)出數據，經數據總線傳送到目標模塊源模塊發(fā)出數據，經數據總線傳送到目標模塊結束（結束（EndingEnding）數數據據、地地址址、狀狀態(tài)態(tài)、命命令令信信息息均均從從總總線線上上撤撤除除，讓讓出總線出總線6第6

6、頁，共65頁。l 能能夠夠產產生生總總線線控控制制信信號號，控控制制總總線線完完成成數數據據傳傳輸輸的的設設備備主設備。主設備。l 在在有有多多主主設設備備計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)中中，同同一一時時刻刻只只能能有有一一個個主主設設備備作為總線控制設備控制總線作為總線控制設備控制總線產生總線所需要的控制信號產生總線所需要的控制信號l 主設備要需要請求才能獲得總線控制權。主設備要需要請求才能獲得總線控制權。7第7頁，共65頁。2.2.總線仲裁總線仲裁總線仲裁：決定當前控制總線的主設備總線仲裁：決定當前控制總線的主設備集中仲裁集中仲裁系統(tǒng)具有中央仲裁器（控制器）系統(tǒng)具有中央仲裁器（控制器）負責主模塊的總

7、線請求和分配總線的使用負責主模塊的總線請求和分配總線的使用分布仲裁分布仲裁各個主模塊都有自己的仲裁器和唯一的仲裁號各個主模塊都有自己的仲裁器和唯一的仲裁號主模塊請求總線時，發(fā)送其仲裁號主模塊請求總線時，發(fā)送其仲裁號比較各個主設備仲裁號決定比較各個主設備仲裁號決定8第8頁，共65頁。3.3.同步方式同步方式同步時序同步時序總線操作過程由共用的總線時鐘信號控制總線操作過程由共用的總線時鐘信號控制適適合合速速度度相相當當的的器器件件互互連連總總線線，否否則則需需要要準準備備好好信信號讓快速器件等待慢速器件（半同步）號讓快速器件等待慢速器件（半同步）處理器控制的總線時序采用同步時序處理器控制的總線時序

8、采用同步時序異步時序異步時序總線操作需要握手聯(lián)絡（應答）信號控制總線操作需要握手聯(lián)絡（應答）信號控制傳輸的開始伴隨有啟動（選通或讀寫）信號傳輸的開始伴隨有啟動（選通或讀寫）信號傳輸的結束有一個確認信號，進行應答傳輸的結束有一個確認信號，進行應答操作周期可變、可以混合慢速和快速器件操作周期可變、可以混合慢速和快速器件9第9頁，共65頁。4.4.傳輸類型傳輸類型讀讀數據傳送：數據由從設備到主設備數據傳送：數據由從設備到主設備寫寫數據傳送：數據由主設備到從設備數據傳送：數據由主設備到從設備猝發(fā)傳送猝發(fā)傳送（數據塊傳送）（數據塊傳送）給給出出起起始始地地址址，將將固固定定塊塊長長的的數數據據一一個個接

9、接一一個個地地從從相鄰地址讀出或寫入相鄰地址讀出或寫入寫后讀寫后讀（Read-After-WriteRead-After-Write）先寫后讀同一個地址單元，適用于校驗先寫后讀同一個地址單元，適用于校驗讀修改寫讀修改寫（Read-Modify-WriteRead-Modify-Write）先讀后寫同一個地址單元，適用共享數據保護先讀后寫同一個地址單元，適用共享數據保護廣播廣播（BroadcastBroadcast）一個主設備對多個從設備的寫入操作一個主設備對多個從設備的寫入操作10第10頁，共65頁。D+和D-兩根差分信號線用于傳送串行數據主控模塊（如處理器）的地址總線輸出ALE輸出正脈沖，表

10、示復用總線輸出地址INTR（Interrupt Request）MEMR*，SMEMR*：存儲器讀輸出低有效表示傳送高字節(jié)數據，狀態(tài)信號時鐘頻率，4個時鐘周期傳送8位數據操作周期可變、可以混合慢速和快速器件按所傳輸的信號的性質，總線可分為三類Pentium的總線周期主設備與I/O設備交換數據，不支持猝發(fā)傳送微型計算機系統(tǒng)的總線結構（3）低功耗、低成本、占用系統(tǒng)資源少5.5.性能指標性能指標總線寬度總線寬度總線能夠同時傳送的數據位數總線能夠同時傳送的數據位數位數越多，一次能夠傳送的數據量越大位數越多，一次能夠傳送的數據量越大總線頻率總線頻率總線信號的時鐘頻率總線信號的時鐘頻率時鐘頻率越高，工作速

11、度越快時鐘頻率越高，工作速度越快總線帶寬（總線帶寬（BandwidthBandwidth）單位時間傳輸的數據量單位時間傳輸的數據量總線帶寬越大，總線性能越高總線帶寬越大，總線性能越高11第11頁，共65頁。總線帶寬總線帶寬總線帶寬總線傳輸速率吞吐率總線帶寬總線傳輸速率吞吐率總線帶寬傳輸的數據量總線帶寬傳輸的數據量需要的時間需要的時間常用單位常用單位每秒兆字節(jié)（每秒兆字節(jié)（MB/sMB/s）每秒兆位（每秒兆位（Mb/sMb/s）或每秒位（）或每秒位（bpsbps）舉例舉例1M10612第12頁，共65頁。例例l 80868086處處理理器器4 4個個時時鐘鐘周周期期完完成成一一個個總總線線周周期

12、期，時時鐘鐘頻頻率率 5MHZ 5MHZ，則總線帶寬，則總線帶寬即總線帶寬為即總線帶寬為2020兆位兆位/每秒每秒13第13頁，共65頁。例例l 66MHz66MHz的的PentiumPentium，基本非流水線總線周期，基本非流水線總線周期2 2個時鐘周期完成個時鐘周期完成6464位總線傳輸，故總線速率位總線傳輸，故總線速率l 66MHz66MHz的的PentiumPentium，2-1-1-12-1-1-1猝猝發(fā)發(fā)讀讀周周期期，用用5 5個個時時鐘鐘周周期期傳送傳送4*644*64位位=32=32字節(jié)數據字節(jié)數據，故總線速率，故總線速率第14頁，共65頁。5.1.3 5.1.3 總線信號和

13、時序總線信號和時序總總線線是是計計算算機機中中多多個個功功能能部部件件（器器件件）之之間間傳傳遞遞信信號號的的一一組組公公共共通路（或叫一組公用線路）。通路（或叫一組公用線路）。特征：特征：多個功能部件公用、傳送信息的線路多個功能部件公用、傳送信息的線路15第15頁，共65頁。按所傳輸的信號的性質，總線可分為三類按所傳輸的信號的性質，總線可分為三類l地址總線地址總線主控模塊（如處理器）的地址總線輸出主控模塊（如處理器）的地址總線輸出從模塊（如存儲器或從模塊（如存儲器或I/OI/O端口）的地址總線輸入端口）的地址總線輸入l數據總線數據總線雙向傳輸，在主從模塊間傳送、交換數據信息雙向傳輸，在主從模

14、塊間傳送、交換數據信息l控制總線控制總線有輸出也有輸入信號有輸出也有輸入信號基本功能是控制存儲器及基本功能是控制存儲器及I/OI/O讀寫操作讀寫操作還還包包括括中中斷斷與與DMADMA控控制制、總總線線仲仲裁裁、數數據據傳傳輸輸握握手手聯(lián)聯(lián)絡等絡等16第16頁，共65頁。1.1.引腳信號引腳信號引腳信號需要反映下面的主要內容引腳信號需要反映下面的主要內容l信號的功能信號的功能用英文單詞或英文縮寫表示引腳名稱用英文單詞或英文縮寫表示引腳名稱l信號的流向信號的流向處理器輸出到外部，從外部輸入到處理器內部處理器輸出到外部，從外部輸入到處理器內部l有效方式有效方式低電平、高電平有效，上升沿、下降沿有效

15、低電平、高電平有效，上升沿、下降沿有效高電平和低電平都有效高電平和低電平都有效l三態(tài)能力三態(tài)能力高阻狀態(tài)放棄對引腳的控制高阻狀態(tài)放棄對引腳的控制其他設備控制該引腳其他設備控制該引腳示意圖示意圖17第17頁，共65頁。2.2.總線時序總線時序總線時序（總線時序（TimingTiming）描描述述總總線線信信號號隨隨時時間間變變化化的的規(guī)規(guī)律律以以及及總總線線信信號號間間的的相互關系相互關系采用時序圖形象化地表現時序采用時序圖形象化地表現時序指令周期指令周期一條指令從取指、譯碼到最終執(zhí)行完成的過程一條指令從取指、譯碼到最終執(zhí)行完成的過程總線周期或機器周期總線周期或機器周期伴隨有數據交換的總線操作伴

16、隨有數據交換的總線操作T T狀態(tài)狀態(tài)處理器的基本工作節(jié)拍，對應時鐘周期處理器的基本工作節(jié)拍，對應時鐘周期19第19頁，共65頁。5.2 80865.2 8086的引腳信號的引腳信號處理器的外部特性表現在它的引腳信號上處理器的外部特性表現在它的引腳信號上4040個引腳個引腳 12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221 GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GNDVCCAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE*/S7MN/MX*RD*HOLD (RQ*/GT0*)HLDA (RQ1*/GT1*)WR*(LOCK*)M/IO*(S2*)DT/R*(S1*)DEN (S0)ALEINTATEST*READYRESET808620第20頁，共65頁。5.2.1 5.2.1 地址地址/數據引腳數據引腳AD15AD15AD0AD0（Address/Data