【计算机组成原理学习总结】第六章总线系统（2）

6.4 总线的定时和数据传送模式

6.4.1 总线的定时

总线的信息传送过程：请求总线、总线仲裁、寻址、信息传送、状态返回

定时：事件出现在总线上的时序关系

（1）同步定时

（2）异步定时

6.4.2 总线数据传输模式

（1）读、写操作

读操作是由从方到主方的数据传送

写操作是由主方到从方的数据传送

一般，主方先以一个总线周期发出命令和从方地址，经过一定的延时再开始数据传送总线周期

（2）块传送操作

只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据一个接一个地读出或写入

（3）写后读、读修改写操作

这是两种组合操作。只给出地址一次（表示同一地址），或进行先写后读操作，或进行先读后写操作

（4）广播、广集操作

一般而言，数据传送只在一个主方和一个从方之间进行

广播：但有的总线允许一个主方对多个从方进行写操作

广集：将选定的多个从方数据在总线上完成AND或OR操作，用以检测多个中断源

6.5 PCI总线和PCIe总线

6.5.1 多总线结构

（1）HOST总线（连接“北桥”芯片与CPU之间的信息通路）

该总线有CPU总线、系统总线、主存总线、前端总线等多种名称，各自反映了总线功能的一个方面。这里称“宿主”总线，也许更全面，因为HOST总线不仅连接主存，还可以连接多个CPU

（2）PCI总线（连接各种高速的PCI设备）

一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线

采用同步时序协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力

PCI设备可以是主设备，也可以是从设备，或兼而有之

（3）LAGACY总线

可以是ISA，EISA，MCA等这类性能较低的传统总线，以便充分利用市场丰富的适配器卡，支持中、低速I/O设备

（4）桥

本身的结构可以十分简单，如只有信号缓冲能力和信号电平转换逻辑，也可以相当复杂，如有规程转换、数据快存、装拆数据等

6.5.2 PCI总线信号

PCI总线的基本传输机制是猝发式传送，利用桥可以实现总线间的猝发式传送

写操作时，桥把上层总线的写周期先缓存起来，以后的时间再在下层总线上生成写周期，即延迟写

读操作时，桥可早于上层总线，直接在下层总线上进行预读。无论延迟写和预读，桥的作用可使所有的存取都按CPU的需要出现在总线上

6.5.3 PCI总线周期类型

存储器读/写总线周期

存储器写和使无效周期

特殊周期

配置读/写周期

6.5.4 PCI总线周期操作

特点：

（1）采用同步时序协议。总线时钟周期以上跳沿开始，半个周期高电平，半个周期低电平。总线上所有事件，即信号电平转换出现在时钟信号的下跳沿时刻，而对信号的采样出现在时钟信号的上跳沿时刻

（2）总线周期由被授权的主方启动，以帧FRAME#信号变为有效来指示一个总线周期的开始

（3）一个总线周期由一个地址期和一个或多个数据期组成。在地址期内除给出目标地址外，还在C/BE#线上给出总线命令以指明总线周期类型

（4）地址期为一个总线时钟周期，一个数据期在没有等待状态下也是一个时钟周期。一次数据传送是在挂钩信号 IRDY#和TRDY#都有效情况下完成，任一信号无效（在时钟上跳沿被对方采样到），都将加入等待状态

（5）总线周期长度由主方确定。在总线周期期间FRAME# 持续有效，但在最后一个数据期开始前撤除。即以 FRAME#无效后，IRDY#也变为无效的时刻表明一个总线周期结束。由此可见，PCI的数据传送以猝发式传送为基本机制，单一数据传送反而成为猝发式传送的一个特例。并且PCI具有无限制的猝发能力，猝发长度由主方确定，没有对猝发长度加以固定限制

（6）主方启动一个总线周期时要求目标方确认。即在 FRAME#变为有效和目标地址送上AD线后，目标方在延迟一个时钟周期后必须以DEVSEL#信号有效予以响应。否则，主设备中止总线周期

（7）主方结束一个总线周期时不要求目标方确认。目标方采样到FRAME#信号已变为无效时，即知道下一数据传送是最后一个数据期。目标方传输速度跟不上主方速度，可用TRDY#无效通知主方加入等待状态时钟周期。当目标方出现故障不能进行传输时，以STOP#信号有效通知主方中止总线周期

6.5.5 PCI总线仲裁

PCI总线采用集中式仲裁方式，每个PCI主设备都有独立的REQ#（总线请求）和GNT# （总线授权）两条信号线与中央仲裁器相连

由中央仲裁器根据一定的算法对各主设备的申请进行仲裁，决定把总线使用权授予谁。但 PCI标准并没有规定仲裁算法

6.5.6 PCIe总线

PCIe总线全称为PCI-Express，是基于PCI总线技术发展起来的总线标准

对PCI总线有良好的继承性，在软件应用上兼容 PCI总线

PCIe总线的主要改进有如下几点：

1、高速差分传输

2、串行传输

3、全双工端到端连接

4、基于多通道的数据传输方式

5、基于数据包的传输