Bài giảng cấu trúc máy tính - P12

Cấu trúc máy tính là một mảng kiến thức nghiên cứu về cách xử lý của một hệ thống máy tính dưới cách nhìn của một lập trình viên. Cách nhìn này thực tế cũng có nhiều khía cạnh,

Bµi 12

tæ chøc Bus M¸y tÝnh

1 Giới thiệu

a) Thiết bị chủ bus

 Thiết bị chủ bus (master) là thiết bị

khởi tạo và điều khiển việc trao đổi

bị tớ (slave)

 CPU ở các máy tính là ví dụ về thiết bị chủ

 Bộ nhớ, ổ đĩa là các thiết bị tớ

 Để trao đổi thông tin:

 Đầu tiên cần chuyển địa chỉ để phân biệt thiết bị

 Sau đó gửi tín hiệu ghi hoặc đọc

để xác định hành động

 Hệ thống bus gồm: Bus địa chỉ, Bus dữ liệu và Bus điều khiển

b) Phân phối BUS

 Khi có nhiều thiết bị chủ có yêu cầu sử dụng bus thì bus phải đ ợc phân phối theo một cách thức nhất định.

 Không có bus nào phục vụ hai thiết bị chủ cùng một lúc

 Để thiết bị chủ truy nhập đ ợc bus, đầu tiên

nó phải có tín hiệu yêu cầu bộ phân phối bus trung tâm rồi đợi để nhận đ ợc tín hiệu trả lời.

 Có 2 nguyên tắc phục vụ:

 Nguyên tắc u tiên

c) Giao thức bus (bus protocol)

 Giao thức bus là các tiêu chuẩn về tín hiệu và định thời nhằm phối hợp hoạt động giữa các bộ phận khác

nhau của hệ thống khi tiến hành

trao đổi dữ liệu.

 Có hai giao thức bus chính là:

Đ ồng bộ và Không đồng bộ

 Giao thức đồng bộ

 Các bus đ ợc đồng bộ với một tần số trung tâm - là tần số của hệ thống

 Ví dụ: ở máy IBM, CPU truy nhập bộ nhớ sử dụng giao thức đồng bộ vì bộ nhớ không thể sai lệch với các tiêu

chuẩn định thời của bộ tạo giao

động đồng hồ trung tâm.

d) D ả i thông bus (bandwidth)

 Tốc độ mà bus có thể truyền dữ liệu

từ thiết bị chủ tới thiết bị tớ gọi là dải thông của bus.

 Thuật ngữ khác: Độ rộng dải hoặc

Năng suất truyền (throughput)

 Đơn vị đo là Mb/sec.

 Dải thông phụ thuộc vào: Tần số

truyền, Độ rộng bus và Giao thức bus

Ví dụ:

Bus PCI có 32 bit dữ liệu, tần số

33MHz, ở chế độ chuyển đơn 32 bit hết 2 chu kỳ đồng hồ.

Tính độ rộng dải thông.

 Ph ơng pháp chuyển đơn cho phép chuyển 32 bit trong 2 chu kỳ đồng

2 bus PC/XT,

ISA vµ MCA

a) Bus PC/XT

 Bổ sung vào bus XT thêm 36 chân

để phối hợp làm việc với bus dữ liệu

16 bit và bus địa chỉ 24 bit

 36 chân bổ sung thêm của PC AT

đ ợc dùng làm:

 8 đ ờng dữ liệu D8-D15

 4 đ ờng địa chỉ A21-A23

 Các tín hiệu điều khiển kênh

DMA

 Một số tín hiệu điều khiển hệ thống.

Một số hạn chế của bus ISA

1 Bus dữ liệu bị hạn chế ở 16 bit vì thế

không thể phối hợp đ ợc với bus dữ liệu

32 bit của các bộ vi xử lý thế hệ sau 386.

2 Bus địa chỉ 24 bit giới hạn khả năng truy

nhập bộ nhớ cực đại qua khe cắm mở

rộng là 16 Mb, vì vậy không thể phối hợp

đ ợc với bus địa chỉ 32 bit (không gian địa chỉ là 4 Gb) của 386 về sau.

3 Tần số làm việc của khe cắm mở rộng

bus ISA là 8 MHz (là tần số thấp).

ph¸t s ên cã thÓ g©y kÝch ho¹t sai

do xung nhän hoÆc t¹p nhiÔu ë lèi vµo IRQ.

6.Board mÑ cã tèi ®a 8 khe c¾m më

réng ISA

c) Bus MCA

Các đặc tính chính bus MCA

1 Có bus dữ liệu 32 bit, bus địa chỉ 32 bit

và các tín hiệu byte cho phép mở BE0, BE1, BE2 và BE3

2 MCA sử dụng các thanh ghi điều khiển

bằng phần mềm để thay thế các chân cắm và các chuyển mạch DIP để thiết lập cấu hình cho card bổ sung

3 MCA có tần số giới hạn ban đầu đến 10

MHz, song về lý thuyết MCA có thể làm việc tới tần số 30 MHz

 Nhờ sử dụng ASIC và công nghệ dán mặt

nên kích th ớc của card MCA nhỏ, giảm

thiểu bề mặt tiếp xúc, giảm hiệu ứng điện

cảm và nâng cao tần số lên nhiều

 Nhờ có đ ờng đất và đ ờng Vcc xen vào từng

3 đ ờng tín hiệu, hạn chế đ ợc nhiễu xuyên

âm và hình thành l ới bảo vệ bức xạ vô

tuyến

3 Bus EISA

(Extended ISA)

Một số đặc tr ng bus EISA

 EISA - Bus ISA cải tiến là sản phẩm của các nhà SX máy tính t ơng thích nhằm

đáp lại kiến trúc vi kênh MCA của IBM

 Bus EISA nâng cấp từ bus ISA nhằm

khắc phục hạn chế quan trọng của ISA

 Có 32 đ ờng địa chỉ (thêm A23-A31)

 Có 32 đ ờng dữ liệu (thêm D16-D31)

VÉn cßn nh îc ®iÓm quan träng lµ tÇn sè lµm viÖc cña EISA chØ dõng

ë 8 MHz gièng nh bus XT vµ ISA

Së dÜ nh vËy lµ do yªu cÇu vÒ t ¬ng thÝch víi bus AT.

Ví dụ:

Tính và so sánh dải thông lớn nhất cho 2 tr ờng hợp khe cắm mở rộng ở chế độ chuyển dữ liệu đơn.

a) ISA; b) EISA

Độ rộng dải lớn nhất của bus ISA và EISA

là 2 nhịp đồng hồ cho mỗi chu kỳ bộ

nhớ

Tần số ISA và EISA đều 8 Mhz,vậy:

a) Độ rộng dải ISA=Số byte/thời

gian=2byte/2T=byte*f=8MB/s

b) Độ rộng dải EISA=Số byte/thời

gian=4byte/2T=2byte*f=16MB/s

B¶ng 19.2 D¶i th«ng cña bus ISA,

EISA, vµ Vi kªnh

ISA EISA Micro

Channel BUS d÷ liÖu 16-bit 32-bit 32-bit

Card c¾m bæ sung PC/XT, PC/AT (ISA) vµ EISA

LÈy khãa Bus EISA trªn bo m¹ch

Đồ hoạ

Độ phân gi ả i

(pixels)

Màu (bits/pixels) (số cập nhật/s)Tốc độ vẽ lại Độ rộng dải (bytes/s)640x480 8 10 2,9M

Đ ộ rộng d ả i (bytes/s) 160x120 8 15 288K 320x240 24 15 3,5M

640x480 24 30 26,3M 1024x768 24 30 67,5M

B ả ng 19.3 Yêu cầu d ả i thông của đồ hoạ và

video thời gian thực

4 VESA local bus

Bus cục bộ VESA

 VESA=Video Electronics Standards

Association

 Là chuẩn đ ợc sử dụng rộng rãi

 Xây dựng Bus cục bộ là nhằm truy cập với tốc độ xấp xỉ tần số của CPU

 Lúc đầu Bus VESA đ ợc sử dụng cho

board video, sau này đ ợc phát triển và

áp dụng cho nhiều thiết bị ngoại vi

Các đặc điểm chính:

1 Bus VESA phiên bản 1.0 là 32 bit

Phiên bản 2.0 là 64 bit

2 Bus VESA làm việc đ ợc ở tần số 33 MHz

và tối đa có 3 khe cắm mở rộng

3 Tần số có thể đạt 40 MHz nếu số khe

cắm giảm xuống còn 2 và 50 MHz nếu

số khe cắm là 1

4 Không có chuẩn cấu hình tự động, đây

là điểm khác với chuẩn EISA và MCA

5 Bus PCI

PCI=Peripheral Component InterConnect

Bus PCI lúc đầu là bus cục bộ, sau đ ợc phát

triển thành bus nối ghép thiết bị ngoại vi.

Một số đặc điểm bus PCI

1 Hỗ trợ tốc độ 33 MHz, 66MHz.

2 Bus dữ liệu 32 và 64 bit.

3 Hổ trợ Plug and Play Cho phép tạo cấu

hình tự động Phần mềm đặt cấu hình sẽ

tự động chọn địa chỉ và các ngắt không sử dụng để tránh xung đột.

4 Hỗ trợ chế độ truyền dữ liệu dạng khối

2-1-1-1 đ ợc các CPU thế hệ sau áp dụng.

5 T ơng thích với bus ISA, EISA và MCA Nhờ sử

dụng cầu nối bus, chuẩn có hỗ trợ cho các

bus tốc độ chậm ISA, EISA và MCA.

6 Thực hiện kích phát mức các ngắt.

7 Hỗ trợ việc làm chủ bus, cho phép thực hiện

đa xử lý mà bộ vi xử lý nào cũng có thể trở thành thiết bị chủ và dành quyền điều khiển bus.

Bus của bộ vi xử lý (64 bit)

CPU Pentium (đồng xử lý, cache

L1

Đệm dữ liệu Bộ nhớ DRAM

Điều khiển (bộ nhớ, bộ đệm, PCI) Bộ đệm cache L2

Điều khiển (ISA, DMA, IRQ, CMOS Flash)

Điều khiển IDE Điều khiển hiển

thị Khe cắm ISA, PCI

Cổng bàn phím, chuột

ổ đĩa cứng, CDROM Cổng màn hình

Điều khiển vào

ra đa chức năng

Cổng hồngngoại

COM1 LPT ổ đĩa mềm

Bus vào ra PCI (32 bit)

Bus vào ra ISA (16 bit)

Hình 18.18 Sơ đồ bản mạch máy tính Pentium

Mainboard

Pentium II

H×nh 19.10 Bè trÝ ch©n PCI

Ví dụ

Tính dải thông của bus PCI với đ ờng dữ liệu 32 bit cho 2 tr ờng hợp : a) Ph ơng pháp chuyển đơn.

b) Ph ơng pháp chuyển khối.

 Bus ® îc bè trÝ 66 ch©n trªn mçi hµng,

tæng céng hai hµng lµ 132 ch©n

Bè trÝ ch©n khe

c¾m AGP