tỉ chøc Bus M¸y tÝnh Giíi thiƯu   a) ThiÕt bÞ chđ bus  HƯ thèng bus gåm: Bus địa chỉ, Bus liệu Bus điều khiển Nhiều thiết bị nối ghép trao đổi liƯu qua hƯ thèng bus  ThiÕt bÞ chđ (master) thiết bị khởi đầu điều khiển việc trao đổi thông tin thiết bị đáp lại gọi thiết bị tớ (slave) máy tính 80x86, CPU ví dụ thiết bị chủ, nhớ, ổ đĩa thiết bị tớ Để trao đổi thông tin: cần chuyển địa để phân biệt thiết bị, sau gửi tín hiệu ghi đọc để xác định hành động b Phân loại Bus • System Bus (bus hệ thống) - nối kết từ xử lý đến nhớ chính, đệm cấp (cache level 2) – bus (main bus), bus xử lý (processor bus) bus cục (local bus • I/O Bus (bus ngoại vi) - nối kết thiết bị ngoại vi với xử lý thông qua cầu chipset - bus mở rộng (expansion bus), bus ngoại vi (external bus) bus chủ (host bus) • Trong kiến trúc Dual Independent Bus (DIB - hai tuyến bus độc lập), bus hệ thống dùng chung tách thành: - Frontside Bus (FSB - tuyến bus trước) -Backside Bus (BSB - tuyến bus sau c) Phân phối BUS Thiết bị chủ truy cập đợc bus toàn cục, bao gồm bus địa chỉ, bus liệu bus điều khiển Khi có nhiều thiết bị chủ có yêu cầu sử dụng bus bus phải đợc phân phối theo cách thức định Không có bus phục vụ hai thiết bị chủ lúc Để thiết bị chủ truy nhập đợc bus, phải có tín hiệu yêu cầu phân phối bus trung tâm Đợi nhận đợc tín hiệu trả lời Có nguyên tắc phục vụ: - Nguyên tắc u tiên - Nguyên tắc đến trớc - phục vụ trớc d) Giao thức bus (bus protocol) Giao thức bus tiêu chuẩn tín hiệu định thời phối hợp hoạt động phận khác hệ thống tiến hành trao đổi liệu Có hai giao thức bus là: Giao thức đồng Các bus đợc đồng với tần số trung tâm - tần số hệ thống máy IBM, CPU truy nhËp bé nhí sư dơng giao thøc đồng nhớ sai lệch với tiêu chuẩn định thời tạo giao động đồng hồ trung tâm Giao thức không đồng Đợc định thời riêng không hoạt động theo tần số đồng hồ trung tâm Trao đổi liệu máy tính máy in ví dụ giao thức không đồng e) Dải thông bus (bus bandwidth) Tốc độ mà bus truyền liệu từ thiết bị chủ tới thiết bị tớ gọi dải thông hay độ rộng dải bus (bandwidth) suất truyền bus (throughput) Đơn vị đo MB/sec Dải thông phụ thuộc vào tần số truyền, độ rộng bus giao thức bus Tần số đồng hồ cao dải thông lớn Ví dụ: Tính dải thông bus PCI với đờng d ữ liệu 32 bit cho trờng hợp : a) Phơng pháp chuyển đơn b) Phơng pháp chuyển khối Giải: PCI làm việc tần số 33 MHz a) Phơng pháp chuyển đơn, lần chuyển 32 bit cần nhịp đồng hồ Nh độ rộng dải: 4byte/2T=4byte*f/2=2*33MHz=66MB/S b) chế độ chuyển khối 2-1-1-1, để chuyển khối 32 bit d ữ liệu cần chu kỳ đồng hồ Nh vậy: Dải thông bus = 4x4byte/5T=16byte*f/5 = 16byte*33 MHz/5=106 MB/s Mét sè chuÈn bus a) Bus PC/XT Bus PC/XT cã khe c¾m 62 chân, bao gồm bus liệu D0-D7, bus địa A0-A19, tính hiệu điều khiển IOR, IOW, MEMR, MEMW, số tín hiệu điều khiển board hệ thống ngoại vi nh DMA điều khiển ngắt b) Bus ISA Hình Bus ISA -GND RESET DRV + 5V DC IR09 -5V DC DRQ2 -12V DC OWS +12V DC GND -SMEMW -SMEMR -IOW -IOR -DACK3 DRQ3 -DAC1 DRQ1 -REFRESH CLK IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 IRQ3 -DACK2 T/C BALE +5V DC OSC GND B1 A1 B10 A10 B20 A20 B31 A31 MEM CS16 -I/O CS16 IRQ10 IRQ11 IRQ12 IRQ15 IRQ14 -DACK0 DRQ0 -DACK5 DRQ5 -DACK6 DRQ6 -DACK7 DRQ7 =5V DC MASTER GND D1 C1 D10 C10 D18 C1`8 -I/O CH CK SD7 SD6 SD5 SD4 SD3 SD2 SD1 SD0 I/O CH RDY AEN SA19 SA18 SA17 SA16 SA15 SA14 SA13 SA12 SA11 SA10 SA9 SA8 SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 SBHE LA23 LA22 LA21 LA20 LA19 LA18 LA17 -MEMR -MEMW SD08 SD09 SD10 SD11 SD12 SD13 SD14 SD15 Bus ISA  Giới thiệu:  Bus ISA (Industrial Standard Architecture): xây dựng cho máy tính IBM – AT (bus AT), có nguồn gốc từ bus XT máy PC-8088 năm 1981  Năm 1984 VXL 80286 đời, bus ISA bổ xung thêm 36 chân để phối hợp làm việc với bus liệu 16 bit địa 24 bit  Bus ISA dùng giao tiếp 16bit, xung 8MHz (mức xung chuẩn xử lý) đạt tốc độ truyền liệu lý thuyết 16MBps Tốc độ thực tế bị giảm nửa cần dành đường bus cho địa đường bus khác cho liệu 16bit  Các chân chủ yếu khe cắm ISA  A0-A19 (SA0-SA19): chân địa hệ thống  AEN (Address Enable): ANE = DMA điều khiển bus ANE = CPU điều khiển bus  ALE (Address Latch Enable): cho phép chốt địa  CLK (Clock): đồng hồ tần số để đồng thao tác ghi, đọc nhớ IO  DO-D7 bus liệu bit chiều  DRQ1, DRQ2, DRQ3, DACK1, DACK2, DACK3: Là tín hiệu yêu cầu báo nhận DMA  IOCHCHK (I/O Channel Check)  IOR, IOW ( IO Read, IO write)  IRQ3-IRQ7, IRQ9 (Interrupt Request)  OSC (Oscillator): Chân tạo tín hiệu dao động  REFRESH: Do ngắt (IRQs) có dạng kích phát sờn nên ngắt gán cho thiết bị (chứ không gán cho nhiều thiết bị đợc) hệ thống tần số cao, ngắt kích phát s ờn dẫn đến kích hoạt sai xung nhọn tạp nhiễu lối vào IRQ Vic cắm thêm card đòi hỏi phải thay đổi chuyển mạch DIP chân cắm phức tạp Các kênh DMA 16 bit nên tăng gánh nặng cho CPU c) Bus MCA Các đặc tính MCA có bus liệu 32 bit, bus địa 32 bit tín hiệu byte cho phép mở BE0, BE1, BE2 BE3 MCA sử dụng ghi điều khiển phần mềm để thay chân cắm chuyển mạch DIP để thiết lập cấu hình cho card bổ sung MCA có tần số giới hạn ban đầu đến 10 MHz, song lý thuyết MCA làm việc tới tần số 30 MHz - Nhờ có đờng đất đờng Vcc xen vào đờng tín hiệu - Hạn chế đợc nhiễu xuyên âm hình thành lới bảo vệ xạ vô tuyến - Nhờ sử dụng ASIC công nghệ dán mặt nên kích thớc card MCA nhỏ, giảm thiểu đợc bề mặt tiếp xúc, làm giảm hiệu ứng điện cảm cho phép bus làm việc vớí tần số cao nhiều d) Bus EISA (extended ISA) EISA - Bus ISA cải tiến sản phẩm nhà sản xuất máy tính tơng thích nhằm đáp lại kiến trúc vi kênh MCA IBM Bus EISA khắc phục nhiều hạn chế ISA Có đờng địa A24-A31 đờng liệu D16-D31 để phối hợp với 386/486/ Pentium Vẫn nhợc điểm quan trọng tần số làm viƯc cđa EISA chØ dõng ë MHz gièng nh bus XT vµ ISA Së dÜ nh vËy lµ yêu cầu tơng thích với bus AT Trên thực tế bus EISA nâng cấp bus ISA Ví dụ: Tính so sánh dải thông lớn cho trờng hợp khe cắm mở rộng: a) ISA; b) EISA Giả sử EISA chế độ chuyền liệu đơn Giải: Độ rộng dải lớn bus ISA EISA nhịp đồng hồ chu trình nhớ Do tần số ISE EISA 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 Bảng 19.2 Dải thông bus ISA, EISA, Vi kênh ISA EISA Micro Channel Đờng dẫn liệu tối đa 16-bit 32-bit 32-bit Tần số bus khe cắm mở rộng (MHz) 8 10 Dải thông tối đa (Mb/s) 16 20 Bảng 19.3 Yêu cầu dải thông đồ hoạ video thời gian thực Đồ hoạ Màu (bits/pixels) Tốc độ vẽ lại (số cập nhật/s) Độ rộng dải (bytes/s) 10 2,9M 1024x768 16 10 15M 1280x1024 24 10 37,5M Độ phân giải (pixels) 640x480 Video thời gian thực Kích thớc khung (pixels) Màu (bits/s) Tốc độ khung (khung/s) 160x120 15 (bytes/s) 288K 320x240 24 15 3,5M 640x480 24 30 26,3M 1024x768 24 30 67,5M Độ rộng dải e) VESA local bus Các đặc điểm chính: Bus VL phiên 1.0 bus 32 bit Phiên 2.0 cã bus 64 bit Bus VL cã thÓ làm việc với tần số 33 MHz tối đa có khe cắm mở rộng Các khe cắm đạt 40 MHz số khe cắm giảm xuống 50 MHz số khe cắm Không có chuẩn cấu hình tự động Khác với chuẩn EISA MCA, cấu hình tự động phần bus VL f) Các ®Ỉc tÝnh cđa bus cơc bé PCI Tèc ®é 33 MHz, 66MHz Dữ liệu 32 64 bit Hỗ trợ chế độ truyền liệu dạng khối 2-1-1-1 đ ợc CPU nh 486 Pentium áp dụng Hỗ trợ việc làm chủ bus, cho phép thực đa xử lý mà với vi xử lý trở thành thiết bị chủ dành quyền điều khiển bus Tơng thích với ISA, EISA MCA Nhờ sử dụng cầu nối bus, chuẩn đà hỗ trợ cho bus tốc độ chậm ISA, EISA MCA Bus cơc bé PCI ®éc lËp so víi bé vi xư lý Hỗ trợ card mở rộng 5V 3.3V vµ cho phÐp chun dƠ dµng tõ hƯ thèng V sang 3,3 V Cung cấp khả tạo cấu hình tự động (PnP) Có chân Vcc đất tín hiệu để giảm nhiễu xuyên âm xạ vô tuyến 10 Tín hiệu ngắt kớch hot bng mức Do hỗ trợ việc chia sẻ ngắt 80486 Pentium RISC CPU Bộ điều khiĨn bé nhí Bé nhí Cache Bé ®iỊu khiĨn bus PCI Bộ điều khiển SCSI Đờng liệu 32 bit /33 Mhz Bộ điều khiển bus mở rộng (ISA/EISA/MCA) Đờng liệu 16 bit/8 Mhz Multimedia Đồ hoạ tốc độ cao Fastlan H×nh 19.9 KiÕn tróc bus cơc bé PCI FAX MODEM Địa liệu Điều khiển giao diện Thông tin lỗi Phân chia (chỉ thiết bị chủ) Các chân bắt buộc AD[31-00] CBE[3-0] PAR FRAME# TRDY# IRDY# STOP# DEVSEL# IDSEL PERR# SERR# Các chân tuú chän AD[63-32] C/BE[7-4]# PAR64# REQ64# ACK64# LOCK64# INTA# INTB# ThiÕt bÞ INTC# PCI INTD# SRQ# SDONE# REQ# GNT# CLK RST# Hệ thống Hình 19.10 Bố trí chân PCI TD1 TDO TCK TMS TRST# Më réng 64 bit §iỊu khiĨn giao diện Ngắt Cache hỗ trợ JTAG Bảng 19.4 So sánh dải thông bus ISA, EISA, MCA, VL, vµ bus cơc bé PCI   ISA EISA MCA VL Bus PCI PCI Đờng liệu (bit) 16 32 32 32 32 64 Tèc ®é bus (MHz) 8,3 10 33 33 33 Độ rộng dải (Mb/s) 16 20 66 66 133 Accelerated Graphic Port (AGP) • AGP có ba phiên bản: 1.0 (tương ứng AGP 1X, 2X), 2.0 (AGP 1X, 2X, 4X) 3.0 (AGP 4X, 8X) • AGP 3.0 : o Truy xuất trực tiếp đến nhớ hệ thống o Sử dụng tín hiệu có điện áp thấp bước chuyển đổi o Sử dụng chế địa cạnh (Side band addressing) để nâng hiệu bus liệu o Phân chia mức lượng để tối ưu chất lượng tín hiệu o Bộ đảo bus động (dynamic bus invertor) giảm nhiễu o Vận hành với chế độ đẳng thời cho phép truyền tốt liệu dạng video, âm liên tục PCI-X • PCI-X tăng gấp đơi tốc độ PCI, hỗ trợ khe 64bit tần số 133MHz (đạt băng thông 1GBps) (PCI chạy tần số 33MHz có khe tần số 66MHz ) PCI Express • PCI Express Architecture thiết kế linh hoạt, mở rộng, tốc độ cao, chế nối tiếp, điểm-điểm, cho phép Hot PnP • Tương thích với phần mềm dành cho PCI PCI Express không thay PCI PCI-X mà thay AGP