Bài giảng CNTT cấu trúc bus

PowerPoint Presentation VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GÒN Email trinhtandatsgu edu vn Website https sites google comsitettdat88 CẤU TRÚC BUS TRONG MÁY TÍNH mailto trinhtandatsgu edu vn https sites google comsitettdat88 CHỨC NĂNG VÀ THÔNG SỐ CỦA BUS Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính • Bus là đường truyền tín hiệu có chức năng lưu thông, vận chuyển tín hiệu, dữ liệu giữa các khối chức năng trong hệ thống máy tính • Bus t.

CẤU TRÚC BUS TRONG MÁY TÍNH VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GỊN Email: trinhtandat@sgu.edu.vn Website: https://sites.google.com/site/ttdat88 CHỨC NĂNG VÀ THƠNG SỐ CỦA BUS • Bus đường truyền tín hiệu có chức lưu thơng, vận chuyển tín hiệu, liệu khối chức hệ thống máy tính • Bus thường có 50 đến 100 dây dẫn gắn mainboard • Với đường dây dẫn, Bus truyền tín hiệu vi xử lý phận khác, thiết bị với thiết bị khác hệ thống máy tính Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG VÀ THƠNG SỐ CỦA BUS • Độ rộng bus (bus width, đơn vị bit): số bit liệu tối đa truyền chu kỳ liệu bus (số bit liệu tối đa lần truyền) • Tốc độ bus (bus speed, đơn vị MHz): tốc độ truyền tối đa bus • Chu kỳ liệu xung nhịp (clock data cycle): số chu kỳ xung nhịp cần thiết để truyền chu kỳ liệu • Băng thơng (Bandwidth, đơn vị MBps): Số bit liệu tối đa truyền đơn vị thời gian (giây) Băng thông [MB/s] = Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn 𝑇ố𝑐 độ 𝐵𝑈𝑆 𝑀𝐻𝑧 ∗𝑆ố 𝑏𝑦𝑡𝑒 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑙ầ𝑛 𝑡𝑟𝑢𝑦ề𝑛 𝑡ả𝑖 𝐶ℎ𝑢 𝑘ỳ 𝑑ữ 𝑙𝑖ệ𝑢 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑥𝑢𝑛𝑔 𝑛ℎị𝑝 Kiến Trúc Máy Tính HỆ THỐNG ĐƠN BUS • Có nhiều thành phần nối vào bus chung, số thiết bị tích tực (active) địi hỏi truyền thơng bus, số thiết bị thụ động chờ yêu cầu từ thiết bị khác ➔ Các thiết bị tích cực gọi chủ (master) cịn thiết bị thụ động tớ (slave) • Phân loại dây dẫn: o Dây dẫn liệu: Data line o Dây dẫn địa chỉ: Address line o Dây dẫn điều khiển: Control line Sơ đồ kết nối Bus HỆ THỐNG ĐƠN BUS • Tại thời điểm phục vụ yêu cầu trao đổi liệu • Các thành phần nối vào Bus có tốc độ khác • Các Module nhớ Module IO phụ thuộc vào cấu trúc CPU • Khắc phục: o Xây dựng cấu trúc đa Bus bao gồm hệ thống Bus khác tốc độ o Trong hầu hết máy PC bus phân thành cấp bus nối với thông qua cầu nối Bus Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính PHÂN LOẠI BUS • Bus thường phân loại theo cách sau: o Theo tổ chức phần cứng o Theo giao thức truyền thông ( bus đồng khơng đồng bộ) o Theo loại tín hiệu truyền bus ( bus địa chỉ, bus liệu,…) • Bus theo tổ chức phần cứng: bên (internal bus), bên (external bus) Các chip vi xử lý thiết kế để tùy ý lựa chọn internal bus, với external bus cần phải thiết kế tuân theo tập quy tắc chuẩn gọi giao thức bus (bus protocol) Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính LOẠI BUS PHẦN CỨNG - INTERNAL BUS • Kết nối thành phần bên vi xử lý: o Đơn vị điều khiển (CU) o Đơn vị số học logic (ALU) o Các ghi (Registers) Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính LOẠI BUS PHẦN CỨNG - EXTERNAL BUS • Các external bus lắp đặt vào bo mạch chủ, từ kết nối với internal bus ➔ Kết nối bo mạch chủ với thành phần khác • Dây cáp external bus dùng để kết nối thiết bị ngoại vi thiết bị nội bộ, kết nối internal buses với thiết bị nội LOẠI BUS GIAO THỨC TRUYỀN THƠNG - BUS ĐỒNG BỘ - SYNCHRONOUS BUS • Bus đồng có đường điều khiển dao động thạch anh, tín hiệu đường dây có dạng sóng vng với tần số → 50 MHz • Mọi hoạt động bus xảy số nguyên lần chu kỳ gọi chu kỳ bus • Ví dụ (hình bên): số xung clock 4MHz ➔ chu kỳ bus 250ns Chu kỳ đọc bus đồng Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính LOẠI BUS GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG - BUS ĐỒNG BỘ - SYNCHRONOUS BUS • Giả sử đọc byte từ nhớ chiếm chu kỳ bus (750ns), tương ứng với T1, T2, T3 • Thao tác đọc: chọn đọc (Memory Request) - xác định truy xuất nhớ Khoa Công Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn o T1: bắt đầu cạnh dương xung clock → vi xử lý đặt địa byte cần đọc lên bus địa Sau tín hiệu địa xác lập, vi xử lý đặt tín hiệu 𝑀𝑅𝐸𝑄 RD tích cực (mức thấp) o T2: thời gian cần thiết để nhớ giải mã địa đưa liệu lên bus liệu o T3: cạnh âm T3, vi xử lý nhận liệu bus liệu, chứa vào ghi bên vi xử lý chốt liệu → vi xử lý đảo tín hiệu 𝑀𝑅𝐸𝑄 RD Kiến Trúc Máy Tính MÁY PC/AT VÀ BUS ISA • ISA: Industry Standard Architecture • Bus ISA dùng cho hệ thống điều khiển CPU bảng mạch chính, phục vụ kiến trúc Intel 80286 • Tần số làm việc cực đại: 8.33 MHz (tốc độ truyền tải cực đại 16.66 MBps với số liệu bytes) • Độ rộng bus: 8, 16 bits • Bus địa chỉ: 24 dây (quản lý 16 MB nhớ) • Tương thích 90% với bus AT Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS MCA • Bus MCA (Micro Channel Architecture), phục vụ cho hệ thống IBM PS/2 khơng tương thích với bus ISA • Bộ điều khiển bus hoạt động độc lập với VXL • Hỗ trợ tự động cấu hình thiết bị (Plug And Play) • Độ rộng liệu: 16/32 bit • Bus khơng đồng • Băng thơng: 160MB/s Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS EISA • Phiên cải tiến bus ISA • Hỗ trợ thiết bị ngoại vi 32 bit • Tốc độ cao bus ISA • Hỗ trợ khe cắm EISA (Extented ISA) • Tương thích với chuẩn ISA Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS EISA • Tần số xung nhịp: 8.33MHz • Độ rộng bus: 32 • Băng thơng: 33.32MB/s • Quản lí khơng gian nhớ: 4GB • Kích thước tiêu chuẩn EISA: cao 127mm (5 inch), dài 333.5 mm (13.13 inch), rộng: 12.7 mm (0.5 inch) Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS PCI - PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT • Chuẩn kết nối thành phần ngoại vi (Peripheral Component Interconnect) • Ra đời 1993 • Khe cắm PCI khơng tương thích với chuẩn ISA EISA • Tần số xung nhịp: 33MHz 66MHz • Độ rộng bus: 32/64 bit • Băng thơng: 132 MB/s, 264 MB/s Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS PCI - PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT • Điểm mạnh: liệu truyền tải theo kiểu cụm (burst) → Địa chỉ truyền lần, lần lại hệ thống hiểu ngầm cách cho đơn vị phát thu đếm lên xung clock • Tốc độ truyền tối đa kiểu burst lên đến 120MBps Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS PCI - PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT • Nâng cấp PCI thành PCI-X cho phép nâng tốc độ trao đổi liệu gấp đơi so với PCI • Ra đời 1999 • Tần số xung nhịp: 133MHz • Băng thông: 1GB/s Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS NỐI TIẾP ĐA NĂNG • Bus USB (Univeral Serial Bus) • Cho phép kết nối với nhiều loại thiết bị: Bàn phím, chuột, hình, ổ đĩa,… • Cho phép kết nối 127 thiết bị theo kiểu móc xích • Chuẩn USB 1.0 1.1 có băng thơng: 12Mbps • Chuẩn USB 2.0 băng thơng: 480Mbps • Chuẩn USB tự nhận diện thiết bị • Gắn thêm thiết bị khơng cần khởi động lại máy Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS NỐI TIẾP ĐA NĂNG • USB tn theo chuẩn truyền thơng nối tiếp đồng (Synchronuos serial) • Thơng tin USB gồm gói: o Gói thẻ (token packet): nơi khởi tạo token cho biết loại truyền tải o Gói liệu (data packet): Dữ liệu thực tế truyền tải o Gói thơng tin móc nối (handshack packet): cho biết việc truyền tải thất bại hay thành công Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS NỐI TIẾP ĐA NĂNG • Bắt đầu truyền tin, máy chủ gửi gói thẻ (token packet) Mỗi gói thẻ có • cấu trúc sau: o bit nhận dạng PID o bit địa o bit số hiệu điểm cuối hướng truyền o bit kiểm tra lỗi CRC Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS NỐI TIẾP ĐA NĂNG • Thiết bị ngoại vi trả lời gói có định dạng sau: o bit nhận dạng PID o Các byte liệu (1024 byte) o 16 bit kiểm tra lỗi CRC Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS NỐI TIẾP ĐA NĂNG • Khi nhận liệu phía chủ trả lời tín hiệu móc nối o ACK: Chấp nhận o NACK: Không chấp nhận o STALL: Tắc nghẽn Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính BUS IEEE 1394 • Bus hỗ trợ truyền thơng đa phương tiện • Ra đời 1995 • Băng thơng: 100Mbps, 200Mbps, 400 Mbps • Tối đa 63 thiết bị kết nối theo kiểu móc xích • Hỗ trợ phương thức truyền: khơng đồng đồng Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính Bài tập • Tìm hiểu chipset bus đại • Xác định ưu nhược điểm loại bus Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính THANK YOU FOR YOUR ATTENTIONS Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính ... đun CÁC LOẠI MÁY VI TÍNH VÀ CẤU TRÚC BUS TƯƠNG ỨNG • Máy PC/XT bus PC • Máy PC/AT bus ISA • Bus MCA, bus EISA • Bus PCI • Bus nối tiếp vạn (USB) • Bus IEEE 1394 • Bus cục Khoa Cơng Nghệ Thơng... Xây dựng cấu trúc đa Bus bao gồm hệ thống Bus khác tốc độ o Trong hầu hết máy PC bus phân thành cấp bus nối với thông qua cầu nối Bus Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính... LOẠI BUS • Bus thường phân loại theo cách sau: o Theo tổ chức phần cứng o Theo giao thức truyền thông ( bus đồng không đồng bộ) o Theo loại tín hiệu truyền bus ( bus địa chỉ, bus liệu,…) • Bus