Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Hệ thống bus - Hoàng Xuân Dậu

 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 
 BÀI GIẢNG MÔN
 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
Giảng viên: TS. Hoàng Xuân Dậu
Điện thoại/E-mail: dau@ekabiz.vn
Bộ môn: Khoa học máy tính - Khoa CNTT1
Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ 2 năm học 2009-2010
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 NỘI DUNG
 1. Giới thiệu hệ thống bus
 2. Bus ISA 
 3. Bus EISA
 4. Bus PCI
 5. Bus AGP
 6. Bus PCI Express
 7. Câu hỏi ôn tập
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 2
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.1 Giới thiệu hệ thống bus
  Bus là một hệ thống con (subsystem) có nhiệm vụ truyền 
 dữ liệu giữa các bộ phận trong máy tính;
  Một hệ thống bus thường bao gồm 3 thành phần:
 . Bus địa chỉ (Address bus - A Bus)
 . Bus dữ liệu (Data bus - D Bus)
 . Bus điều khiển (Control bus - C Bus)
  Một số loại bus thông dụng:
 . ISA, EISA
 . PCI
 . AGP
 . PCI Express (hoặc PCIe)
 . USB
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 3
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.1 Giới thiệu hệ thống bus – Nguyên lý
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 4
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.1 Giới thiệu hệ thống bus – Hiện đại
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 5
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.2 Bus ISA
  Bus ISA do IBM phát triển năm 1981
  Băng thông: 8 bit (máy XT) hoặc 16 bit (máy AT)
  Số thiết bị max có thể kết nối: 6
  Xung nhịp hoạt động: 4, 6, 8MHz
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 6
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.2 Bus ISA 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 7
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.3 Bus EISA
  EISA là một mở rộng của bus 
 ISA ra đời vào năm 1988.
  Băng thông: 32 bits
  EISA tương thích với các 
 thiết bị ISA 8 và 16 bit
  Số lượng thiết bị: 1/khe cắm
  Xung nhịp: 8.33MHz
  Tốc độ truyền dữ liệu: 
 33MB/s
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 8
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.3 Bus EISA
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 9
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI
 Bus PCI (Peripheral 
 Component Interconnect) 
 do Intel phát triển năm 
 1993
  Băng thông: 32 hoặc 64 bits
  Tốc độ truyền dữ liệu:
 . 133 MB/s (32bit, 33MHz)
 . 266 MB/s (32bit, 66MHz hoặc 
 64bit, 33MHz)
 . 533 MB/s (64bit, 66MHz)
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 10
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Bus PCI cục bộ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 11
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – 32 bit và 64 bit 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 12
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Sơ đồ khối 
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 13
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Các tín hiệu
  Các tín hiệu khởi tạo một giao dịch:
 . REQ#: Initiator (bên khởi tạo) gửi tín hiệu yêu cầu bus
 . GNT#: Arbiter (bộ Tuỳ chọn) gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus
  Các tín hiệu điều khiển một giao dịch :
 . FRAME#: Bắt đầu chu kỳ bus
 . IRDY#: Initiator sẵn sàng
 . DEVSEL#: Target xác nhận bắt đầu giao dịch
 . TRDY#: Target sẵn sàng
 . STOP#: Dừng giao dịch
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 14
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Các pha của giao dịch
  Một giao dịch PCI (một phiên truyền dữ liệu trên bus PCI –
 transaction) thường gồm 3 giai đoạn:
 . Arbitration (pha tuỳ chọn): khởi tạo giao dịch
 . Address (pha địa chỉ): xác định địa chỉ bên tham gia giao dịch
 . Data (pha dữ liệu): truyền dữ liệu
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 15
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Pha Tuỳ Chọn
  Thiết bị PCI (Initiator) gửi tín hiệu REQ# đến Arbiter yêu 
 cầu sử dụng bus
  Nếu bus rỗi, Arbiter gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus 
 GNT# đến Initiator
  Nếu bus bận, yêu cầu sử dụng bus được đưa vào hàng 
 đợi
  Tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# có thể bị Arbiter 
 huỷ tại bất kỳ thời điểm nào
  Thiết bị PCI được cấp tín hiệu cho phép sử dụng bus 
 GNT# có thể bắt phiên truyền dữ liệu nếu bus rỗi.
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 16
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Pha Địa Chỉ
  Thiết bị PCI (Initiator) có tín hiệu cho phép sử dụng bus 
 GNT# có thể bắt đầu một giao dịch PCI bằng việc gửi 
 tín hiệu FRAME# và gửi địa chỉ thiết bị đích cùng các 
 lệnh liên quan (Read/Write)
  Mỗi thiết bị PCI sẽ kiểm tra địa chỉ và lệnh kèm theo để 
 xác định mình có phải là thiết bị đích hay không. Thiết bị 
 đích (có địa chỉ trùng với địa chỉ gửi bởi Initiator) sẽ gửi 
 tín hiệu trả lời DEVSEL# đến Initiator. 
  Thiết bị đích phải gửi tín hiệu trả lời DEVSEL# trong thời 
 gian 3 chu kỳ đồng hồ.
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 17
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Pha Địa Chỉ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 18
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.4 Bus PCI – Pha Dữ Liệu
  Sau pha địa chỉ 
 (khi tín hiệu 
 DEVSEL# ở 
 mức thấp) là 
 một hoặc một số 
 pha dữ liệu.
  Kết thúc pha dữ 
 liệu, thiết bị đích 
 gửi tín hiệu 
 STOP#.
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 19
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.5 Bus AGP
  Bus AGP do Intel phát 
 triển năm 1993
  Băng thông: 32 bít
  Tốc độ truyền dữ liệu:
 . 1x: 66MHz, 266MB/s
 . 2x: 133MHz, 533MB/s
 . 4x: 266MHz, 1066MB/s
 . 8x: 533MHz, 2133MB/s
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 20
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.5 Bus AGP
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 21
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.5 Bus AGP – AGP Card
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 22
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.6 Bus PCI Express
  Bus PCI Express (còn gọi là PCIe) do Intel phát triển năm 
 2004.
  Độ rộng bus theo bits: 1-32
  Kiểu truyền thông: nối tiếp (điểm đến điểm)
  Tốc độ truyền dữ liệu:
 . Một luồng (lane):
 • v1.x: 250 MB/s
 • v2.0: 500 MB/s
 • v3.0: 1 GB/s
 . Kênh 16 làn:
 • v1.x: 4 GB/s
 • v2.0: 8 GB/s
 • v3.0: 16 GB/s
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 23
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.6 Bus PCI Express – Khe Cắm
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 24
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.6 Bus PCI Express vs PCI
 Các thiết bị PCI chia sẻ một bus chung, nhưng mỗi thiết bị PCI Express 
 có kênh truyền thông riêng thông qua bộ chuyển mạch Switch
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 25
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.6 Bus PCI Express – Kiến trúc
  PCI Express được cấu trúc từ các liên kết nối tiếp điểm 
 đến điểm;
  Một cặp liên kết nối tiếp (theo 2 chiều ngược nhau) tạo 
 thành một luồng (lane);
  Các luồng được định tuyến qua một bộ chuyển mạch 
 (crossbar switch) trên bảng mạch chính;
  Các khe cắm PCI Express vật lý có thể chứa từ 1 đến 32 
 làn.
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 26
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.6 Bus PCI Express – Kiến trúc
  PCI Express sử dụng giao thức truyền nối tiếp và tránh 
 được vấn đề timing skew (lệch thời gian) – một trong 
 các yếu tố làm giảm tốc độ:
 . Các loại bus song song (ISA, PCI, AGP) đòi hỏi tất cả các bit 
 của một đơn vị dữ liệu phải đến đích tại một thời điểm;
 . Do vấn đề timing skew, các bít của một đơn vị dữ liệu có thể 
 không đến đích đồng thời gây khó khăn cho việc khôi phục 
 đơn vị dữ liệu;
  Phương thức truyền nối tiếp không gặp phải vấn đề 
 timing skew do giao thức này không đòi hỏi tất cả các bit 
 của một đơn vị dữ liệu phải đến đích tại một thời điểm.
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 27
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1
 BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
 CHƯƠNG 7 – HỆ THỐNG BUS
 7.7 Câu hỏi ôn tập
 1. Các thành phần của hệ thống bus và các 
 loại bus
 2. Nguyên lý làm việc của bus PCI
 3. Nguyên lý làm việc của bus PCI Express.
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU Trang 28
 BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1