Bài giảng Kiến trúc máy tính & Hợp ngữ - Chương: Hệ thống Bus

 10/12/2017
Hệ thống Bus
 Sơ lược về Bus
 - Một trong những hoạt động và chức năng cơ bản 
 của máy tính là truyền số dữ liệu. Sự hoạt động của máy 
 tính do các bộ xử lí điều khiển. Bộ xử lí và các chip hổ trợ 
 khác đến lượt mình cũng thường xuyên truyền số liệu giữa 
 các khối, bộ phận trong và ngoài chúng với nhau.
 - Có rất nhiều các bộ phận, khối riêng rẽ trong các 
 Chíp và các đường truyền số liệu rất đa dạng, nên một cách 
 hợp lí là không thể thực hiện các đường nối giữa các bộ 
 phận, khối từng đôi một với nhau mà ta nối chung tất cả 
 các lối vào/ra của các khối riêng rẽ với nhau lên hệ thống 
 các đường dẫn chung, hệ thống này còn được gọi là Bus.
 1
 10/12/2017
 Đặc điểm khi dùng Bus
 - Các bộ phận, khối được nối lên Bus phải thoả 
 mãn một yêu cầu là có khả năng được cắt ra hoặc nối 
 trở lại theo điều khiển. Lúc một output được cắt ra 
 khỏi Bus nó có trạng thái trở kháng cao.
 - Trong mỗi thời điểm một output thường phải 
 đồng thời cấp số liệu cho nhiều input, cho nên nó cần 
 có khả năng phát ra (source) ở mức logic cao hoặc 
 nuốt vào (sink) ở mức logic thấp, một dòng điện lớn 
 đến vài chục mA cấp cho input đó, đóng vai trò tải của 
 output.
1. Ưu điểm :
 - Giá thành thấp .
 - Dễ thay đổi ngoại vi.
 Ta có thể gở bỏ một ngoại vi hoặc thay đổi ngoại vi mới cho 
các máy tính trong cùng một hệ thống Bus.
 2. Nhược điểm:
 - Điểm bất lợi chính của Bus là tạo ra nghẽn cổ chai, điều 
này làm giới hạn lưu lượng vào/ra tối đa. Các hệ thống máy tính 
dùng cho quản lý phải dùng thường xuyên các ngoại vi, khó khăn 
chính là phải có một hệ thống Bus đủ khả năng phục vụ bộ xử lý 
trong việc liên hệ với các ngoại vi.
 - Quy tắc nghiêm ngặt của truyền số liệu là trong mỗi thời 
điểm, tối đa chỉ có một output được truyền số liệu trên Bus.
 - Ngoài ra một hệ thống Bus còn bị giới hạn tốc độ bởi các 
yếu tố vật lí như chiều dài của Bus và số bộ phận được mắc vào 
Bus .
 2
 10/12/2017
Ⅱ. Phân loại Bus:
 1. Bus hệ thống nối bộ xử lý với bộ nhớ
 System Bus, Front Side Bus (FSB), Local Bus:
 - Bus kết nối bộ xử lí với bộ nhớ thì ngắn và thường 
 rất nhanh.
 - Khi thiết kế Bus kết nối bộ xử lý với bộ nhớ, nhà 
 thiết kế biết trước các linh kiện và bộ phận cần kết nối 
 lại.
 2. Bus nối ngoại vi:
 - Bus vào ra có thể có chiều dài lớn và có thể kết nối 
 với nhiều loại ngoại vi các ngoại vi này có thể có lưu 
 lượng thông tin khác nhau, định dạng dữ liệu khác 
 nhau.
 - Khi thiết kế Bus vào/ra phải thiết kế Bus thoả mãn 
 nhiều ngoại vi có mức trì hoãn và lưu lượng rất khác 
 nhau. 
 Hệ thống bus trong một m áy t ính
 3
 10/12/2017
Hệ thống trên Bus nối ngoại vi được phân cấp thành hai 
 hệ thống Bus con. 

 Bus tốc độ cao (high-speed bus) hỗ trợ kết nối các 
 thiết bị tốc độ cao như SCSI, LAN, Graphic, Video,

 Hệ thống Bus mở rộng (expansion Bus) được thiết kế 
 để kết nối với các ngoại vi yêu cầu tốc độ thấp như: 
 modem, cổng nối tiếp, cổng song song,Giữa hai hệ 
 thống Bus nối ngoại vi trong tổ chức hệ thống Bus 
 phân cấp là một giao diện đệm 
 Hệ thống bus phân cấp
 4
 10/12/2017
Tóm tắt:
Hệ thống Bus trên đã được chia làm 3 phần: 
 - Bus hệ thống được nối với processor, main 
 memory, cache/bridge.
 - Bus tốc độ cao (hight-speed Bus) được nối với 
 các thiết bị yêu cầu tốc độ cao như video, LAN, 
 SCSI,.
 - Bus mở rộng (expansion Bus) được nối với 
 FAX, model.
 Bảng biểu diễn tốc độ dữ liệu của c ác ngoại vi
 5
 10/12/2017
 Các lựa chọn ch ính yếu cho một bus
 Đặc tính của Bus Bus hệ thống Bus ngoại vi
 Độ rộng của Bus Đường dây địa chỉ và số Địa chỉ và số liệu được đa 
 liệu khác nhau hợp
 Độ rộng Bus số liệu Càng rộng càng nhanh (vi Càng hẹp càng ít tốn kém 
 dụ 64 bit) (ví dụ 8 bit)
 Số từ được truyền Chuyển nhiều từ Chuyển đơn giản mỗi lần 
 một từ
 Chủ nhân của Bus Nhiều Một
 Chuyển từng gói Có, cần nhiều chủ nhân Không, kết nối một lần và 
 Bus chuyển hết thông tin
 Xung nhịp Đồng bộ Bất đòng bộ
Chủ nhân bus
 - Các bộ phận có thể khởi động một tác vụ đọc hoặc 
 viết trên Bus. 
 - Ví dụ bộ xử lý luôn là một chủ nhân của Bus. Một 
 Bus có nhiều chủ nhân khi nó có nhiều bộ xử lý, hoặc 
 khi các ngoại vi có thể khởi động một tác vụ có dùng 
 Bus.
 - Nếu có nhiều chủ nhân của Bus thì phải có một cơ 
 chế trọng tài để quyết định chủ nhân nào được quyền 
 chiếm lĩnh Bus.
 6
 10/12/2017
 - Một Bus có nhiều chủ, có thể cấp một dãi thông 
 rộng bằng cách sử dụng các gói tin thay vì dùng Bus cho 
 từng tác vụ riêng lẻ. Kỹ thuật sử dụng gói tin được gọi là 
 phân chia nhỏ tác vụ (dùng bus chuyển gói). 
 - Một tác vụ đọc được phân tích thành một tác vụ yêu 
 cầu đọc (tác vụ này chứa địa chỉ cần đọc) và một tác vụ 
 trả lời của bộ nhớ (chứa thông tin cần đọc). 
 - Mỗi tác vụ đều có một nhãn cho biết loại của tác vụ. 
 Trong kỹ thuật phân chia nhỏ tác vụ, trong khi bộ nhớ 
 đọc các thông tin ở địa chỉ đã xác định thì Bus được 
 dành cho các chủ khác. 
Bus đồng bộ, không đồng bộ
 - Bus hệ thống là một bus đồng bộ, nó gồm có
 một xung nhịp trong các đường dây điều khiển, và
 một nghi thức cho các địa chỉ và các số liệu đối với
 xung nhịp. Do có rất ít hoặc không có mạch logic nào
 dùng để quyết định hành động kế tiếp nào cần thực
 hiện, nên các Bus đồng bộ vừa nhanh, vừa rẻ tiền.
 Trên Bus này, tất cả đều phải vận hành với cùng một
 xung nhịp.
 7
 10/12/2017
 - Ngược lại, các Bus vào/ra thuộc loại Bus bất 
 đồng bộ, các Bus này không có xung nhịp đồng bộ 
 trong hệ thống Bus. Thay vào đó có các nghi thức bắt 
 tay với các quy định riêng về thời gian, được dùng 
 giữa các bộ phận phát và bộ phận thu của Bus. Bus bất 
 đồng bộ rất dễ thích ứng với nhiều ngoại vi và cho 
 phép nối dài Bus mà không phải lo ngại gì đến vấn đề 
 đồng bộ. Bus bất đồng bộ cũng dễ thích ứng với 
 những thay đổi công nghệ. 
Ⅲ. Các chuẩn về Bus:
 - Số lượng và chủng loại các bộ phận vào/ra
 không cần định trước trong các hệ thống xử lý thông
 tin. Điều này giúp cho người sử dụng máy tính dùng
 bộ phận vào/ra nào đáp ứng được các yêu cầu của họ.
 Vào/ra là giao diện trên đó các bộ phận (thiết bị) được
 kết nối vào hệ thống. Nó có thể xem như một Bus nới
 rộng dùng để kết nối thêm ngoại vi vào máy tính.
 8
 10/12/2017
 - Các chuẩn làm cho việc nối kết các ngoại vi vào 
máy tính được dễ dàng: bởi vì, trong khi các nhà thiết 
kế-sản xuất máy tính và các nhà thiết kế-sản xuất 
ngoại vi có thể thuộc các công ty khác nhau. Sự tồn tại 
các chuẩn về bus là rất cần thiết. 
 - Như vậy, nếu nhà thiết kế máy tính và nhà thiết 
kế ngoại vi tôn trọng các chuẩn về bus này thì các 
ngoại vi có thể kết nối dễ dàng vào máy tính. Chuẩn 
của bus vào/ra là tài liệu quy định cách kết nối ngoại vi 
vào máy tính.
 - Các máy tính quá thông dụng thì các chuẩn về 
Bus vào/ra của chúng có thể được xem là chuẩn cho 
các hãng khác (ví dụ: trước đây, UNIBUS của máy 
PDP11, các chuẩn về Bus của máy IBM PC, AT và hiện 
nay là các chuẩn của hãng Intel liên quan đến các máy 
vi tính). Các chuẩn về Bus phải được các cơ quan về 
chuẩn như ISO, ANSI và IEEE công nhận. 
 9