Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ

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 máy tính

3

10/12/2017

Hệ thống trên Bus nối ngoại vi được phân cấp thành hai

hệ thống Bus con.

ó Bus tốc độ cao (high-speed bus) hỗ trợ kết nối các

thiết bị tốc độ cao như SCSI, LAN, Graphic, Video,…

ó 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 các ngoại vi

5

10/12/2017

Các lựa chọn chính yếu cho một bus

Đặc tính của Bus

Độ rộng của Bus

Độ rộng Bus số liệu

Số từ được truyền

Chủ nhân của Bus

Chuyển từng gói

Xung nhịp

Bus hệ thống

Bus ngoại vi

Đường dây địa chỉ và số

liệu khác nhau

Địa chỉ và số liệu được đa

hợp

Càng rộng càng nhanh (vi Càng hẹp càng ít tốn kém

dụ 64 bit)

(ví dụ 8 bit)

Chuyển nhiều từ

Chuyển đơn giản mỗi lần

một từ

Nhiều

Một

Có, cần nhiều chủ nhân

Bus

Không, kết nối một lần và

chuyển hết thông tin

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

Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Bài: Hệ thống Bus