Cấu trúc bus máy tính

BUS architecture of computer SVTH: Nguyễn Tất Hào 1 Cấu trúc bus máy vi tính I. Khái niệm bus II. Các thông số của bus III. Hệ thống bus của máy tính V. Phân loại bus IV. Cơ chế hoạt động VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 2 3I. Khái niệm bus Nói tóm Bus là tập hợp các đường kết nối để vận chuyển thông tin từ thành phần này đến thành phần khác trong 1 hệ thống. Ở đây hệ thống được nói đến là hệ thống máy tính. Mục đích chính của Bus là lưu thông, vận chuyển tín hiệu, dữ liệu. Trong máy tính, người ta coi bus như kênh, tuyến – đường dẫn nội bộ để truyền tín hiệu giữa bộ Vi xử lý và các bộ phận khác, hoặc thiết bị này và các thiết bị khác trong hệ thống máy tính. 4II. Các thông số của bus - Độ rộng bus (Bit) - Tốc độ của bus (MHz) - Chu kỳ dữ liệu xung nhịp - Băng thông (MBps) Là số bit dữ liệu tối có thể truyền qua Bus trong 1 chu kỳ dữ liệu của bus. Hay là số bit dữ liệu tối đa trong 1 lần truyền. Là tốc độ truyền dữ liệu tối đa của Bus Là số chu kỳ xung clook cần thiết để truyền 1 chu kỳ dữ liệu Là số bit dữ liệu tối đa truyền trên một đơn vị thời gian (sec). 5III. Hệ thống BUS của máy tính Trong hệ thống bus của máy tính thì CPU là bus mater nắm quyền điều hành toàn bộ hệ thống bus. Tuy nhiên, không chỉ CPU nắm quyền điều hành hệ thống bus mà có lúc CPU cũng phải nhường quyền điều khiển bus cho các chíp I/O (Chipset) Chipset có nhiệm vụ cho phép hoặc không cho phép thiết bị hay thành phần nào của hệ thống sử dụng bus để trao đổi dữ liệu. Trong một thời điểm thì bus chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu duy nhất giữa 2 thành phần do chipset điều khiển. 6IV. Cơ chế hoạt động 4.1. Thiết bị chủ và tớ: Nhiều thiết bị nối ghép và trao đổi thông tin với nhau qua các bus điều khiển, bus địa chỉ và bus dữ liệu. Khi một thiết bị muốn trao đổi thông tin với thiết bị khác, đầu tiên nó cần phải chuyển địa chỉ để phân biệt thiết bị bởi vì mỗi thiết bị bao giờ cũng có một địa chỉ duy nhất. Đồng thời nó cũng gửi đi một tín hiệu ghi hoặc đọc để xác định hành động. Thiết bị chủ (master) là thiết bị khởi đầu và điều khiển việc trao đổi thông tin còn thiết bị đáp lại gọi là thiết bị tớ (slave), trong hệ thống thường thì CPU hoặc Chipset là master chòn lại là slave. 7IV. Cơ chế hoạt động 4.2. Phân phối bus Nếu có nhiều thiết bị chủ có yêu cầu sử dụng bus thì bus phải được phân phối theo một trình tự nhất định, bởi vì không có bus nào phục vụ hai thiết bị chủ cùng một lúc. 4.3. Giao thức Bus Để phối hợp hoạt động giữa các bộ phận khác nhau của hệ thống, các bus phải tuân theo một loạt các tiêu chuẩn về tín hiệu và định thời. Thuật ngữ Giao thức bus muốn đề cập tới các tiêu chuẩn này. Có hai giao thức bus chính là: đồng bộ và không đồng bộ. 8V. Phân loại bus 5.1. Bus bộ xử lý (back side bus - BSB) Là đường truyền giữa bộ VXL và bộ nhớ cache L2 hoặc L3. Bus này hoạt động ở tốc độ nhanh nhất, và không bị tắc nghẽn. Nó cũng bao gồm bus dữ liệu, địa chỉ và điều khiển. 9V. Phân loại bus 5.2. Bus hệ thống (front side bus - FSB) Là hệ thống bus trao đổi dữ liệu giữa BXL với bộ nhớ chính và các ổ đĩa… Tuy nhiên các thiết bị này thường là không được trao đổi trực tiếp với bộ vi xử lý mà phải thông qua bộ nhớ đệm do sự chệnh lệch tốc độ giữa các thiết bị này và bộ VXL là quá lớn. Độ rộng bus dữ liệu ở đây luôn bằng độ rộng bus của bộ VXL. 10 V. Phân loại bus 5.3. Bus vào ra (bus mở rộng) - Các bus này dùng để trao đổi với thiết bị ngoại vi, có tốc độ rất hạn chế. Độ rộng bus có thể thay đổi - Giao tiếp này có thể là song song hoặc nối tiếp - Riêng giao tiếp nối tiếp ta cần phải có bộ chuyển đổi song song sang nối tiếp và nối tiếp sang song song. - Các bus này phải có các chuẩn nhất định 11 VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 6.1. Bus PC Là Bus ra đời phục vụ cho VXL 8086 và cơ sở là máy tính PC XT - Hoạt động ở tần số 4,47 MHz - Độ rộng bit dữ liệu là 8 bit - Băng thông tối đa là 8,83MBps - Có 20 đường địa chỉ quản lý 1MB bộ nhớ - Khe cắm có 2 hàng chân gồm 62 tiếp điểm 12 VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 6.2. Bus ISA (Industry Standard Architecture) - Hoạt động ở tần số 8,83 MHz - Độ rộng bit dữ liệu là 8 bit hoặc 16bit - Băng thông tối đa là 16,66 MBps - Có 24 đường địa chỉ quản lý 16MB bộ nhớ -Khe cắm có 2 hàng chân gồm 62 tiếp điểm và phần mở rộng Bus ISA tương thích 90% với bus AT. 13 VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 6.3. Bus EISA (Extended ISA ) Đây là chuẩn mở rộng của ISA - Hoạt động ở tần số 8,83 MHz - Độ rộng bit dữ liệu là 32 - Băng thông tối đa là khoảng 33, 32 MBps - Có 24 đường địa và 8 đường mở rộng đến 4GB bộ nhớ EISA tương thích hoàn toàn cho ISA Mô hình EISA 14 VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 6.4. Bus MCA (Micro Channel Architecture ) Phục vụ cho hệ thống IBM PS/2 không tương thích với bus ISA Có thể hoạt động với 16 hay 32 bits dữ liệu Có nhiều đường dẫn và thiết kế phức tạp hơn ISA Bus này hoạt động không đồng bộ, không phụ thuộc xung nhịp của PC Tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 160 MBps. 15 VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 6.5. Bus PCI (Peripheral Component Interconnect) Là loại bus có tốc độ tương đối cao và phổ biến thay thế cho ISA và EISA. Và là bus cục bộ - Hoạt động ở tần số 33 MHz - Độ rộng bit dữ liệu là 32 và 64bit - Băng thông tối đa là khoảng 66 MBps Bus này kết nối vơi bus VXL thông qua 1 chip cầu nối đặc biệt là cầu PCI Thông thường có 3 đến 4 khe cắm trên bản mạch chính là: card màn hình, điều khiển ổ đĩa, cầu chuyển sang ISA và các mạch khác. VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 16 6.6 Bus VL ( VESA local bus) - Bus VL cũng giống như PCI nhưng bus Vl hoạt động ở tần số 50MHz cho nên băng thông cực đại có thể lên tới 107Mbps - Về cơ bản băng thông của bus VL và PCI cao lý do là phụ thuộc xung nhịp của VXL nên tránh được hiện tượng “thắt cổ chai”. VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 17 6.7. Bus nối tiếp đa năng USB(Universal Serial Bus) - Là công nghệ mới nhưng được phát triển nhanh. Là một giao diện mạnh, đơn giản và đễ sử dụng, có thể kết nối được 127 thiết bị theo kiểu nối tiếp. - Băng thông tối đa đạt 480Mbps ở chuẩn USB 2.0, là chuẩn giao tiếp nhanh nhất hiện nay. - Cáp USB gồm 2 sợi nguồn (+5V & dây chung GND) cùng một cặp gồm 2 sợi dây xoắn để mang dữ liệu. - Một Cable USB có thể dài 5m, nếu dùng USB Hub có cấp nguồn riêng biệt có thể kéo dài 30m - Và mới đây nhất là chuẩn USB 3.0 với tốc độ vào khoảng 3,2-4 Gbps.Tuy nhiên đây là một công nghệ mới và vẫn còn đang được hoàn thiện vì vậy hiện mới chỉ có một số hãng hỗ trợ. VI. Một số cấu trúc một số chuẩn bus mở rộng 18 6.8. Bus FireWire - Firewire hay còn gọi là IEE-1394 là bus cho phép thiết bị ngoại vi trao đổi dữ liệu với máy tính theo kiểu nối tiếp - Băng thông tối đa đạt 400Mbps, bus nối tiếp nhanh thứ 2 sau USB. - Một bus Firewire có thể nối được tối đa 63 thiết bị ngoại vi với nhau Cổng 1394 - Để kết nối với máy tình qua chuẩn IEEE-1394 cần phải có card mạng (NIC) cho mỗi máy và nếu có hơn 2 máy thì phải cần hub hoặc switch. Thank you for listening!