Kiến trúc máy tính - Bus – Hệ thống dẫn đường

Kiến trúc máy tính
Bus – Hệ thống dẫn đường

Bus là gì?
Bus là hệ thống dẫn đường để liên kết các thành phần lại với nhau.
Bus cục bộ (local bus): đường dẫn cục bộ nối các thành phần bên trong 1 thiết bị
Bus hệ thống (system bus): hệ thống dẫn đường liên quan các thiết bị quan trong như: CPU, bộ nhớ và các mạch ra vào.
Phân loại bus
Bus địa chỉ (address bus): Đường dẫn các thông tin về tín hiệu địa chỉ.
Địa chỉ: gồm vị trí bộ nhớ và thiết bị
Bus dữ liệu (data bus): Đường dẫn các thông tin dữ liệu.
Dữ liệu: gồm nội dung bộ nhớ và số liệu thiết bị
Bus điều khiển (control bus): Đường dẫn các thông tin tính hiệu điều khiển (xác định các thao tác).
Ví dụ bus điều khiển
Tín hiệu R/W (Read/Write) xác định thao tác đọc/ghi
R/W có giá trị:
1: thao tác đọc
0: thao tác ghi
Tín hiệu M/IO (Memory/IO) cho biết làm việc với bộ nhớ hay IO
M/IO có giá trị:
1: làm việc với bộ nhớ
0: làm việc với IO
Cách hoạt động của bus hệ thống
CPU và bộ nhớ
Xét thao tác CPU đọc 1 ô nhớ trong bộ nhớ
CPU
Bộ nhớ
I/O
Địa chỉ ô nhớ
Bus địa chỉ
Nội dung ô nhớ
Bus
dữ liệu
Bus đk
1 chiều
2 chiều
_
R/W=1,

_
M/IO=1

_____
ready

CPU và bộ nhớ
CPU gởi tín hiệu M/IO = 1 ra bus đk
Đồng thời CPU gởi địa chỉ ô nhớ cần truy xuất ra bus địa chỉ và tín hiệu R/W=1 ra bus đk
Bộ nhớ sẽ nhận được các tín hiệu trên, bộ nhớ sẽ giải mã địa chỉ để chọn ô nhớ cần truy xuất và gởi nội dung ô nhớ ra bus dữ liệu
Đồng thời bộ nhớ gởi tín hiệu ready ra bus đk để báo cho CPU biết chỉ hiệu đã sẵn sàng
CPU nhận nội dung ô nhớ trên bus dữ liệu tương tự với thao tác ghi bộ nhớ
CPU và thiết bị
Bộ đệm số liệu (data buffer) chứa các số liệu của thiết bị
CS = chip select: Chọn thiết bị
CPU
Bộ giải mã địa chỉ chọn thiết bị
bus dữ liệu
bus điều khiển
Giả sử CPU truy xuất 2 thiết bị
bus địa chỉ
địa chỉ
thiết bị
Thbị 2
bộ đệm
số liệu
_
R/W

_
R/W

__
CS

__
CS

__
CS

Tần số bus
Có 2 kiểu hoạt động:
Bus đồng bộ
Bus bất đồng bộ
Máy tính hoạt động theo bus đồng bộ, làm việc theo nhịp
Trên mainboard có 1 bộ dao động tạo các xung nhịp tuần hoàn cho máy tính (xung đồng hồ)
Tần số nhịp đo theo đơn vị Hz
Hz = số nhịp / s
Khz = 1000Hz
Mhz = 1000 Khz
Ghz = 1000 Mhz
Tần số bus cục bộ, bus hệ thống, CPU, bus mở rộng, bộ nhớ.
Tần số bus hệ thống
Pentium: bus hệ thống 50/60/66 Mhz
Pentium II: bus hệ thống 66/100 Mhz
Pentium III: bus hệ thống 100/133 Mhz
Pentium IV: bus hệ thống 400/533/800 Mhz
Xác định tần số bus hệ thống
Xác định thông qua các jumper hay các switch trên mainboard
Xác định tần số CPU: Cao hơn tần số bus
Tính tỉ số: ratio = tần số CPU/ tần số bus hệ thống
Ví dụ:
CPU Pentium III 733Mhz, bus hệ thống 133Mhz.
ratio = 733/133 ~ 5.5
CPU Pentium IV 2.0 Ghz, bus hệ thống 533Mhz
Ratio = 2000/533 ~ 3. 8
Xác định tần số bus hệ thống
Ta xác định tần số CPU = tỉ số ratio
Cách xác định ratio:
Dùng các jumper hay switch
Dùng chương trình CMOS setup
Tự động
Tần số CPU = tần số bus hệ thống x ratio

Dãy các Jumper trên mainboard
Độ rộng bus
Độ rộng bus dữ liệu: số bit có thể truyền đồng thời
Độ rộng bus địa chỉ: không gian địa chỉ tối đa của bộ nhớ
CPU 16 bit (8086, 8088, 80286)
Bus dữ liệu
16 bit: 8086/80286
8 bit: 8088
Bus địa chỉ
20 bit: 8086/8088
24 bit: 80286
Bộ nhớ tối đa1Mb (210)  16Mb (224)
Độ rộng bus
CPU 32 bit: 80386/80486
Bus dữ liệu: 32 bit
Bus địa chỉ: 32 bit
CPU 64 bit: Intel, AMD
Bus dữ liệu: 64 bit
Bus địa chỉ: 32 bit
Phân cấp bus
Bus hệ thống chia sẽ dùng chung cho nhiều thiết bị
Nếu quá nhiều thiết bị  bus hệ thống có thể bị quá tải
Thiết bị
Nhanh nhất: CPU
Nhanh: bộ nhớ
Chậm hơn: đĩa cứng/CD
Chậm: đĩa mềm, cổng nối tiếp
Tổ chức phần bus theo thiết bị