03-总线
03-总线
为什么需要总线？
各个部件之间需要进行信息的传递，如果使用传输线将所有需要连接的设备都连接起来，那么cpu可能要跟数百个部件连接，在电路板上印刷电路成本很高。体积也会比较巨大，难以维护
什么是总线？
总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质
当前的总线结构
以存储器为中心的爽总线结构框图
有两条总线：系统总线和存储总线
所有的设备，cpu/主存、各个I/O设备都连接到系统总线上
CPU/主存之间用存储总线连接
当前这样的结构能够比较高效的进行设备间的通信，但当前主存无法同时处理两条总线上的数据，以后技术进步后可能会优化。
结构见下图
总线的分类
- 片内总线 芯片内部的总线
- 系统总线 计算机各个部件之间的信息传输线
- 数据总线 总线上传输的是数据信号 双向 与机器字长、存储字长有关 数据总线的条数是小于等于机器字长
- 地址总线 总线上传输的是地址信号 单向 与存储地址、I/O地址有关
- 控制总线 向系统的各个设备发送控制信号，或者各个设备向cpu发送状态信号 有出 有入
出信号： 存储器读，存储器写 总线允许 中断确认
入信号：中断请求 总线请求
- 通信总线 用于计算机体统之间 或计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信
传输方式：串行通信总线和并行通信总线
总线特性
- 机械特性 尺寸、形状、管教书 及排列顺序
- 电气特性 传输方向和有效的 电平范围
- 功能特性 每根传输线的功能 地址、数据、控制、状态反馈
- 时间特性 信号之间的时序关系
总线的性能指标
- 总线宽度： 数据线 的根数
- 标准传输率 每秒传输的最大字节数（MBps）
- 时钟同步/异步 同步、不同步
- 总线复用 地址线与数据线复用
- 信号线数 地址线、数据线和控制线的 综合
- 总线控制方式 突发、自动、仲裁、逻辑、计数
- 其他指标 负载能力
总线标准
| 总线标准 | 数据线 | 总线时钟 | 带宽 |
|---|---|---|---|
| ISA（工业标准体系结构） | 16 | 8MHz(独立) | 16MBps |
| EISA（扩展ISA） | 32 | 8MHz(独立) | 33MBps |
| VESA(VL-BUS)(视频电子标准协会) | 32 | 8MHz(独立) | 132MBps |
| PCI（外设部件互联标准，目前用的很多） | 32 64 | 33MHz(独立) 66MHz(独立) | 132MBps 528MBps |
| AGP（点对点局部连接标准） | 32 | 66.7MHz(独立) 133MHz(独立) | 266MBps 533MBps |
| RS-232 | 串行通信总线标准 | 数据终端设备（计算机）和数据通信设备（调制解调器）之前的标准接口 | |
| USB | 串行接口总线标准 | 普通无屏蔽双绞线、带屏蔽双绞线、最高 | 1.5MBps(USB1.0) 12MBps(USB1.0) 480Mbps(USB2.0) |
总线通信控制
- 目的 解决通信双方 协调配合问题
- 总线传输周期
- 申请分配阶段 主模块申请，总线仲裁决定
- 寻址阶段 主模块向从模块 给出地址和命令
- 传数阶段 主模块和从模块交换数据
- 结束阶段 主模块撤销有关消息
总线通信的四种方式
- 同步通信 由统一时标 控制数据传送
- 异步通信 采用应答方式，没有公共时钟标准
- 半同步通信 同步、异步相结合
- 分离式通信 充分挖掘系统 总线每个瞬间的潜力，发挥最大效能
1） 同步式数据输入
有定宽定距的时钟 来控制整个数据传输过程
在给定的时间点完成相应的操作
2） 同步式数据输入
同步通信 用于总线长度比较短，各个模块存取时间比较一致的情况下（为什么需要总线长度比较短？）
3） 异步通信
不互锁，半互锁，全互锁
4）半同步通信（同步、异步结合）
同步
发送方用系统时钟前沿发信号
接收方用系统时钟后沿 判断、识别
异步
允许不同速度的模块和谐工作
增加一条"等待"响应信号
以上三种通信的共同点
一个总线传输周期（以输入数据为例）
- 主模块发地址、命令 占用总线
- 从模块准备数据 不占用总线 总线空闲
- 从模块向主模块发数据 占用总线
从模块准备数据，总线空闲时，对总线来说是极大的浪费，总线的效率是计算机系统的瓶颈，如何提高其利用率？分离式通信
5）分离式通信
充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力
一个总线传输周期
子周期1 主模块 申请占用总线，使用完后 即放弃总线的使用权
子周期2 从模块申请占用总线，将各种信息送至总线上
分离式通信特点：
1.各模块有权申请占用总线
2.采用同步方式通信，不等对方回答
3.各模块准备数据时，不占用宗霞
4.总线被占用时，无空闲
