组成原理（二）：总线
学习重点
- 总线概念
- 总线分类
- 总线结构
- 单总线
- 双总线
- 三总线
- 总线控制
- 判优控制（仲裁）
- 集中式
- 分布式
- 通信控制
- 同步
- 异步
- 半同步
- 分离式
- 判优控制（仲裁）
1.概念（BUS）
总线：信号的公共传输线（介质）
- 串行：适合长距离传输
- 并行：短距离传输
2.总线分类
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片内总线
芯片内部总线 -
系统总线
- 数据总线
- 地址总线
- 控制总线
-
通信总线：
- 串行总线
- 并行总线
3.总线特性
- 机械特性：尺寸，形状，管脚数及排列顺序
- 电气特性：传输方向和有效电平范围
- 功能特性：每根传输线的功能（地址，数据，控制）
- 时间特性：信号与时序的关系
4.总线性能指标
- 总线宽度：总线根数
- 标准传输率：每秒传输最大字节数（MBps） 带宽
- 时钟同步/异步
- 总线复用
- 信号线数：地址线，数据线和控制线之和
- 总线控制方式：突发，自动，仲裁，逻辑，计数
- 其他指标：负载能力（I/O）
5.总线标准
PCI
USB
RS-232
...
6.总线结构
6.1 单总线
资源抢夺
6.2 双总线
1.面向CPU
外部设备与主存信息传输必须经过cpu
2.以存储器为中心
目前技术，两条总线无法同时工作
3.带通道(图片有误，第一个主存应为cpu)
6.3 三总线
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DMA方式
-
扩展总线（主存连接的为系统总线）
- 局部总线
- 系统总线
- 扩展总线
7.总线控制
7.1 判优控制（仲裁）
系统中多个设备或模块可能同时申请对总线的使用权，为避免产生总线冲突，需由总线仲裁机构合理地控制和管理系统中需要占用总线的申请者
- 基本概念：
- 主设备：对总线有控制权
- 从设备：响应从主设备发出的总线命令
- 集中式
仲裁器为CPU，有三种方式：- 链式查询
- BR——>BG——>BS
- IO通过BR提出占用请求
- BG总线同意
- 通过BS设置总线忙
- 计数器定时查询
- BR——>BS
- IO通过BR提出总线占用请求
- 从计数器初始值一直累加到n查询IO
- IO通过BS设置总线忙
- 独立请求方式
- BR——>BG
- n个设备需要2n条线
- 内部需要有排队器(设备地址线)
- 链式查询
- 分布式
仲裁器为各个参与的主设备，比较权重大小，最终获胜的主设备获得BUS的使用权
7.2 通信控制
目的，协调通信双方协调配合问题
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总线传输周期：
- 主模块申请分配，总线仲裁（申请分配阶段）
- 主模块给从模块发送地址和命令（寻址阶段）
- 从模块准备数据，主从模块交换数据（传数阶段）
- 主模块撤销申请（结束阶段）
-
主线通信四种方式：
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1.同步通信
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同步输入(读写低电平有效，其他高低都有效)
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同步输出
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2.异步通信
- 不互锁
- 半互锁
- 全互锁
- 示意图
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3.半同步通信（同步异步结合）
- 同步：发送发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：运行不同速度的模块配合工作
- 包含多个TW：WAIT为低电平则等待一个TW，还是TW则继续等待
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4.分离式通信
- 从模块准备数据时主模块放弃总线占用
- 从模块传送数据时再申请总线占用
- 特点：
- 各个模块都有权申请占用总线
- 采用同步通信，不用对方应答
- 数据准备时不占用总线
- 总线被占用时无空闲
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