计组笔记-系统总线

总线的基本概念

为什么要用总线

减少硬件间的连线数量

什么是总线

连接各个部件的信息传输线

是各个部件共享的传输介质

规范：一条总线只允许一对硬件进行传输，其余硬件需等待。

总线上信息的传送

  • 串行

    • 把要传输的信息一位一位的放到总线上，接收方再一位一位的接收
    • 可长距离传输信息

  • 并行

    • 把要传输的信息多多位多位的放到总线上，接收方再多位多位的接收
    • 长距离易损坏信息，但有特殊的处理方式

总线结构的计算机距离

  • 单总线结构框图

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    不合理，若主存需要与其他硬件一起工作，CPU会停止运行

  • 面向CPU的双总线结构框图

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一条总线专门联通CPU和主存，解决了上图的问题

问题：主存与外部设备没有信息通路

  • 以存储器为中心的双总线结构图

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解决了上述问题

总线的分类

  1. 片内总线 芯片内部 的总线
  2. 系统总线 计算机各部件之间的信息传输线(外部)
    1. 数据总线 双向 与机器字, 存储字长有关
    2. 地址总线 单项 与存储地址, I/O地址有关
    3. 控制总线 有出 有入
  3. 通信总线 用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信
    • 传输方式： 串行通信总线， 并行通信总线

总线特性及性能指标

总线物理实现

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总线就是印刷在主板上的

总线特性

  • 机械特性
    • 尺寸、形状、管脚数、线和线间的排列顺序
  • 电气特性
    • 传输方向和有效地电平范围
  • 功能特性
    • 每根传输线地功能
      • 地址
      • 数据
      • 控制
  • 时间特性
    • 信号地时序关系

总线的性能指标

  • 总线的宽度
    • 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, 数据线和控制线的总和
  • 总线的控制方式
    • 突发, 自动, 仲裁, 逻辑, 计数
  • 其他指标
    • 负载能力

总线标准

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总线结构

单总线结构 把所有设备连接到一条总线上

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多总线结构

  • 双总线结构

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三总线结构

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三总线结构的又一形式

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四总线结构

高速设备用高速总线,低俗设备用扩展总线

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总线结构举例

传统微型机总线结构

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VL-BUS局部总线结构

将高速设备与低速设备分离

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PCI总线结构

将高速设备与低速设备分离

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多层PCI总线结构

PCI总线的扩展,更适用于多设备

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总线控制

总线判优控制

基本概念

  • 主设备(模块) 对总线有控制权
  • 从设备(模块) 相应从主设备发来的总线命令
  • 总线判优控制
    • 集中式
      • 链式查询
      • 计数器定时查询
      • 独立请求方式
    • 分布式

链式查询

当借口发出占用总线的请求时, BR线被占用, 但并不知道哪两个设备需要占用总线, 此时BG线会从接口0一只运作到接口n, 直到找到占用设备为止.

优先级算法实现简单, 制作及扩展简单, 一般用在微型计算机或一些简单的嵌入式系统当中

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计数器定时查询

BR发出总线请求，此时计数器从0开始（也可以通过软件设置计数器的初始值，已达到更灵活的优先级的目的），检测接口i是否发出请求，若没有发出请求，计时器+1，继续检测下一个接口

可较灵活地更改优先级，但设备地址地宽度，需要[log(n)]条线

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独立请求方式

更灵活，寻找请求设备更快，总线控制部件 中内置 排队器，能高度自定义优先级，但需要多很多线（2n条）

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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（和从模块）撤销有关系信息

总线通信的四种方式

  • 同步通信：由统一时标控制数据传送
    • 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
  • 异步通信：采取应答方式，没有公共时钟标准‘
    • 允许不同速度的模块和谐工作
    • 增加一条“等待”响应信号WAIT，由从设备给出
  • 半同步通信：同步，异步 结合
    • T1 主模块法地址
    • T2 主模块法命令
    • Tw 等待一个T
    • Tw 等待一个T
    • ···
    • T3 从模块提供数据
    • T4 从模块撤销数据，主模块撤销命令
  • 分离式通信 ：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力
    • 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
    • 特点：
      • 各模块都有权申请占用总线，都能成为主模块
      • 采用同步方式通信，不等对方回答
      • 各模块准备数据时，不占用总线
      • 总线被占用时，无空闲

上述三种通信的共同点

  • 一个总线传输周期
    • 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） |（分离式通信充分利用总线，无该步骤）
    • 从模块向主模块发送数据：占用总线
posted @ 2021-07-15 15:13  yangruomao  阅读(338)  评论(0)  编辑  收藏  举报