总线

总线

总线的定义

总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路，在同一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，但多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线的分类

1. 片内总线

• 芯片内的总线

2. 系统总线

• 连接CPU，I/O设备，主存之间的信息传输线
  根据系统总线传输内容的不同，可分为数据总线、地址总线和控制总线

3. 通信总线

• 在计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的信息传输线

总线的性能指标

1. 总线的传输周期
   • 一次总线操作所需的时间（申请阶段、寻址阶段、传送阶段、结束阶段）
2. 总线的时钟周期
   • 即机器的时钟周期
3. 总线工作频率
   • 1s内传送几次数据，为总线周期的倒数。若总线周期=N个时钟周期，则总线的工作频率=时钟频率/N
4. 总线时钟频率
   • 即机器的时钟频率
5. 总线宽度
   • 又称总线位宽，是总线上同时能够传输的数据位数，通常指数据总线的根数
6. 总线带宽
   • 总线的最大传输频率，即单位时间上总线最多可传输的数据位数，单位可用 MB/s 来表示，总线带宽=总线工作频率×(总线宽度/8)
7. 总线复用
   • 一种信号线在不同的时间传输不同的信息，因此可以使用较少的线传输更多的信息，从而节约成本和空间
8. 信号线数
   • 数据总线、地址总线、控制总线的线数之和

系统总线的结构

1. 单总线结构

优点：结构简单，成本低
缺点：带宽低，多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作
2. 双总线结构

• 一条主存总线，用于在CPU、主存和通道之间传送数据
• 一条I/O总线，用于在多个外部设备与通道之间传送数据

优点：将低速I/O设备从单总线上分离出来，实现存储器总线与I/O总线的分离
缺点：需要增加通道等硬件设备

3. 三总线结构

• 一条主存总线
• 一条I/O总线
• 一条直接内存访问(DMA)总线

优点：提高I/O设备的性能，使其更快地响应命令，提高系统吞吐量
缺点：系统工作效率低

总线控制

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

总线通信控制

1. 申请分配阶段 (主模块申请，总线仲裁决定)
2. 寻址阶段 (主模块向从模块给出地址和命令)
3. 传数阶段 (主模块和从模块交换数据)
4. 结束阶段 (主模块撤消有关信息)

总线通信的四种方式

1. 同步通信
2. 异步通信
3. 半同步通信
4. 分离式通信

引入总线结构的好处？

1. 简化系统结构，便于系统设计
2. 减少了连线数目，提高系统的可靠性
3. 便于接口设计,软件设计，故障诊断和维修

引入总线会导致什么问题，如何解决?
当总线上多个设备要求同时使用总线时，会导致总线冲突。
应当采用总线仲裁部件，以某种方式选择一个主设备优先获得总线控制权。