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【2019版】6.1.1 總線的概念與分類_嗶哩嗶哩_bilibili
【2019版】6.1.2 總線的性能指標(biāo)_嗶哩嗶哩_bilibili
【2019版】6.2 總線仲裁_嗶哩嗶哩_bilibili
【2019版】6.3 總線操作和定時_嗶哩嗶哩_bilibili
【2019版】6.4 總線標(biāo)準_嗶哩嗶哩_bilibili
目錄
一、總線的概述與分類
1、總線的定義
2、總線的特性
3、 總線的分類
1、串行總線和并行總線
2、片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、通信總線
4、系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)
1、單總線結(jié)構(gòu)
2、雙總線結(jié)構(gòu)
3、三總線結(jié)構(gòu)
二、總線的性能指標(biāo)
1、總線的傳輸周期
2、總線的時鐘周期
3、總線寬度（總線位寬）
4、總線帶寬
?5、總線復(fù)用
6、信號線數(shù)
三、總線標(biāo)準
1、定義
2、流行的總線標(biāo)準
（1）ISA總線
（2）EISA總線
（3）PCI總線——獨立與CPU的局部總線
（4）AGP總線——顯卡專用的局部總線
（5）VESA總線——視頻局部總線
（6）USB總線——串行設(shè)備總線
（7）RS-232C總線——串行通信總線
四、總線仲裁
1、基本概念
1、鏈式查詢方式
2、計數(shù)器定時查詢
3、獨立請求方式
五、總線的操作和定時
1、總線傳輸?shù)乃膫€階段
（1）申請分配階段
（2）尋址階段
（3）傳數(shù)階段
（4）結(jié)束階段
2、總線定時
（1）同步通信（同步定時方式）
（2）異步通信（異步定時方式）
（3）半同步通信
（4）分離式通信
一、總線的概述與分類
1、總線的定義
定義：總線是一組能為多個部件分時?共享的公共信息傳送路線
為什么要用總線？
早期計算機外設(shè)多采用分散連接方式，不易實現(xiàn)隨時增減外設(shè)
為了更好解決I/O設(shè)備和主機之間連接的靈活性問題，計算機結(jié)構(gòu)從分散連接發(fā)展成總線連接
2、總線的特性
- 機械特性 ：尺寸、形狀、管腳數(shù)、排列順序
- 電氣特性：傳輸方向和有效的電平范圍
- 功能特性：每根傳輸線的功能（地址、數(shù)據(jù)、控制）
- 時間特性：信號的時序關(guān)系
3、 總線的分類
1、串行總線和并行總線
串行總線 —— 將數(shù)據(jù)一個一個拆分傳送
- 優(yōu)點：只需要一條傳輸線，成本低，廣泛應(yīng)用于長距離傳輸，節(jié)省布線空間
- 缺點：在數(shù)據(jù)發(fā)送和接收時，要拆卸和裝配，要考慮串行-并行轉(zhuǎn)換問題
并行總線 —— 將數(shù)據(jù)每一位同時傳送
- 優(yōu)點：總線的邏輯時序比較簡單，電路實現(xiàn)容易
- 缺點：信號線數(shù)量多，占用更多布線空間，遠距離傳送成本高，由于工作頻率較高時，并行的信號線之間會產(chǎn)生嚴重干擾，因此無法持續(xù)提升工作效率
2、片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、通信總線
片內(nèi)總線 —— 芯片內(nèi)部的總線
是CPU芯片內(nèi)部寄存器與寄存器之間，寄存器與ALU之間的公共連接線
系統(tǒng)總線 —— 計算機系統(tǒng)內(nèi)各功能部件之間連接的總線
按傳輸內(nèi)容不同：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線
- 數(shù)據(jù)總線DB：傳輸數(shù)據(jù)信息，包括：指令和操作數(shù)，根數(shù)與機器字長和存儲字長有關(guān)，雙向
- 地址總線AB：傳輸?shù)刂沸畔?，包括：主存單元或I/O端口的地址，根數(shù)與主存地址空間及設(shè)備數(shù)量有關(guān)，單向
- 控制總線CB：一根控制線傳輸一個信號，有入：CPU送出的控制命令，有出：主存或外設(shè)返回的CPU的反饋信號
通信總線 —— 計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)信息傳輸?shù)目偩€，也稱“外部總線”
4、系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)
1、單總線結(jié)構(gòu)
2、雙總線結(jié)構(gòu)
3、三總線結(jié)構(gòu)
?DMA：直接內(nèi)存訪問總線
二、總線的性能指標(biāo)
1、總線的傳輸周期
- 一次總線操作所需的時間（包括申請階段、尋址階段、傳輸階段、結(jié)束階段），通常由若干個時鐘周期組成
- 總線工作頻率=1/總線傳輸周期
2、總線的時鐘周期
- ?總線時鐘頻率=1/總線時鐘周期
3、總線寬度（總線位寬）
通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)，用bit表示，如8位、16位、32位、64位（8根、16根、32根、64根）
4、總線帶寬
- 總線的數(shù)據(jù)傳輸速率，即單位時間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常用每秒鐘傳輸信息，單位B/s（字節(jié)/秒）
- 總線帶寬=總線工作頻率×（總線寬度/8）（B/s）
- 比如：總線工作頻率為33MHz，總線寬度為32位（1B=8bit，即4B），則總線帶寬=33*4=132MBps
- 總線帶寬是指總線本身所能達到的最高傳輸速率
5、總線復(fù)用
一條信號線上分時傳送不同的信息，可使用較少的線傳輸更多的信息，節(jié)省成本和空間
6、信號線數(shù)
地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線三種總線數(shù)總和
三、總線標(biāo)準
1、定義
- 國際上規(guī)定的互聯(lián)各個模塊的標(biāo)準，把各種不同模塊組成計算機系統(tǒng)時必須遵守的規(guī)范
- 按總線標(biāo)準設(shè)計的接口可視為通用接口，可以為計算機接口的軟硬件設(shè)計提供方便
2、流行的總線標(biāo)準
（1）ISA總線
- 工作頻率：8MHz
- 數(shù)據(jù)線：16位
- 最大傳輸速率：16MB/s
- 必須通過CPU或DMA（直接存儲器存?。┙涌诠芾?/li>
- 不支持總線仲裁
- 傳輸速率過低、CPU占用率過高
（2）EISA總線
- 工作頻率：8MHz
- 數(shù)據(jù)線：32位
- 最大傳輸速率：32MB/s
- 從CPU中分離出了總線控制權(quán)，支持多個總線總控器和突發(fā)傳送
（3）PCI總線——獨立與CPU的局部總線
- 工作頻率：33/66MHz
- 數(shù)據(jù)線：32/64位
- 最大傳輸速率：528MB/s
- 主要特點：
- 高性能，是一種不依附于某個具體處理器的局部總線，支持突發(fā)傳送
- 良好的兼容性
- 支持即插即用
- 支持多主設(shè)備能力
- 具有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并行操作的能力
- 提供數(shù)據(jù)和地址奇偶校驗功能，保證數(shù)據(jù)的完整和正確
- 可擴充性好，可采用多層結(jié)構(gòu)提高驅(qū)動能力
- 采用多路復(fù)用，減少總線引腳個數(shù)
- PCI-E是一種點對點串行連接的設(shè)備連接方式，支持熱拔插
（4）AGP總線——顯卡專用的局部總線
（5）VESA總線——視頻局部總線
（6）USB總線——串行設(shè)備總線
- USB是設(shè)備總線，是設(shè)備與設(shè)備控制器間的接口
- 主要特點：
- 支持即插即用，熱拔插
- 具有很強的連接能力，有很強擴充性
- 高速傳輸
- 標(biāo)準統(tǒng)一
- 連接電纜輕巧，電源體積縮小
（7）RS-232C總線——串行通信總線
是應(yīng)用于串行二進制交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備直接的標(biāo)準接口
四、總線仲裁
1、基本概念
（1）將總線上所連接的各類設(shè)備按其對總線的控制有無分為：
- 主設(shè)備：獲得總線控制權(quán)的設(shè)備
- 從設(shè)備：被主設(shè)備訪問，只能響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來的各種總線命令，對總線無控制權(quán)
（2）總線仲裁定義：多個主設(shè)備同時競爭
主線控制權(quán)時，以某種方式選擇一個主設(shè)備優(yōu)先獲得總線控制權(quán)
（3）集中仲裁方式
1、鏈式查詢方式
- BG總線同意、BR總線請求、BS總線忙
- 總線同意信號BG是串行地從一個I/O接口送到另一個I/O接口，如果BG到達的接口有總線請求BR，BG信號就不接著往下傳，意味著該設(shè)備獲得總線使用權(quán)，建立總線忙信號BS，表示它占用總線
- 如果該設(shè)備使用完，則撤掉總線忙信號BS，總線尋找下一個有總線請求信號BR的設(shè)備，BG接著往下走
- 優(yōu)點：鏈式查詢方式優(yōu)先級固定，離總線控制部件近的設(shè)備優(yōu)先級高，只需要很少的線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，結(jié)構(gòu)簡單，容易擴充設(shè)備
- 缺點：對電路故障敏感，優(yōu)先級低的設(shè)備很難獲得請求
- 線數(shù)：3根
2、計數(shù)器定時查詢
- 比鏈式查詢方式多了一組設(shè)備地址線，少了一條BG總線同意線
- 總線控制部件接到總線請求信號BR后，在總線未被使用的情況下，總線控制部件中的計數(shù)器開始計數(shù)，并通過設(shè)備地址線向各設(shè)備發(fā)出計數(shù)值
- 如果某個請求占用的總線的設(shè)備地址與計數(shù)器值一致，則該設(shè)備獲得總線控制權(quán)，停止計數(shù)查詢
- 優(yōu)點：計數(shù)器初始值可以改變優(yōu)先次序
- 計數(shù)可以從0開始，設(shè)備優(yōu)先次序按順序排列，固定不變
- 計數(shù)可以從上一次終點開始，此時設(shè)備使用總線優(yōu)先級相等
- 計數(shù)還可以由程序設(shè)置
- 缺點：對電路故障不如鏈式查詢方式敏感，但增加了控制線數(shù)，控制較復(fù)雜
- 線數(shù)：log2n+2根線（n是允許接納的最大設(shè)備數(shù)）
3、獨立請求方式
- 每個設(shè)備均有一對總線請求線BR和總線同意線BG
- 總線控制部件有一排隊電路，可根據(jù)優(yōu)先次序確定響應(yīng)哪一臺設(shè)備的請求
- 優(yōu)點：響應(yīng)速度快，優(yōu)先次序控制靈活（通過程序改變）
- 缺點：控制線數(shù)量多，總線控制復(fù)雜
- 線數(shù)：2n+1根線（n是允許接納的最大設(shè)備數(shù)）
五、總線的操作和定時
1、總線傳輸?shù)乃膫€階段
（1）申請分配階段
? ? ? ?由需要使用總線的主模塊（主設(shè)備）提出申請，經(jīng)總線仲裁機構(gòu)決定下一傳輸周期的總線使用權(quán)授予某一申請者，細分為傳輸請求階段和總線仲裁階段
（2）尋址階段
? ? ? ?取得使用權(quán)的主模塊通過總線發(fā)出本次要訪問的從模塊的地址及有關(guān)命令，啟動參與本次傳輸?shù)膹哪K
（3）傳數(shù)階段
? ? ? ?主模塊和從模塊進行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由原模塊發(fā)出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線流入目的模塊
（4）結(jié)束階段
? ? ? ?主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線控制權(quán)
2、總線定時
定義：指總現(xiàn)在雙方交換數(shù)據(jù)過程中需要時間上配合關(guān)系的控制，實質(zhì)上是一種協(xié)議或規(guī)則
（1）同步通信（同步定時方式）
- 系統(tǒng)采用一個統(tǒng)一的時鐘信號來協(xié)調(diào)發(fā)送和接收雙方的傳送定時關(guān)系
- 時鐘產(chǎn)生相等的時間間隔，每個間隔構(gòu)成一個總線周期
- 在一個總線周期中，發(fā)送方和接收方可以進行一次數(shù)據(jù)傳送
- 優(yōu)點：傳送速度快，具有較高的傳輸速率，總線控制邏輯簡單
- 缺點：主從設(shè)備屬于強制性同步，不能及時進行數(shù)據(jù)通信的有效性檢驗，可靠性差
- 同步通信適用于總線長度較短及總線所接部件的存取時間比較接近的系統(tǒng)
（2）異步通信（異步定時方式）
- 沒有統(tǒng)一的時鐘，完全依靠傳送雙方互相制約的“握手”信號來實現(xiàn)定時控制
- 允許不同速度點模塊協(xié)調(diào)工作
- 主設(shè)備提出交換信息的“請求”信號，經(jīng)接口傳送到從設(shè)備
- 從設(shè)備接到主設(shè)備的請求后，通過接口向主設(shè)備發(fā)出“回答”信號
根據(jù)“請求”和“回答”信號的撤銷是否互鎖，分為：
1、不互鎖方式（互相不負責(zé)）
- 主設(shè)備發(fā)出“請求”信號后，不必等到接到從設(shè)備的“回答”信號，經(jīng)過一段時間，撤銷“請求”信號
- 從設(shè)備在接到“請求”信號后，發(fā)出“回答”信號，經(jīng)過一段時間，自動撤銷“回答”信號
- 雙方不存在互鎖關(guān)系
- 速度最快，可靠性最差
2、半互鎖方式（主設(shè)備負責(zé)，從設(shè)備不負責(zé)）
- 主設(shè)備發(fā)出“請求”信號后，必須等到接到從設(shè)備的“回答”信號，才撤銷“請求”信號
- 從設(shè)備在接到“請求”信號后，發(fā)出“回答”信號，但不必等到獲知主設(shè)備的“請求”信號已撤銷，隔一段時間自動撤銷“回答”信號
- 主設(shè)備有互鎖關(guān)系，從設(shè)備不存在互鎖關(guān)系
3、全互鎖方式（互相負責(zé)）
- 主設(shè)備發(fā)出“請求”信號后，必須等到接到從設(shè)備的“回答”信號，才撤銷“請求”信號
- 從設(shè)備在接到“請求”信號后，發(fā)出“回答”信號，必須等到獲知主設(shè)備的“請求”信號已撤銷，再撤銷“回答”信號
- 雙方存在互鎖關(guān)系
- 最可靠，速度最慢
- 優(yōu)點：總線周期長度可變，能保證兩個工作速度相差很大的部件或設(shè)備之間可靠地進行信息交換，自動適應(yīng)時間的配合?
- 缺點：比同步控制方式復(fù)雜，速度比同步定時方式慢
求數(shù)據(jù)傳輸率
（3）半同步通信
在統(tǒng)一時鐘的基礎(chǔ)上，增加一個“等待”響應(yīng)信號WAIT
（4）分離式通信
分離式通信的一個總線傳輸周期：文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-402152.html
- 子周期1：主模塊申請占用總線，使用完后放棄總線的使用權(quán)
- 子周期2：從模塊申請占用總線，將各種信息傳到總線上
特點：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-402152.html
- 各模塊均有權(quán)申請占用總線
- 采用同步方式通信，不等對方回答
- 各模塊準備數(shù)據(jù)時不占用總線
- 總線利用率提高
到了這里，關(guān)于【計算機組成原理 - 第二章】系統(tǒng)總線（完結(jié)）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
