计算机组成——总线

3.1 总线概述

3.1.1 定义

总线：一组为多个部件分时共享的公共信息传送线路

总线设备：主设备. 获得主线控制权的设备；从设备. 只能响应主设备命名的设备

总线特性：机械特性、电气特性、功能特性、时间特性。

猝发传送：在一个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字的总线传输方式

3.1.2 分类

计算机系统中的总线按按数据传输格式分为：串行、并行

计算机系统中的总线按功能分为：片内总线、系统总线和通信总线。

片内总线：芯片内部的总线。它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。

系统总线：计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之间相互连接的总线。按系统总线传输信息内容的不同，又可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。

通信总线：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信设备、测试设备）之间信息传送的总线，通信总线也称为外部总线。

3.1.3 结构

总线结构分为：单总线；双总线；三总线。

单总线：优点：结构简单，成本低，易于接入新的设备。缺点：带宽低、负载重，多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作。

双总线：优点：将较低速的I/O设备从单总线上分离出来，实现存储器总线和 I/O 总线分离。缺点：需要增加通道等硬件设备。

三总线：优点：提高了 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：每次只能有一条总线在工作，故系统工作效率较低。

3.1.4 性能

1. 总线工作频率：总线传输周期的倒数(简称总线频率)

2. 总线时钟周期：计算机的时钟周期

3. 总线时钟频率：时钟周期的倒数

4. 总线带宽：总线的数据传输率(总线宽度 * 总线工作频率)

5. 总线复用：地址线与数据线的复用

6. 信号线数：地址线、数据线和控制线的总和

7. 控制方式：突发、自动、仲裁、逻辑、计数

3.2 总线仲裁

3.2.1 定义

为解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，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。只有获得了总线控制权的设备，才能开始传送数据。

3.2.2 分类

仲裁方式主要由集中仲裁方式和分布仲裁方式两种。

集中仲裁：

1、链式查询：总线上所有的部件共用一根总线请求线，当有部件请求使用总线时，需经此线发总线请求信号到总线控制器，总线控制器便查询总线是否忙碌，如不忙碌便立即发总线响应信号到 BG 线串行地从一个部件传送到下一个部件，依次查询，直到某个部件有总线请求便不再传下去。

2、计数器定时查询：采用一个计数器来控制总线使用权，因此增加了一组设备地址线，少了总线响应线，仍是共有一根总线请求线。工作原理如下，当总线控制器收到总线请求信号并判断总线空闲时，计数器开始计数，计数值通过设备地址线发向各个部件，当地址线上的计数值与请求使用总线设备的地址一致时，该设备获得总线控制权，同时中止计数器的计数及查询。

3、独立请求：每个设备都有一对总线请求线和总线允许线，当部件需要使用总线时，经各自的总线请求线向总线控制器发送总线请求信号，在控制器中排队，总线控制器按一定的优先次序决定批准某个部件的请求，并经该部件的总线允许线向该部件发送总线响应信号，将总线控制器交给该部件。

分布仲裁：

每个设备有独立的处理器分，不需要中央仲裁器，每个潜在的主模块都有自己的仲裁号和仲裁器。进行比较。若仲裁总线上的仲裁号优先级高，则它的总线请求不予响应，并撤销它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。

3.3 总线操作和定时

3.3.1 总线传输4个阶段

申请分配、寻址、传输、结束。

3.3.2 同步定时方式

系统采用一个统一的时钟信号协调发送和接收双方的传递定时关系.也就是发送方用系统时钟前沿发信号，接受再用时钟后沿判断、识别。

3.3.3 异步定时方式

没有统一的时钟，依靠“握手”制约实现通信，不互锁，半互锁，全互锁。速度要比同步定时方式慢，但可靠。

3.4 总线标准

3.4.1 分类

目前常见的总线标准有ISA、EISA、PCI、AGP、PCI-Express、VESA、USB、RS-232C、IDE（ATA）、SATA、 SCSI、 PCMCIA。详解可自行去一一查看

注*：

机械特性：总线在机械连接方式上的一些性能，如插头与插座的使用标准等.

电气特性：总线上每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范。规定由CPU发出的信号为输出信号，送入CPU的为输入信号

功能特性：总线中每根传输线的功能

时间特性：总线中的任一根线在什么时间内有效。可用信号时序图表示

数据总线：双向，与机器字长存储字长相关

地址总线：单向，与存储地址、IO地址有关

控制总线：双向，控制信息的发送与反馈 作者：先生染 https://www.bilibili.com/read/cv11705285 出处：bilibili