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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
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