第3章 系统总线

第3章 系统总线的思维导图，总线——是指芯片内部的总线,如在 CPU芯片内部,寄存器与寄存器之间、寄存器与算逻单元ALU之间都由片内总线连接

第3章 系统总线

• 3.2总线的分类
  • 3.2.1片内总线——是指芯片内部的总线,如在 CPU芯片内部,寄存器与寄存器之间、寄存器与算逻单元ALU之间都由片内总线连接
  • 3.2.1系统总线
    • 1.数据总线
      • 用来传输各功能部件之间的数据信息
      • 是双向传输总线
      • 数据总线位数=数据总线宽度
    • 2.地址总线
      • 主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址
      • 由CPU输出，单向传输
      • 地址总线的位数与存储单元的个数有关
    • 3.控制总线
      • 用来发出各种控制信号的传输线
      • 对CPU而言，控制信号既有输出又有输入
      • 常见的控制信号如下：
        • 时钟:用来同步各种操作。
        • 复位:初始化所有部件。
        • 总线请求:表示某部件需获得总线使用权。
        • 总线允许:表示需要获得总线使用权的部件已获得了控制权
        • 中断请求:表示某部件提出中断请求。
        • 中断响应:表示中断请求已被接收。
        • 存储器写:将数据总线上的数据写至存储器的指定地址单元内。
        • 存储器读:将指定存储单元中的数据读到数据总线上。
        • IO读:从指定的 I0端口将数据读到数据总线上。
        • I0写:将数据总线上的数据输出到指定的 IO端口内
        • 传输响应:表示数据已被接收,或已将数据送至数据总线上。
  • 3.2.3通信总线
    • 传输方式分类
      • 串行通信——数据在单条1位宽的传输线上
      • 并行通信——数据在多条并行1位宽的传输线上
• 3.3总线特性及性能指标
  • 3.3.1总线特性
    • 机械特性——总线在机械连接方式上的一些性能
    • 电气特性——总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围
    • 功能特性——总线中每根传输线的功能
    • 时间特性——总线中任一根线在什么时间内有效
  • 3.3.2总线性能指标
    • 总线宽度：通常是指数据总线的根数,用 bit(位)表示,如8 位、16 位、32位、64 位(即8根、16根、32根、64根)。
    • 总线带宽：总线带宽可理解为总线的数据传输速率,即单位时间内总线上传输数据的数,通常用每秒传输信息的字节数来衡量,单位可用 MBps(兆字节每秒)表示。
    • 时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线,与时钟不同步工作的总线称为异步总线。
    • 总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。为了提高总线的利用率,化设计,特将地址总线和数据总线共用一组物理线路,在这组物理线路上分时传输地址信号和费据信号,即为总线的多路复用。
    • 信号线数：地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和。
    • 总线控制方式：包括突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。
    • 其他指标：如负载能力电源电压(是采用 5 V 还是3.3 V)总线宽度能否扩展等。
  • 3.3.3总线标准
    • ISA总线
    • EISA总线
    • VESA总线
    • PCI总线
      • 高性能；良好兼容性；
      • 支持即插即用；支持多主设备能力；
      • 具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力；
      • 提供数据和地址奇偶校验功能，保证了数据的完整和准确；
      • 支持两种电压标准（5V/3.3V）；可扩充性好；
      • 软件兼容性好；采用多路复用技术，减少了总线引脚技术。
    • AGP总线
    • RS-232C总线
    • USB总线
      • 具有真正的即插即用特征
      • 具有很强的连接能力
      • 数据传输率有两种
      • 标准统一
      • 连接电缆轻巧，电源体积缩小
      • 生命力强
• 3.5总线控制
  • 3.5.1总线判优控制
    • 常见的集中控制优先权仲裁方式
      • 链式查询
      • 计数器定时查询
      • 独立请求方式
  • 3.5.2总线通信控制
    • 总线周期
      • 申请分配阶段
      • 寻址阶段
      • 传数阶段
      • 结束阶段
    • 总线通信常用的四种方式
      • 同步通信
        • 通信双方由统一时标控制数据传送
        • 优点：规定明确、统一，模块间的配合简单一致
        • 缺点：主、从模块时间配合属于强制性“同步”，必须在限定时间内完成规定的要求
        • 一般用于总线长度较短、各部件存取时间比较一致的场合
        • 总线传输周期越短，数据线的位数越多，直接影响总线的传输率
      • 异步通信
        • 不互锁方式
        • 半互锁方式
        • 全互锁方式
      • 半同步通信——既保留了同步通信的特点，又像异步通信允许不同速度的模块和谐工作
      • 分离式通信
        • 主模块通过传输总线向从模块发送地址和命令
        • 从模块按照命令进行读数据的必要准备。
        • 从模块经数据总线向主模块提供数据
• 3.4总线结构
  • 3.4.1单总线结构
  • 3.4.2多总线结构
    • 双总线结构
    • 三总线结构
    • 四总线结构
  • 3.4.3总线结构举例
    • 传统微型计算机的总线结构
    • VL-BUS局部总线结构
    • PCI总线的结构
    • 多层PCI总线结构
• 3.1总线的基本概念
  • 计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种，一种是各部件之间使用单独的连线,称为分散连接;另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上,称为总线连接。
  • 总线是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质。