第三章 总线

2023-11-20

一,系统总线概念

系统总线是计算机内部各个组件之间传输数据和控制信息的通信线路,连接中央处理器、内存、输入输出设备、扩展插槽等各个组件,是计算机系统中最重要的硬件组成部分之一,具有数据传输、控制信号传输和总线协议等功能。系统总线的性能对计算机的整体性能有很大的影响,常用的系统总线包括ISA总线、PCI总线、AGP总线、PCIe总线等。

二,总线分类

1.片内总线——芯片内部的总线

2.系统总线——计算机各部件之间的信息传输线

根据系统总线上传输的信号类型不同可分为:

1.数据总线: 双向 与机器字长、存储字长有关
2.地址总线: 单向 与存储地址、I/O地址有关
3.控制总线: 有出、有入

3.通信总线

通信总线是指用于不同硬件设备之间进行数据传输和控制的一组通信线路。通信总线可用于连接不同的计算机、网络设备、传感器、控制器等,使它们能够互相通信和交换信息。

传输方式分类:通信总线可以分为串行总线和并行总线两种。

三,总线的特性及性能指标

1.总线物理实现

主板=总线,主板上留有接口,其他部件或模块可以通过接口连接在主板上
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2.总线特性

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3.性能指标

1.总线宽度:数据线的根数
总线数据线的根数越多,同时传输的数据的位数就越多 ,总线的性能就越好
2.标准传输率:每秒传输的最大字节数(MBps)
3.时钟同步/异步:同步、不同步
4.总线复用:地址线与数据线复用
5.信号线数:地址线、数据线和控制线的总和
6.总线控制方式:突发、自动、仲裁、逻辑、技术
7.其他指标:负载能力

四,总线控制

1、总线判优控制
2、总线通信控制

1、总线判优控制

总线判优控制:多个设备可能同时向总线发出占用总线的请求,哪个设备来使用总线呢?
基本概念

根据是否能提出总线请求,可讲总线设备分为两类
1.主设备(模块) 对总线有控制权,可以提出总线占用申请,在占用总线之后,可以控制和另外一台设备之间进行的通信过程 从设备(模块)
2.响应从主设备发来的总线命令,本身不能对总线进行控制,也不能提出总线的占用请求,只能响应从总线发出的总线命令

计算机中,有些设备既可以是主设备,也可以是从设备;有些主线可以有多个主设备,有些主线只能有一个主设备
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集中式:将总线的判优逻辑集中在一个部件上
分布式:将判优逻辑分布在各个部件或各个部件的端口上

2、链式查询
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总线通信控制:设备占用总线之后,如何完成通讯过程,保证信息准确度
总线控制部件是集中在一起的;
数据总线:用于信息交换过程中数据的传输;
地址总线:主设备占用了总线之后要和从设备之间进行数据传输,要通过地址总线找到要通讯的从设备
BR(request):总线请求;所有的主设备都是通过BR发出总线请求
BS(busy):总线忙;如果某个设备占用了总线的控制权,就通过总线忙这条线告诉总线控制部件或其他部件总线忙
BG(gree):授权线;
3、计数器定时查询
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优先级特点:由BG逐一查询请求发出的设备,因此优先级与BG查询的顺序强相关,优先级较低的接口提出的占用请求可能一直都不会得到应答
4、独立请求方式
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任何一个I/O接口都增加了BR(请求信号 )和BG(应答信号)哪一个BG有效,该接口就占用了总线的使用权
优先级的排队是在总线控制部件内部进行的

五,总线控制

1、目的

目的解决通信双方协调配合问题

2、总线传输周期

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3.总线通信的四种方式

1.同步通信:要有一个定宽定距的时标来控制数据传送的过程,每一个操作,每一个信号的给出都是在固定的时间点由时标进行控制
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2.异步通信:采用应答方式,主设备发出请求,从设备给出应答信号,再进行信号传输
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3.半同步通信:解决不同速度的两个模块(设备)之间进行通信的问题,同步、异步结合
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4.分离式通信:充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力,让系统总线发挥最大的潜能

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