系统总线笔记

总线

总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。
总线上的信息传输有两组方法一种是串行另一种是并行
一组总线连接CPU和主存，称为存储总线（M总线），另外一组是用来建立CPU和各I/O设备之间交换信息的通道，称为输入/输出总线（I/O总线 ），这种方式可以便于增加设备。单总线将CPU和I/O设备和主存通过一个总线连接在一起，这种方式 的优点是当I/O设备与主存交换信息时，原则上不会影响CPU工作，这可以使CPU的工作效率增高，但是当各个部件都要占用总线时，就会发生冲突。以存储器为中心的双总线结构，在单总线基础上开辟了一条CPU与主存之间的总线，称为存储总线。只供主存与CPU之间传输信息，这样既传输了传输效率，又减轻了系统总线的负担，还可以时I/O设备与存储器之间交换信息时不经过CPU。

总线的分类：
1.片内总线芯片内部的总线，在CPU芯片内部，寄存器与寄存器之间，寄存器与逻辑单元ALU之间都由片内总线连接。
2.系统总线 计算机各部件之间的信息传输线 分为：
数据总线： 传输各功能部件之间的数据信息，它是一种双向传输总线，其位数与机器字长，存储字长。如果数据总线的宽度为8位，指令字长位16位，那么，CPU在取指阶段必须两次访问主存。
**地址总线：**指出数据总线上源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址。用来指明CPU欲访问的存储单元，或I/O地址，由CPU输出，单项输出，地址线的位数与存储单元的位数有关，地址线由20根，存储单元由2²⁰ 个。
控制总线： 对于任意控制线而言，它的传输是单向的，对于控制总线来说它可以认为是双向的控制总线出：中断请求，总线请求 入：存储器读，存储器写，总线允许，中断确认。

通信总线：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表，移动通信等）之间的通信，传输方式由两种，一种是串行通信总线，另一种是并行通信总线。
串行通信是数据在一条传输线在单条1位宽的传输线上，一位一位按顺序分时传输，1字节的数据需要通过一条传输线分8次由低位到高位按顺序传送到目的地。
并行通信适用于短距离的数据传输，串行通信适宜于远距离的传输。

总线特性：
1，**机械特性：**尺寸，形状，管脚数 以及排列顺序
2.电气特性： 传输方向和有效电平范围
3.**功能特性：**每根线的功能：地址，数据，控制。
4.时间特性： 信号的时序关系

总线的性能指标：
1.总线宽度： 数据线的根数，用bit（位）来表示，根数等于位数
2.总线带宽：总线的数据从传输效率，即单位时间总线上传输数据的位数，通常用每秒传输的字节数来衡量，单位可用MBps（兆字节每秒），
3.时钟同步/异步：总线上数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟不同步的总线称为异步总线。
4.**总线复用：**地址线和数据线复用。
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： 突发工作 自动配置 仲裁方式 逻辑能力 计数方式
7.其他方式： 负载能力

总线标准：
ISA这是祖师爷，CPU需要花费大量的时间来控制与外部设备交换数据。
EISA在ISA基础上扩充的开放的总线标准，与ISA兼容。
**VESA(VL-BUS)**这是局部总线标准，指在系统外为两个以上的模块提供的高速传输通道
PCI由于多媒体技术和图形用户接口的广泛使用，前两者不在适用系统工作的要求，目前已经成为现代计算机常用的总线之一。它的特点有：
1.高性能
2.良好的兼容性：与前边的标准可以兼容。
3.支持即插即用
4.支持多主设备能力。主设备就是对总线有控制权的设备。
5.具有与处理器和存储器子系统完全并行的操作能力
6.提供数据和地址奇偶校验的能力
7.支持两种电压标准，使其可以用到便携式微型计算机中
8.有较好的可扩充性，等等
**AGP：**传输的带宽更加大，对于处理三维数据有重要作用。
RS-232C：一种串行通信总线标准，应用于串行二进制交换的数据总段设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的通信标准
USB： 串行接口
1.具有真正的即插即用的特性
2.具有很强的连接能力，最多可以连接127个外设
3.数据传输率传输率比较高
4.标准统一
5.连接电缆轻巧，电源体积缩小。USB中有4条电缆，其中两条用于信号传输，2条用于电源，用于提供电源。
6.生命力强，不存在专利问题

多总线结构

总线控制
主设备：对总线有控制权
从设备：从主设备发来的总线命令
首先由主设备发出总线请求命令，若多个主设备同时使用总线时，就有总线控制判优。
总线判优可分为集中式和分布式
集中式有
1.链式查询：
如图：首先由I/O设备通过BR进行总线请求，到达总线控制部件，再由总线控制部件到达BG依此到达最近的接口，当到达第一个进行总线请求的接口时，设备开始运作，并且通过BS向总线发出总线忙的信息，此接口完成后重新开始前边过程，此方法对于靠后的接口很难顾及到。
2.计数器定时查询方式：

这种方式增加了计数器，减少了总线同意线，多了一条设备地址线，接口发出总线请求BR后由设备地址线进行发送信息，当到达第一接口后计数器会增加1，当完成第一个接口任务后，计数器不会归0，会继续寻找下一个接口，这种方式可以让靠后的接口相对于前面的接口频率差不多。
3.独立请求方式：
这种方式中每一个设备都有一个总线请求和总线同意线，当多个设备要求占用时，会有排队器对其进行合理的排列，可以提高效率的同时可以让一些更加重要的要求得以快速满足。

总线通信控制：
目的：解决通信双方协调配合的问题。
总线周期是完成一次总线操作的时间：
1.申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定
2.寻址阶段：主模块向从模块给出地址和命令
3.传输阶段：主模块和从模块交换数据
4.结束阶段：主模块撤销有关的信息

**同步通信：**统一时标控制数据传送
T1 主模块发地址
T2 主模块发读命令
T3 从模块提供数据
T4 主模块撤销读命令，从模块撤销命令
T1 主模块发地址
T1.5 主模块提供数据
T2 主模块发出写命令，从模块接受命令后，必须在规定的时间内将数据总线上的数据写入地址总线上所指明的单元中
T4 主模块撤销写命令和数据等信号

同步通信主要用于总线长度较短，各部件存取时间比较一致的场合。

**异步通信：**克服了同步通信的缺点，允许各个模块速度不同。
**不互锁：**模块发出请求信号后，不等待接到从模块的回答信号，而是经过一段时间。确认从模块已收到请求信号后，便撤消其请求信号；从设备接到请求信号后，在条件允许时发出回答信号，并且经过一段时间，确认主设备已收到回答信号后，自动撤消回答信号。可见通信双方并无互锁关系。

**半互锁：**主模块发出请求信号，待接到从模块的回答信号后再撤消其请求信号，存在着简单的互锁关系：而从模块发出回答信号后，不等待主模块回答，在一段时间后便撤消其回答信号，无互锁关系。故称半互锁方式。

**全互锁：**主模块发出请求信号，待从模块回答后再撤其请求信号；从模块发出回答信号，待主模块获知后，再撤消其回答信号。故称全互锁方式

**半同步通信：**既有同步通信又有异步分离式通信：
1.各模块有权申请占用总线
2.采用同步方式通信，不等对方回答
3.各模块准备数据时，不占用总线
4.总线被占用时，无空闲
充分提高了总线的有效占用