计组-系统总线

目录 

一, 总线分类

1.1片内总线

1.2 系统总线

1.3 通信总线

二, 总线结构

2.1 单总线结构

2.2 双总线结构

2.3 三总线结构 

2.4 多总线结构

三, 总线判优控制

3.1 链式查询

3.2 计数器定时查询

3.3 独立请求方式

四, 总线通信控制

4.1 同步通信

4.2 异步通信

4.3半同步通信

4.4 分离式通信

---

一, 总线分类

1.1片内总线

        芯片内部的总线。

1.2 系统总线

        CPU、主存、I/O设备等各大部件之间的信息传输线。按传输信息分为以下三种

        数据总线: 双向传输总线, 位数与机器字长、存储字长有关。

        地址总线: 指明CPU访问的存储单元或I/O端口的地址, 单向传输, 位数与存储单元有关。

        控制总线: 用来发出各种控制信号的传输线, 单向传输。

1.3 通信总线

        用于计算机系统之间或其他系统之间的通信, 按传输方式分为以下两种

        串行通信: 数据在单条1位宽的传输线上, 一位一位按顺序传送, 适宜远距离传送。

        并行通信: 多条并行1位宽的传输线上, 同时由源传送到目的地, 适宜短距离, 通常小于30m。

二, 总线结构

2.1 单总线结构

        只有一组总线, 会发生冲突。

单总线图:

2.2 双总线结构

        面向CPU的双总线在I/O设备与主存交换信息时, 会占用CPU。影响CPU效率。

面向CPU的双总线结构图:

 以存储器为中心的双总线图:

2.3 三总线结构 

三总线结构图:

2.4 多总线结构

多层PCI总线图:

三, 总线判优控制

        主设备: 对总线有控制权,又称主模块。

        从设备: 只能响应主设备发来的总线命令, 又称从模块。

3.1 链式查询

        总线同意信号BG是串行的从一个I/O接口到下一个I/O接口, 离主设备最近的设备有最高优先级, 易扩展, 但对电路故障敏感, 且优先级低的难以获得请求。

原理图:

3.2 计数器定时查询

        用 根地址线替换BG同意线, 当某个请求占用总线的设备地址与计数值一致时, 便获得总线使用权。 计数可从0开始, 也可从上一次计数开始。

原理图:

3.3 独立请求方式

        每一台设备均有一对总线请求线BR和总线同意线BG, 特点是响应速度快, 优秀控制灵活, 但控制线多, 需要2n根线。

原理图:

四, 总线通信控制

        主要解决通信双方获知传输开始和传输结束, 及通信双方协调配合。有同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信四种方式。

4.1 同步通信

        通信双方由统一时标控制数据传送, 时标通常由CPU的总线控制部件发出。

示例图:

        特点: 规定明确, 统一, 模块间的配合简单一致, 但必须按最慢速度的部件来设计公共时钟, 影响总线工作效率。 

4.2 异步通信

        采用应答方式(握手方式), 主模块发出请求信号, 从模块反馈响应。根据应答方式可分以下三种类型

        不互锁方式: 主模块发出请求信号, 不必等接受到从模块的回答信号, 而是经过一段时间, 便撤销请求信号, 从模块收到请求信号后, 发出回答信号, 经过一段时间撤销回答信号

        半互锁方式: 主模块必须接受到模块回答信号再撤销请求信号, 从模块不等主模块撤销请求信号, 而是经过一段时间撤销回答信号。

        全互锁方式: 主模块必须等从模块回答再撤销, 从模块必须等主模块撤销请求信号, 才撤销回答信号。 

原理图:

4.3半同步通信

        通过增加一条WAIT线, 保留了同步通信的基本特点, 又像异步通信, 允许不同速度的模块和谐工作。与同步通信相比, 无需将周期设置为速度最慢的设备, 较慢的从设备可以通过WAIT信号增加等待周期。

 原理图:

4.4 分离式通信

        当从设备按照命令进行读数据的必要准备时, 总线属于空闲状态。为优化这一点, 将一个传输周期分解为两个子周期, 第一个子周期,主模块使用总线发送地址和命令后, 释放总线使用权; 第二个子周期由从设备准备好数据后申请使用总线使用权。

        特点: 各模块欲占用总线必须提出申请, 各模块准备数据过程不占用总线, 总线被占用时都在有效工作, 但这种控制比较复杂, 普通微信计算机很少采用。

五, 总线指标

        总线宽度: 指数据总线的根数

        总线带宽: 总线的数据传输速率(单位: MBps), 单位时间内总线传输数据的位数。