第三章 系统总线

3.1 总线的基本概念

一、为什么要用总线

需要通讯的设备需要两两连接，如果每个通讯设备都单独连线，那么会需要大量的连线，若都印刷在了电路板上，会占用大量空间，且提供相应的接口，也是一个沉重的负担，此外还会导致设备可拓展性差，所以采用总线的方式连接

二、什么是总线

总线(BUS)：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

三、总线上信息的传送

串行	--------------------	一位一位的传输，接收方一位一位的接受，可以传输较远的距离
并行	-------------------- -------------------- -------------------- --------------------	同时传输多位数据，接收方同时接受多位数据，通常情况下传输的距离都比较短

1、单总线结构框图

2、面向CPU的双总线结构框图

3、以存储器为中心的双总线结构框图

3.2总线的分类

完成一个分类，需要有分类的标准

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

数据总线	双向 与机器字长、存储字长有关
地址总线	单向 与存储地址、I/O地址有关
控制总线	有出 有入 中断请求、总线请求

3、通信总线

用于计算机系统之间或者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	串行通信总线
	并行通信总线

3.3 总线的特性及性能指标

一、总线的物理实现

二、总线特性

1、机械特性

尺寸、形状、管脚数 及 排列顺序

2、电气特性

传输方向和有效的电平范围

3、功能特性

每根传输线的功能
$$功能\{\begin{array}{r}地址\\ 数据\\ 控制\end{array}$$

4、时间特性

信号的时序关系

三、总线的性能指标

1. 总线宽度：数据线的根数
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（共用）
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、计数
7. 其他指标：负载能力

四、总线标准

3.4 总线结构

一、单总线结构

二、双总线结构

1、双总线结构

2、三总线结构

3、三总线结构的又一形式

4、四总线结构

这里将高速设备总线和低速设备总线分开，提高了数据传输速率

三、总线结构举例

略

3.5 总线控制

一、总线判优控制

1、基本概念

• 主设备（模块）：对总线有控制权
• 从设备（模块）：响应从主设备发来的总线命令

2、链式查询方式

• 特点在于BG：是一个接一个向下进行查询的
• 优先级与BG查询的顺序有直接关系，由连接方式直接确定
• 对电路故障特别敏感
• 一般用于微信计算机和嵌入式设备中

3、计数器定时查询方式

优点：优先级的确定非常灵活：计数器是几就从几号I/O设备开始

4、独立请求方式

前两种都是按顺序查找，速度会比较慢

二、总线通信控制

1、目的

解决通信双方协调配合问题

2、总线传输周期

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：主模块撤销有关信息

3、总线通信的四种方式

1、同步通信：由统一时标控制数据传送
2、异步通信：采用应答方式，没有公共始终标准
3、半同步通信：同步、异步结合
4、分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力

（1）同步式数据输入

（2）同步式数据输出

必须使用同一个时钟周期进行同样的操作，主从模块间强制同步，以最慢的为依据

（3）异步通信

不互锁：主模块发出请求信号后，不必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，撤销请求信号；从模块收到请求信号后，在条件允许时发出回答信号，并且经过一段时间确认主模块已经收到回答信号后，自动撤销回答信号

半互锁：主模块发出请求信号，必须待接到从模块的回答信号后再撤销其请求信号，有互锁关系；从模块再接到请求信号后发出回答信号，不必等待获知主模块的请求信号已经撤销，隔一段时间自动撤销会打信号，无互锁关系

全互锁：主模块发出请求信号，必须等待从模块回答后再撤销请求信号；从模块发出回答信号，必须等待主模块请求信号已经撤销后，再撤回信号

（4）半同步通信（同步、异步结合）

同步	发送方用系统时钟前沿发信号
	接收方用系统时钟后沿判断、识别
异步	允许不同速度的模块和谐工作
	增加一条“等待”响应信号

以输入数据为例的半同步通讯时序


上述三种通信的共同点
一个总线传输周期（以输入数据为例）

1. 主模块发地址、命令     占用总线
2. 从模块准备数据            不占用总线 总线空闲
3. 从模块向主模块发数据  占用总线

（5）分离式通信

充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力
一个总线传输周期

分离式通信的特点：

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