计算机组成原理学习笔记——总线的定时和标准

一、总线的定时

• 总线定时是指总现在双方交换数据的过程中需要时间上配合关系的控制，其实质是一种协议或规则，主要有同步和异步两种定时方式。

1、总线操作

• 指总线在总线周期的四个阶段中的工作，这四个阶段是：申请分配阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段。

1）申请分配阶段：

• 主设备提出总线使用请求，总线仲裁机构决定将下一传输周期的总线使用权授予哪个主设备，因此也可以细分为总线请求和总线仲裁两个阶段。

2）寻址阶段：

• 获得总线控制权的主设备，通过总线发出本次要访问的从设备的地址和有关命令，启动参与本次传输的从设备。

3）传输阶段：

• 主设备和从设备进行数据交换，可单向或双向进行数据传送。

4）结束阶段：

• 主设备的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。

2、同步定时

• 指系统采用一个统一的时钟信号来协调发送和接收双方的传送定时关系。时钟产生相等的时间间隔，每个间隔构成一个总线周期。在一个总线周期内，收发双方可以进行一次数据传送。
• 因为时钟统一，设备接收或发送消息固定在总线传送周期中，一个总线传送周期结束，下一个总线的传送周期开始。
• 优点：传送速度快，具有较高传输速率；控制逻辑简单。
• 缺点：主从设备属于强制性同步；不能及时进行数据通信的有效性检验，可靠性较差。
• 适用：总线长度较短及总线所接部件的存取时间比较接近的系统。

3、异步定时

• 指没有统一的时钟，也没有固定的时间间隔，完全依靠传送双方相互制约的“握手”信号来实现定时控制。主设备提出交换信息的“请求”信号，经接口传送到从设备，从设备接收到请求后通过接口向主设备“应答”。
• 优点：总线周期长度可变，能保证两个工作速度相差很大的设备之间进行可靠的数据交换，自动适应时间的配合。
• 缺点：速度较慢，控制逻辑复杂。
• 异步定时还可以根据“请求”和“应答”信号的撤销是否互锁分为不互锁方式、半互锁方式和全互锁方式。

1）不互锁

• 主设备发出“请求”信号后，不必等到接收到从设备的“应答”信号，经过一段时间便自动撤销“请求”信号；从设备接收到“请求”发出“应答”，同样经过一段时间后自动撤销。

2）半互锁

• 主设备发出“请求”等待接收到从设备“应答”信号才撤销“请求”；而从设备依旧是发出“应答”信号后经过一段时间便自动撤销“应答”信号。

3）全互锁

• 主设备发出“请求”信号后，必须等待接收到从设备的“应答”信号才撤销“请求”信号；而从设备同样是发出“应答”信号后，等到主设备“请求”信号撤销后才撤销自己的“应答”信号。
  

二、总线标准

• 总线标准是国际上公布或推荐的互连各个模块的标准，是把各种不同模块组成计算机系统时必须遵守的规范。按总线标准设计的接口可视为通用接口，在接口的两端，任何一方只需根据总线标准的要求完成自身方面的功能，而无需了解对方接口的要求。

1、常见的总线标准

• 目前典型的总线标准有 ISA、EISA、VESA、PCI、PCI-Express、AGP、RS-232C、USB等这些标准之间的区别体现在总线宽度、带宽、时钟频率、寻址能力、是否支持突发传送等。

1）ISA

• 即 Industry Standard Architecture，工业标准体系结构；是最早出现的微型计算机的系统总线，应用在 IBM 的 AT 机上。

2）EISA

• 即 Extended Industry Standard Architecture，在 ISA 的基础上进行扩展，是为配合 32 CPU 而设计的扩展总线，对 ISA 完全兼容。

3）VESA

• 即 Video Electronics Standard Associate，视频电子标准协会；该总线是一个 32 位标准的计算机局部总线，是针对多媒体 PC 要求高速传送活动图像的大量数据应运而生的。

4）PCI

• 即 Peripheral Component Interconnect，外部设备互连；该总线是高性能的 32 位或 64 位总线，专门为高度集成的外围部件、扩充插板和处理器/存储器系统设计的互连机制。目前最常用的 PCI 适配器有显卡、声卡、网卡等。PCI 总线支持即插即用，PCI 总线是一个与处理器时钟频率无关的高速外围总线，属于局部总线。PCI 总线可通过桥连接方式实现多层 PCI 总线。

5）PCI-Express

• 是最新的总线和接口标准，将全面取代现行的 PCI 和 AGP ，最终统一总线标准。

6）AGP

• 即 Accelerated Graphics Port，加速图形接口；是一种视频接口标准，专用于连接主存和图形存储器，属于局部总线。AGP 计数为传输视频和三维图形数据提供了切实可行的解决方案。

7）RS-232C

• Recommended Standard，由美国电子工业协会推荐的一种串行通信总线，是应用于二进制交换的数据终端（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的标准接口。

8）USB

• Universal Serial Bus，通用串行总线，是一种连接外部设备的 I/O 总线，属于设备总线。具有即插即用、热插拔等优点，有很强的连接能力。

9）PCMCIA

• Personal Computer Memory Card International Associate 是广泛用于笔记本电脑的一种接口标准，是一个用于扩展功能的小型插槽，具有即插即用功能。

10）IDE

• Integrated Drive Electronics，继承设备电路，也即 ATA，是一种 IDE 接口磁盘驱动器接口类型，硬盘和光驱通过 IDE 接口与主板连接。

11）SCSI

-Small Computer System Interface，小型计算机系统接口，一种用于计算机和智能设备（硬盘、软驱、光驱、打印机等）之间的系统级接口的独立处理器标准，是一种智能的通用接口标准。

12）SATA

• Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件，是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，是由 Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor 和 Seagate 公司提出的硬盘接口标准规范。

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