计算机组成-系统总线-简洁复习

什么是总线

• 总线是部件之间的数据传输线。
• 在一条总线上的所有部件在同一时刻只能一个发送数据，多个接受数据。
• 在一条总线上的数据是一比特一比特的发送的。
• 具体的一条总线可以是多条总线集成在一起，可以实现多个比特并行发送。

总线的分类

片内总线：
	指集成在芯片内的总线。
系统总线：
	1、数据总线：
		用来传输部件之间的数据，双向的。
	2、地址总线：
		用来指定数据总线上源、目数据的地址信息，单向的，由CPU发出。
	3、控制总线：
		是用来发送各种控制信号的传输线。
		常见的控制信号：
			时钟，复位，总线请求，总线允许，中断请求，中断响应，存储器读，存储器写，I/O读，I/O写，传输响应。
通信总线：
	串行通信：
		指数据在单条传输线上，一位一位的按顺序传输。
	并行通信：
		指数据在多条传输线上，同时传输多个比特的信息。

总线性能指标：

• 总线宽度：数据总线的根数（8bit、16bit、32bit等）
• 总线带宽：总线的数据传输速率。=总线工作频率*总线宽度。
• 时钟同步/异步：总线的数据与时钟同步工作则称为同步，反之亦然。
• 总线复用：多种总线共用同一条物理线路。
• 信号线数：即数据总线、地址总线、控制总线的总和。
• 总线控制方式：包括突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式。
• 其他指标：诸如负载能力、电压等等。

常见的总线标准：

ISA(Industrial Standard Architecture)
EISA(Extended Industrial Standard Architecture)
VESA(Video Electronic Standard Architecture)
PCI(Peripheral Component Interconnect),这是目前应用最广泛的标准之一。
AGP(Accelerated Graphics Port,加速图形端口)，这是显卡专用的局部总线。
RS-232C(RS即：Recommended Standard)
USB(Universal Serial Bus，通用串行总线),现在为人最熟悉的总线标准。

总线控制

总线上的设备分为两种，主设备、从设备。主设备对总线有控制权、从设备对总线无控制权。从设备向主设备发出请求，主设备响应从设备的请求。
当有多个从设备同时向主设备发出请求时，主设备就需要选择出应该响应的从设备。这就是总线判优。

总线判优可以分为集中式、分布式的。

集中式总线判优

1、链式查询：
	把所有的从设备集合看作一条链，主设备响应链上最接近链头的设备。
	优点：逻辑简单，电路容易实现，设备的扩充性强。
	缺点：有失公平，一个设备故障后，在他后面的设备会永远无法响应。
2、计数器定时查询：
	维护一个计数器，当总线未使用时，计数器开始计数，当有设备发出请求，如果计数器与其地址一致，则其获得使用权，并停止计数，否则继续计数。
	优点：有一定的公平性，设备之间互不影响。
	缺点：电路实现比较复杂，响应判断周期较长。
3、独立请求：
	每一台设备都与主设备有独立的请求响应线，设备有自己的优先级（可设置），主设备根据优先级选择响应。
	优点：响应速度快，优先次序灵活。
	缺点：电路非常复杂。

总线通信方式

基本步骤：
1、发出请求并响应。
2、寻址。
3、传输。
4、结束。

同步通信：

一次完整的通信需要四个时钟周期：T1,T2,T3,T4。
对于读命令：
	T1:主设备发出地址。
	T2:主设备发出读命令。
	T3:从设备传数据。（数据量为总线宽度）
	T4:撤销。
对于写命令：
	T1:主设备发出地址。
	T1.5:主设备发出数据。（数据量为总线宽度）
	T2:从设备在限定时间内写入数据。
	T4:撤销。

异步通信：

1、不互锁：主从设备发出消息后不需要收到回复，在一定时间后会撤销信号。
2、半互锁：主设备在发出请求后需收到从设备的回答信号才会撤销，但从设备不需要再接收主设备才撤销，从设备在一定时间后自动撤销。
3、全互锁：在半互锁的基础上，主设备在撤销后发出消息通知从设备撤销，从设备接收到消息后撤销。

半同步通信：

基于同步通信，在四个时钟周期中添加多个等待时钟周期。

分离式通信：

将一个完整的总线周期（4个时钟周期），分为两个独立的子周期，第一个周期由主设备将地址、操作命令、相关数据发送个从设备，随即放弃总线控制权，剩下的时间，从设备按照命令做好准备，当准备工作做好后，从设备申请总线使用权，获得权限后，向主设备交付数据。