I/O 总线概述

1 总线概念

计算机内部各个部件间以及计算机与外设间进行数据传输的信号线

传输信息包括指令、数据、地址,这些信息需要在总线主控模块控制下进行传输

总线控制模块:CPU 和 DMA 控制器(详见 I/O 数据传送的控制方式)

在同一时间内只有一个设备主动进行信号传输,其余设备只能被动接受

2 总线性能参数

总线频率:总线工作的频率,单位为 hz

总线宽度:数据总线的位数,表示一次同时传输能传输的数量,单位为 bit

总线传输速率:每秒传输的数据量,传输速率 = 总线宽度 * 总线频率,单位为 bit/s

bit/s 又可写作 bps,换为 B/s 要除以 8

小 b 为 bit 简写,大 B 为 Byte 简写,1 Byte = 8 bit。注意区分

3 总线标准特性

物理特性:总线物理连接方式。包括根数、插头、插座、硬脚等

功能特性:描述每根线的功能。按照功能分为数据总线、地址总线、控制总线

电气特性:定义信号传递方向和有效电平范围。规定信号线是输入信号还是输出信号?是高电平有效还是低电平有效?

时间特性:定义每根线何时有效。模块何时将信号送入总线,模块何时又能在总线上获取有效信号

4 总线操作

总线操作分为以下四个阶段

  1. 总线请求和仲裁阶段:当系统中有多个总线主控模块,任何模块使用总线都必须要向仲裁机构提出请求,仲裁机构决定下一个传输周期的总线控制权给哪个模块
  2. 寻址阶段:发出本次访问的从设备地址,使该设备被选中并启动
  3. 数据传送阶段:主控模块与从设备通过数据总线传输数据
  4. 结束阶段:主控模块与从设备信号从总线撤除,让出总线

5 总线传送控制

同步方式:采用系统时钟作为基准时钟,模块通过总线完成数据传送,一旦开始必须要在规定时间内完成相应动作

异步方式:采用 应答式(REQ - ACK)传输,额外使用两条控制线协调传输过程。主控模块发送 REQ,从模块发送 ACK,主控模块收到 ACK 后撤销 REQ,REQ 撤销后从模块才能撤销 ACK,当 ACK 撤销后一个传送周期才结束。从而保证不同速率设备传输的可靠性,但传输延迟是同步的两倍

半同步方式:采用系统时钟定时,利用上升沿或下降沿判断某信号的状态,或控制某信号的产生、消息,同时设置 等待信号线就绪信号线。对于可以严格按时钟规定进行传输数据时,就等于同步方式传输。如果从模块没有准备好数据,则等待信号线发送等待信号,自动将总线周期延长,强制主模块等待

分离方式:同步方式、异步方式、分离方式,从开始到结束整个总线都被主控模块和从模块占用。从模块准备数据时总线上根本没有数据传输,所以为了提高总线利用率,将其分为两个周期。第一个周期从模块从总线上获取主控模块发出的地址、命令等信息,立即和总线断开。当数据准备完成后,启动第二个周期申请总线,获取权限后将数据发送给原来请求的主控模块。两个周期都是同步方式。

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