计算第三章：系统总线。

1.总线的基本概念

1.为什么要用总线

早期计算机使用分散连接，随着计算机领域的发展，I/O设备种类和数量越来越多，用分散连接的方式就不合适了。

2.总线（Bus）是什么

总线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。

总线是信号的公共传输线，在任何时刻只能有一对部件使用总线。

3.总线上信息的传送

两种方式：

• 串行
• 并行

4.总线结构的计算机举例

1）单总线结构

这种结构的缺点：

• 当你使用主存向外输出或者外部设备对主存进行写入的时候，CPU执行程序就会停止，严重影响CPU的运行效率。
• 如果设备多，这条系统总线就会很长。时间延迟会比较长。

2）面向CPU的双总线结构

这种结构的缺点：

• 如果要在主存和某个外部设备进行信息传输，没有直接的信息通路，只能用CPU进行连接，然后再进行。（这种情况下，CPU执行任务还是会被影响。）

3）以存储器为中心的双总线结构

2.总线的分类

（根据总线的位置进行分类）

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

划分为：

• 数据总线 ：双向，与机器字长、存储字长有关。
• 地址总线（和MAR寄存器的宽度一样） 单向，与存储地址、I/O地址有关
• 控制总线：有出、有入。（出如：存储器读、存储器写、总线允许、中断确认。入如：中断请求、总线请求）

3.通信总线：用于计算机系统之间或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

传输方式分为：

• 串行通信总线
• 并行通信总线

3.总线特性及性能指标

1.总线物理实现

2.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：地址、数据、控制

（4）时间特性：信号的时序关系。

3.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：地址线和数据线复用。（8086）（有利于减少管脚数，管脚数与芯片大小密切相关）

（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（能支持多少个I/O设备等）

4.总线标准

4.总线结构

1.单总线结构

2.多总线结构

（1）双总线结构

（2）三总线结构

（3）四总线结构

3.总线结构举例

（1）传统微型机总线结构

（2）VL-BUS局部总线

（3）PCI总线结构

（4）多层PCI总线结构

【用桥来实现总线的扩展和驱动能力的提高】

5.总线控制

1、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

• 过程：先经过BR线对总线控制部件发出请求，总线控制部件经BG一个一个查找到底是哪个I/O设备发出的请求，找到以后再通过BS应答。（排在前面的I/O设备优先级高）
• 优点：结构简单，主要就这么三条线。增加设备容易。优先级算法简单。进行可靠性设计的时候比较容易实现。
• 缺点：对电路故障特别敏感。（尤其是BG，如果某一个接口电路出现故障，无法向后传，那么后面的都接收不到信号），速度比较慢。

一般用于微型计算机或者简单的线路系统上。

3.计数器定时查询方式

【设备地址线和设备个数有关：Log2N向上取整】

• 过程：计数器刚开始先显示为0，根据设备地址线找发出请求的设备，计数器逐渐变为1,2,3……如果找到了，就通过BS进行应答。
• 优点：优先级确定灵活。

4.独立请求方式

• 优先级排序很灵活，在排队器里排队。
• 缺点：用的线很多。

2、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：

• 申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定
• 寻址阶段：主模块向从模块给出地址和命令
• 传数阶段：主模块和从模块交换数据
• 结束阶段：主模块撤销有关信息

3.总线通信的四种方式

• 同步通信：由统一时标控制数据传送
• 异步通信：采用应答方式，没有公共时钟标准
• 半同步通信：同步、异步结合
• 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

特点：有定宽、定距的时钟。给定的时间点上要完成相应的操作。

（2）同步式数据输出

【即使有的设备速度快，也要按照最慢的速度进行输出】

【一般应用于总线比较短，各个模块时间比较一致的情况下】

（3）异步通信

（4）半同步通信

【允许不同速度的设备通信】

三种通信的共同点：

一个总线传输周期：（以输入数据为例）

• 主模块发地址、命令【占用总线】

• 从模块准备数据【不占用】-总线空闲（造成浪费！）

• 从模块向主模块发数据【占用】

  

（5）分离式通信（解决总线空闲造成的浪费

特点：

• 各模块有权申请占用总线
• 采用同步方式通信，不等对方回答
• 各个模块准备数据时，不占用总线
• 总线被占用时，无空闲

【充分提高了总线的有效占用】