總線的基本概念
為什麼使用總線和什麼是總線
總線就是連接配接各個部件的資訊傳輸線,是各個部件共享的傳輸媒體.
在計算機中,有很多的裝置,如果每兩個裝置之間都要連接配接一條線來傳輸資料,那麼這些線就會很多而且複雜,而且相容性很不好,在主電路闆也放不下這麼多的線,是以就簡化出一條總結,比如下面的單總線
總線上的資訊傳遞:串行和并行(作用顧名思義)
但是單總線有很多缺點,
比如在一個時間内系統總線隻能一個程序進行傳輸資料,比如主存和裝置進行傳輸資料,那麼CPU就無法進行資料的傳輸進來,嚴重影響CPU的執行,
是以就更新為面向CPU的雙總線結構框圖
但是這樣主存還是得通過CPU和其他裝置進行資料的交接,
是以更新為以存儲器為中心的雙總線結構框圖
總線的分類
- 片内總線 :晶片内部 的總線
-
系統總線:計算機各部件之間 的資訊傳輸線
又分為:
資料總線 :雙向 與機器字長、存儲字長有關
位址總線 :單向 與存儲位址、 I/O位址有關
控制總線 :雙向,出:中斷請求、總線請求,入:存儲器讀、存儲器寫 總線允許、中斷确認
-
通信總線 :用于 計算機系統之間 或 計算機系統
與其他系統（如控制儀表、移動通信等）之間的通信
總線特性及性能名額
總線實體實作
總線特性
- 機械特性:尺寸、形狀、管腳數 及 排列順序
- 電氣特性 :傳輸方向 和有效的 電平 範圍
- 功能特性 :每根傳輸線的功能: 位址 資料 控制
-
時間特性 :信号的 時序 關系
總線的性能名額
- 總線寬度 :資料線 的根數
- 标準傳輸率: 每秒傳輸的最大位元組數（MBps）
- 時鐘同步/異步: 同步、不同步
- 總線複用 :位址線 與 資料線 複用
- 信号線數 :位址線、資料線和控制線的 總和
- 總線控制方式 :突發、自動、仲裁、邏輯、計數
- 其他名額 :負載能力
總線标準
總線的結構
單總線結構
改進:
雙總線結構
三總線結構
DMA是直接存儲器通路的縮寫
CPU從Cache裡面擷取指令,有個局部總線,CPU和主存之間有個系統總線,系統總線通過一個接口,将外部裝置都連接配接到擴充總線上,但是這樣就會影響外部裝置的通路
優化:
四總線結構
這四線的結構就有一個高速總線和一個低速的總線(擴充總線),高速總線連在高速總線上,低速總線連接配接在低速總線上
總線結構的例子
- 傳統微型機總線結構
- VL-BUS局部總線結構
- PCI 總線結構
- 多層 PCI 總線結構
- 需要連接配接的裝置很多,就使用多層PCI總線結構
總線控制
總線判優控制 **
根據是否能提出總線請求進行分類:
主裝置(子產品):對總線有控制權
從裝置(子產品):響應從主裝置發來的總線指令
總線判優控制分為:集中式和分布式**
集中式又分為:鍊式查詢 ,計數器定時查詢 ,獨立請求方式
鍊式查詢方式
工作過程如其名,多個i/o裝置在BR申請總線請求,總線控制裝置接收到請求後因為不知道那個裝置提出來的請求,是以在BG進行一個一個地查詢,如果找到第一個請求的裝置,就允許他進去總線忙,而占用總線.
這個方式缺點就是,後面的總線的請求可能無法申請總線的請求
計數器定時查詢方式
這個方式是在BR送出請求後,總線控制部件地電腦就進行計數,可以是從0開始計算,也可以是其他的數字開始計算,是以開始計算的數字靈活,當電腦的值是1的時候,就去編碼是1的裝置進行通路,查詢它是否發出總線請求,是的話就給它總線忙,
這個的缺點:就是裝置位址這條線的問題,比如有n個裝置,最少需要logn條線,是以線的條數多了很多
獨立請求方式
每一個裝置都有一個獨立的BR和BG,總線控制部件裡面有一個排隊器,對于每一個請求,排隊器對他們進行排隊,按排隊的順序進行通路
總線通信控制
目的 :解決通信雙方協調配合問題
總線傳輸周期 :
申請配置設定階段 :主子產品申請,總線仲裁決定
尋址階段 :主子產品向從子產品給出位址和指令
傳數階段 : 主子產品和從子產品 交換資料
結束階段 :主子產品 撤消有關資訊
總線通信的四種方式
同步通信 :由 統一時标 控制資料傳送
異步通信 :采用 應答方式 ，沒有公共時鐘标準
半同步通信 : 同步、異步結合
分離式通信 :充分 挖掘 系統 總線每個瞬間 的 潛力
同步式資料輸入
T1之前CPU給出位址信号,T2之前給出讀指令,T3之前給出資料信号
這裡的多個從子產品的時間都是統一的,雖然有些子產品的速度快,但是也得按照慢的子產品進行運作
同步式資料輸出
異步通信
不互鎖:這樣通訊不可靠
半互鎖:可能造成請求信号一直再請求
全互鎖:解決了前面出現的問題
半同步通信 （ 同步、異步 結合）
同步
發送方 : 用系統 時鐘前沿 發信号
接收方 : 用系統 時鐘後沿 判斷、識别
異步
允許不同速度的子產品和諧工作
增加一條 “等待”響應信号 WAIT
以輸入資料為例的半同步通信時序
半同步通信 （同步、異步 結合）例子
- 各子產品有權申請占用總線
- 采用同步方式通信，不等對方回答
- 各子產品準備資料時，不占用總線
-
總線被占用時，無空閑
充分提高了總線的有效占用