【知识强化】第六章 总线 6.1 总线概述

那么我们从这一章开始将进入到第六章总线的学习,其实在之前的章节当中我们已经多多少少接触过一点总线,也提到过它的一些概念,但是我们当时只是稍微地提了一下,并没有具体地来展开来讲。那么我们第六章呢就来具体地分析一下总线的它的一些知识点。那么第六章相较于前面所有的章节都是比较简单的一章,因为它的内容非常少,知识点呢也很少。

我们来看一下,考纲当中呢对于总线这一章,它提了四块内容。第一个呢就是总线的概述,我们将要讲解总线的基本概念,总线的分类和它的经典的一些结构,然后将要讲解总线的性能指标。那么这都是总线的一些概述。那么重点在于下面两小节的内容,总线的仲裁和总线的操作与定时。总线仲裁将要解决什么样的问题呢,它就是说我们一个总线上面有多个设备,但是多个设备它要用这个总线,我们就要用总线仲裁的方式来解决这样多个设备争用总线的这样的问题。那么第三节呢我们将要讲解总线的操作与定时。这一小节解决的内容呢就是说占用总线的一对设备,是如何进行数据传输的。那么有同步的这样的定时方式,和异步的定时方式,那这两小节都是很重要的,这两节。那么最后呢我们简单地介绍一下总线的标准,因为我们知道这样的标准就是为了能够实现模块化的设计。因为我们总线上面有多个不同的设备嘛,多个不同的设备都可以连接到这样的总线。那么怎样才能使它们进行连接,那么总要有一个总线的标准吧。对吧,所以我们第四节就要来简单地介绍一下常见的一些总线标准。那么给大家说过了,这一节的内容呢这一章的内容呢是比较少的,和其他的章节比起来,所以呢相较于其他的前几章,前五章来说,第六章总线还是比较轻松的。但是呢它的有一些知识点还是比较难的,所以大家还是要提高警惕不能掉以轻心。

那么我们这一节呢先来解决总线的基本概念。

那么什么是总线?我们之前已经接触过总线了。第五章的时候我们讲数据通路的时候就已经说过,什么数据总线啊、控制总线啊地址总线。那么到底总线是个什么,我们给它下一个定义。总线是一组能够为多个部件分时共享的公共信息的传输线路,注意,这个定义当中给出了总线的几个重要的特点,首先,分时共享。那么什么是分时共享,我们接下来要给大家讲一下。然后呢是它在上面可以传送的呢是公共的信息,同时它是一个线路。注意这时候总线它是一个确实存在的、实实在在存在的这样的一个物理的线路。那么我们第五章讲数据通路,那个通路是不一样的。通路是指数据在各个部件当中传输的这样的一个路径。但是线路,它确是实实在在存在的这样的物理线路,并且呢它可以被多个部件能够共享。比如说我们下面这张图当中就画了数据总线,地址总线和控制总线,然后呢我们的控制器、运算器、输入输出设备和内存它都能够进行一个连接,在上面可以分享这样的公共的信息。所以,这就是总线的一个定义。那么我们就想到为什么要用总线?它存在总要有一个理由吧,对吧。

所以为什么用总线呢?因为随着我们计算机的发展,多设备的总类以及它的这样的数量是越来越多的。那么我们之前进行的连接呢,早期的这样的计算机都是采用分散连接的方式,比如说这样的控制器我和运算器单独弄一个线进行连接。然后运算器和内存它也用一个线进行连接,控制器它也和内存进行一个连接,单独地弄一个线进行连接。然后有一个输入输出设备就跟上面其他三个这样的控制器、运算器和内存单独地然后进行连接,然后什么部件要进行信息的交互的时候,就把这些部件进行一个单独的连接,所以这都是采用的分散连接的方式。因为早期的计算机,这个部件就那么几个,你多你连几根线它是不会存在问题的。但是就产生一个问题,随着现代科技的发展,这样的设备、这样的硬件资源是越来越多的。那么要随时地增加或者删除一些外部的设备的话,使用这样分散连接的方式,这样的线路就会越来越复杂,并且这样的增减也会出现很多的问题。所以这时候就为了更好地解决这样的I/O设备和主机连接的灵活度的问题,这时候我们计算机的结构就从分散连接发展为用总线进行连接,这样呢就可以随时地进行一个增减外部设备,也更加地灵活。同时呢,为了进一步地简化这样的设计,我们就提出了各种各样的总线标准。那么我们将要在第四小节进行一个讲解,那么这就是总线的定义以及总线存在的意义为什么要使用总线。

好的,大家应该有一个初步的,那么我们来看一下总线的特点。之前已经说过了,总线是能够被多个部件进行分时共享的这样的一个公共的线路。那么什么是分时共享?

共享,顾名思义就是说总线上面,可以放多个部件。多个部件之间交换的一样的信息,都能够通过这样的总线,这样的线路进行一个共享。那么这就是共享。

那么什么是分时呢?分时就是说我同一个时刻只允许有一个部件向总线发送这样的信息,那么系统中如果存在多个部件同时地向这样的总线发送信息的时候,并不可以同时发送,你要发的时候你也只能分时发。所以,同一个时刻只允许一个部件向总线发送信息。如果你想发的话,多个部件想发的话,你就只能分时地进行发,并不可以同时发。所以,总线的特点就是,分时共享这四个字。然后这四个字、两个词分别是什么含义大家一定要搞清楚。好,这就是总线的定义和它的特点。

那么我们来看一下总线的物理结构。那么这就是一个总线。那么在最上面,它有两个横着的这样的东西,它们就是总线。然后如果你把它背面看一下,把背面是白色的这样的线路,那么这就是一个个的这样的物理线路。那么黑色的这个东西呢它就可以插一些插在上面,然后连接这样的部件。所以这样的接口都是有一定的标准的。那么这就是我们总线的一个物理实现,它的一些标准。

下面我们来看一下总线的特性。总线有四个特性,第一个叫做机械特性。机械特性呢就是说我们这样的总线,它的尺寸是多大,它的形状是怎么样的,是圆的还是矩形的。那么矩形它上面的管脚数又有多少,排列顺序是什么,这都是属于它的机械特性。

就比我们上面这张图,这个黑色的、这个白色的,这个东西。它在上面呢样子是什么样子,管脚有多少个,就管脚它对应的这样的一个顺序又是怎么样的,这都属于它的机械特性。

第二个呢叫做电气特性。电气特性呢就是说上面传输的这样的信息,传输的方向,这只能单向地传还是可以双向地传,单向又是从哪儿到哪儿,这就是电气特性以及它的有效的电平范围。因为我们知道计算机都是通过电信号进行处理对吧,所以它有效的电平范围,它的电压大小,又是多少,这都是属于它的电气特性。那么还有就是功能特性,我们每一根传输线它的功能到底是地址总线还是数据总线还是控制总线,这都属于它的功能特性。最后还有一个叫做时间特性。比如说这样的信号发出去是有时间要求的,是有顺序的。那么信号之间的时序关系,都属于总线的时间特性。那么这就是总线的四个特性,大家了解一下就可以了。那么这一节我给大家讲解了总线的定义,以及为什么要用总线。还有就是说总线它的特点是什么以及它的四个特性是什么,代表了什么。大家都要做一个简单的梳理。

来看总线的分类。

分类,首先要给出一个分类的标准,那么总线,可以按照数据传输格式分为串行总线和并行总线,按照它的功能分为片内、系统和通信总线。按照时序控制方式分为同步总线和异步总线。那么我们主要来看第一种分类方式和第二种分类方式,而按照时序控制的方式我们将要在第三节讲时序的时候给大家来讲解。

那么首先我们要来看一下按照数据传输格式总线可以分成串行总线和并行总线。

那么我们用蓝色的来表示这是一个串行总线,用橙色来表示这是一个并行总线。

那么什么是串行总线什么是并行总线呢?我们来看一个例子。比如设备a要给设备b传输1011这个数据,那么串行总线就是一个一个地

总线的性能指标,这一部分还是比较容易出题目的,主要还是来计算它的传输速率这方面,是比较容易出题的。

那我们要掌握这8个性能指标,其中前6个要重点掌握,它都是和计算这样一个速率是有关系的。那么最后两个,总线复用呢它是为了提高我们总线的利用率。提高利用率之后就可以减少这样一个面积。第8个信号线数它是由第七个总线复用所影响的。那么这两个大家只要了解一下就行了,那么关键还是在于前6个这样的一个性能指标,一定要把它的概念搞清楚,它的计算公式一定要搞清楚。

首先我们来看一下前4个,前4个都是跟它的时间是有关系的。那么它分为两组,蓝色的和红色的,我给大家标出来了。一个是总线的传输周期,也称为总线周期,一个呢叫做总线的时钟周期。那么相对应的呢,总线的工作频率和时钟频率呢它就是一个时钟的倒数,所以只要把前两个搞清楚是干什么,然后后面取个倒数就可以了。那么什么是总线的传输周期呢?我们来看一下这是总线工作的一个时序图。这个图大家应该见过,在第三章我们讲半导体存储器的时候,它的这样一个工作的一个图还是跟它一模一样的,也不能算是一模一样,反正是很相似的,所以呢它也算是包括了几个时钟周期。

那么总线的传输周期,就是总线从开始到结束它一次操作所用的所有的时间,那么就称为总线的传输周期。它包括什么呢?包括申请、寻址、传输还有结束,分别就是T1、T2、T3和T4,所以总线的传输周期就是把这四个阶段用的所有时间加起来,就是总线的传输周期。它是整个一次总线操作所用的全部的时间,从开始到结束。

那么我们可以看到,总线的传输周期呢是由T1、T2、T3、T4来构成的,那么这个T1、T2、T3、T4又是什么呢?它就是总线的时钟周期。那么总线的时钟周期就是我们机器的时钟周期。因为整个的我们之前已经很清楚了,计算机它是有一个时钟来控制的,计算机里面所有的各个部件都是受这个时钟周期所控制的,那么我们上面的这个用红色标出来的时钟,这样的一个信号来控制的。那么所有的部件都是受这一个统一的时钟来控制的,所以总线也是不例外的。所以总线时钟周期就是机器的时钟周期。那么所有总线的传输周期就是由若干个时钟周期构成的。但是也有例外,有的时候这个题目会给你,这一个时钟周期啊它可以完成多个这样的操作,所以呢总线的时钟周期就小于传输周期。这是把时钟周期分成若干个部分,然后呢它一个时钟周期可以完成多次总线操作,所以一个传输周期是几分之这个时钟周期。这要看题目的具体的要求,通常来说呢它都是由多个时钟周期来构成的,它也由一个时钟周期,一个时钟周期也可以完成一次总线操作,或者一个时钟周期可以完成多次总线操作。这也是可能出现的,反正你记住概念就可以了。总线的传输周期就是总线完成一次操作从开始到结束所用的所花费的所有的时间就是总线的传输周期。而时钟周期呢就是机器的时钟周期。

那么这两个概念搞清楚了,总线的时钟频率呢它就是时钟周期的倒数,它也就是机器的这样一个时钟频率,所以呢就是时钟周期的倒数。如果啊时钟周期是T,那么时钟频率就是1/T。那么怎么来理解这个频率呢?也就是一秒之内有多少个时钟周期。比如,如果这个时钟周期它是一纳秒的话,那么一秒之内它就有10^9个时钟周期。所以时钟频率就是一纳秒分之一,也就是10^9Hz,就是这样的。所以呢频率就是时钟的倒数,因为我们在高中物理、初中物理的时候就已经学过F=1/T嘛,单位就是Hz嘛,Hz就是秒分之一嘛。对吧,所以时钟频率就是时钟周期的倒数。

同样的,工作频率就是传输周期的倒数,也就是总线周期的倒数。它呢,如果这个总线周期是N个时钟周期的话,那么总线的工作频率就应该是N个时钟周期分之一,也就是时钟频率除以N,对吧。那么它的物理含义就是说一秒内这个总线传输了几次数据。好的,这就是周期和频率它的一个关系,然后大家了解一下总线的传输周期是什么。它就是说总线完成一次传输操作所用的时间。频率就是把它取个倒数就可以了。好的,有了时间的话,如果要算速率的话,就可以来算了。速率应该是,我们高中知道,v应该等于S/t对吧。那么时间有了,还差一个,还差的就是这个传输的数据量。那么传输的数据量怎么来表示呢?我们来看一下。

那么就带来了总线带宽和总线宽带这两个性能指标。注意这两个一定不能混淆,总线宽度和总线带宽,它是两个完全不同的概念。

总线宽度是什么呢?它又称为总线位宽,就是说总线上同时能够传输多少位的这样一个数据。通常呢,能传出多少位的数据的话,它这个数据总线的根数,如果我们的总线有32根这样的数据总线,那么它的总线宽度就应该是32位,32位啊。也就是说我们有多少根数据总线,我们就可以同时传输多少位的数据。所以,数据总线的根数就是我们的总线宽度。宽度就是它总线一次能够传输这样的数据的位数,就称为总线宽度。

好的现在数据量也有了,时间也有了,那么这个速率不就可以求了吗?那么这个速率就是我们的总线带宽。总线带宽表示的呢就是我们的总线的一个速率,也称为总线的数据传输了。它是单位时间内总线上可以传输的数据的位数,所以它怎么来表示呢?就是用我们总线的宽度去除以时间,除以什么时间呢?就是我们总线的工作时间。工作时间是什么?就是总线的周期嘛,传输周期或者时钟周期。

所以呢它的公式就是这样的,总线带宽等于总线的工作频率去乘以总线的宽度。因为总线的宽度是位数嘛,所以它的单位就是bit/s。如果要把它换算为字节的话就应该是除以8对吧。那么这是用频率来表示的,

如果用时间来表示呢?就是总线宽度去除以总线周期,或者总线宽度去除以8然后去除以总线周期,这个算下来就是字节每秒。所以一个是时间,一个是频率。总线带宽是什么?总线带宽就是总线的数据传输率,数据传输率它就是一个速率,速率应该等于数据量除以时间,也等于数据量乘以频率。除以时间不就是乘以频率嘛对吧。所以这个公式就应该是总线宽度去除以总线周期或者总线宽度去乘以工作频率。如果要把它换算为字节的话就应该是除以8,因为一个基础公式算出来的是位每秒,就是bit/s。但是如果题目当中要你算字节的话,就应该是除以8。所以大家有没有搞清楚这6个性能指标它的一个联系的?我们再来回顾一下。总线的传输周期也称为总线周期,它呢就是总线传输一次数据从开头到结束所花费的所有时间,一般来说它等于若干个时钟周期。所以总线的时钟周期就是机器的时钟周期。那么频率就是取个倒数就可以了。然后总线的宽度就是总线上同时能够传输的数据的位数,它能等于数据总线的根数。有多少根,我就可以同时传输多少位的数据嘛。所以总线的宽度,就是同时能够传输的数据的位数。最后总线带宽,带宽就是一个数据传输率,你理解为速率就可以了。速率等于总量除以时间,总量是宽度,时间是什么,时间是周期。所以这个公式大家应该完全地记得。

值得注意的是,我们这个时候所算的总线带宽,它是什么呢?它是一个理想的情况,也是一个最高的传输速率。但是实际上呢,我不可能,我通常是不可能一次全部传的都是我的数据,它有可能带一些特殊的格式或者带一些特殊的信息,这时候我传输的呢就不是这样最大的传输的位数。

 

 

所以一般来说,有效数据传输率的时候,也就这样一个实际的这样一个传输了,它呢就以实际传输的数据量去除以一个时间就可以了,而不是用传输宽度去除以时间。总线宽度它一般来说是最大的一个数据了,你同时最多能够传输多少,这是一个最大的。但是一般来说是达不到这个最大的,如果题目当中要你算实际的话,它一般会给你实际的数据量。那么就用实际的数据量去除以时间就可以了。

 

 

下面我们来看一道题目。

 

 

 

 

下面我们进入第二节总线仲裁的学习。

前面我们已经把总线的这样的基本的概念全部把它讲完了,那么为什么要引入总线仲裁呢?因为我们之前说过,总线是什么呀?总线一个能够被多个设备分时共享的这样的公共线路,所以呢由于它是公共线路但是并不可少的会产生多个设备同时争用这样的问题,所以仲裁就是为了解决多个设备争用总线的这样的问题。

那么我们来看一下总线仲裁它的一个基本的概念。这是一个单总线的结构,那么在同一个时刻只能有一个设备去控制总线的传输操作,那么其余的设备呢只有一个或者多个设备从这样的总线去接收数据。对于总线的控制,有无控制呢我们就分成主设备和从设备。主设备呢就是说我去得以控制总线的,所以呢它可以获得总线的控制权,这样的设备呢就称为主设备。而从设备呢它是对总线是没有控制权的,它是被主设备所访问的这样的设备,只能响应从主设备发出的各种总线命令。所以总线仲裁它的精确的定义就是说多个主设备同时竞争总线的控制权,那么我用一种方式去选择总线的主设备,优先获得总线的控制权呢,那么这样的方式就称为总线仲裁。因为总线啊它是共享的,那么就有多个主设备同时对我们的总线有这样的控制,但是呢我们总线同一时刻只能有一个时刻去控制总线,所以呢我们就要通过仲裁选择一种方式让某一个主设备优先获得我们总线的控制权。所以这样的就称为总线仲裁。那么总线仲裁呢它分为两大种,一种呢叫做集中仲裁的方式,一种呢叫做分布仲裁的方式。那么集中仲裁的方式又可以分为三个小类,链式查询、计数器定时查询和独立请求。而分布仲裁呢大家只要简单地了解一下就可以了,总线仲裁这一节的重要的知识点就是集中仲裁这三种方式,它具体是怎么仲裁的大家一定要把它搞清楚。

下面我们先来看一下什么是集中仲裁。那么为什么叫集中仲裁方式呢?它是集中的。它的具体过程是这样的,首先呢我们的主设备这时候我要去使用总线了,我要控制总线传输数据,那么主设备就会发出一个请求信号,那么就就不可避免会带来有多个主设备同时要使用总线。那么集中仲裁方式它就会由一个集中控制器而完成,这样的一个总线控制器呢它就会完成整个的一个仲裁的一个过程,它会判断哪个主设备会优先地使用总线,啊它里面有一套的这样的判断的方式,去确定我现在哪一个主设备可以优先地去使用这样的总线。然后获得总线使用权的这样的主设备呢,它就可以利用总线开始传输数据。所以集中仲裁方式就是由一个总线控制器来进行仲裁的,所以呢它称为集中仲裁方式。那么根据总线控制器这样一个判断的方式的不同,那么集中仲裁方式又可以分为以下三种:链式查询方式,计数器查询方式和独立请求方式。那么我们先来看一下链式查询方式,那么这是它的一个图。

可以看到最左边它就是一个总线控制部件,是由它来进行仲裁的。然后还有什么特点呢?那么上面的两个数据线和地址线呢总线我们就不说了,那么关键在于哪,链式查询方式的关键就在于下面的这三根线,BG、BR和BS。首先我们来看第一步啊,主设备发出这样的请求信号,那么这样的请求信号是发到哪儿呢,发到这样的第二这条线上,也就是总线请求这条线。然后这时候总线控制部件就通过BG这条线去发出一个允许信号,那么BG就是总线允许这条线。最后如果哪一个设备它正在使用总线,或者它正在控制总线进行数据的传输,那么它就会发出一个总线忙的信号。所以,还有一根叫做BS,也就是总线忙这条线。所以链式查询方式的特点就是说,总线上的所有的部件,共用为一条总线请求线,只有一条总线请求线,还有两个一个叫做总线允许线和总线忙这根线。所以它就是三根线,这三根线就是链式查询的一个特点。下面我们来看一下链式查询的工作的过程。首先我有一个设备需要使用总线,这个设备1和设备n,我现在同时我要使用总线,它这时候呢就会发送一个总线请求信号,通过哪一根线呢就通过BR总线请求这根线,发送这样一个总线请求信号。

它发送到我们的总线控制器,我们就是这样的。这时候呢总线控制器它获得了这样一个总线请求信号之后,它第一步先去干嘛呢,它先去看一下我们的总线忙这根线是否忙,也就是现在是否还有设备占用着我们的总线,如果总线忙,我现在就不响应它的请求。如果这时候总线不忙了,我就立即发出一个总线响应信号。

然后总线响应信号呢就通过这一根BG这根线去串行地传送到每一个部件。它传到0的时候发现0并没有总线请求信号,然后接着传,然后传到这个1它发现了,诶这个1它是有总线请求的,所以这个信号就会被截断,被1这个设备截断,它就不再接着往下传了,这时候这个1它就获得了总线允许这个信号,然后它就会获得总线的控制权。

获得控制权之后它就可以使用这样的总线了,

使用总线了它就会向BS总线忙这根线去发送一个总线忙信号,就是这个样子。然后总线控制部件它就会得到一个总线忙这个信号,然后再有再多的请求信号它都不会响应了。因为这时候总线它正在被用着,那么这时候呢设备1呢它就占用着总线的这样一个控制权,等它使用完了之后,它就会撤销这样的请求线,然后再撤销忙这个线。接着这个总线控制部件,它看还有总线请求信号它就去看一下,这时候总线忙这根线它就不忙了,接着它会接着发出一个总线允许信号。注意这时候它有两种可能,第一种可能就是这个总线允许信号它接着1往后传,第二种可能呢它会重新发送一个总线允许信号。这时候看着题目给你的方式,它究竟呢是从1接着往后传,还是说你再重新发一个允许信号这是不一定的。

那么这时候如果我们还是接着1往后传的,这时候它就会接着往后传,一直发现这个设备n它有一个请求信号,于是这个设备n它就会截断这样的允许信号。

 

 下面我们进入总线这一章的第三节的学习,也就是总线操作和定时。我们先来回顾一下我们之前的内容。

总线这一章我们要讲四块内容,其中第一章我们讲完了总线的一些基本的概念,然后也讲了总线的分类还有它的一些经典的结构。然后最后还讲了一些性能指标,8个性能指标。接着上一节课我们讲了总线仲裁的几种方式,它呢解决的问题就是说多个设备它争用总线的时候如何解决这个争用的问题。那么这一节课呢我们就来看一下占用总线的一对设备时如何进行这样的数据传输的,那么这就是总线操作和定时的这部分内容。

那么我们可以把总线传输分成四个阶段,也叫做总线周期的四个阶段。哪四个阶段呢?我们之前在讲总线周期的时候简单地提了一下。现在我们就来具体地看一下,哪四个阶段?分别是这四个阶段。第一个呢是叫做申请分配阶段。那么它的任务是什么呢?首先,这时候我要用这个总线的这个设备也就是主设备。它呢先提出申请,提出申请之后那么总线仲裁机构它就决定将下一传输周期的这一个总线的使用权,把它交给哪一个这个申请者。那这就是申请分配阶段的这一块内容,就是我们上节课讲的那些什么总线仲裁的那些方式,这些过程,那么都是申请分配阶段完成的任务。那么它呢又可以细分为两个阶段,第一个阶段就是说我这个主设备先提出申请,所以呢就是传输请求这个阶段,然后呢接着就是我们的仲裁机构它要仲裁哪一个优先级,然后把这个总线的控制权给哪一个主设备,所以这部分呢又叫做总线仲裁这个阶段。所以它的整个阶段都是申请分配阶段,所以它细分为两个小阶段。

那么接下来第二个阶段呢就是取址阶段。已经获得了总线的控制权了,那么它就通过总线发出我这时候要访问的这个从模块的地址以及一些命令,然后启动参与本次传输的这样一个从模块。那么,这部分呢都是寻址阶段完成的任务。

接下来呢也就是传输了,也就是主设备和从设备进行一个数据的传输。这时候这个传输呢可以是单向的也可以是双向的,那么这部分传输呢都是在传输阶段进行完成的。

最后还有一个不要忘了,就是结束的阶段。这时候由于刚才这个主设备和从设备都在占用着这个总线进行一个数据传输,这时候传输一旦完成了,那么主模块的信息有关信息都必须从总线上进行一个删除,并且呢把这个总线的使用权把它让出来,让给其他的要用总线的这些主设备。所以总线周期呢就分成了这四个阶段我们再来回顾一下,哪四个阶段呢?第一个阶段是申请分配阶段,第二个阶段就是寻址阶段,第三个阶段呢是传输阶段,第四个阶段就是结束阶段。那么这四个阶段大家一定要把它们的名字记清楚,并且它对应的任务大家也要做一个了解,它是干什么的。

那么我们就来看一下,分别的这四个阶段是如何进行数据传输的,那么这就是总线定时的内容。那么总线定时是指什么呢?是指总线在双方交换数据的过程中,需要在时间上配合的这样一个关系,所以这样的一个控制就称为总线定时。实质上呢,它叫做总线定时。它的实质,其实就是一个协议或者呢是一个规则,这个大家在计算机网络这门课程当中应该了解的比较多,接触的比较多。那么用到我们总线这儿,它也是一种协议和控制,所以就是总线定时它的内容。

书上呢,只给大家介绍了两种这样的定时,同步定时方式和异步定时方式。那么最后我还要给大家介绍两个方式,一个呢叫做半同步的方式,还有一个呢叫做分离式的这样的方式。那么同步通信又称为同步定时方式,异步通信又称为异步定时方式。这个呢是书上给出来的,也是大家需要着重掌握的。最后补充的这两个,半同步和分离式的,大家简单地了解一下就可以了。那在这里我们首先先把它们一些简单的特点进行一个简单的介绍,然后我们再进行一个细致的讲述。

那么同步通信,它为什么叫做同步?这个大家应该也知道了,同步嘛,所以它是由一个统一的时钟信号进行一个控制的,所以它才称为同步。大家听到同步,第一反应脑子里面应该就想到,它是由一个统一的时钟信号进行控制的,所以它叫做同步。那么异步,相反就不是说它由一个统一的时钟信号进行控制了,所以它就采用了是一种应答的方式,它没有公共的时钟。那么半同步呢,就是把同步和异步进行一个结合,所以呢就是同步、异步结合起来就是半同步。那么在同步异步结合起来的时候,不仅是同步、异步结合,同步异步还有半同步它们都有一些空闲的时候,所以呢分离式通信都是把这一些空闲的时候进行一些挖掘,充分地挖掘这个系统总线每一个瞬间的一个潜力,然后进行通信,那么这就是分离式通信这样一个特点。

下面我们就来看一下同步通信它的具体的一个工作过程。那么这张图,在之前我们已经给大家简单地介绍了一下,那么我们现在就来细致地分析一下它的一个过程。那么我们之前也说了,这个同步定时方式啊它特点就是说系统采用一个统一的时钟信号来协调发送和接收方的这样一个传送的定时的关系,那么也就上面这个像波形图的东西。那么这就是一个时钟信号。那么知道注意的是,之前我们提了一嘴,那个什么上升沿,下降沿。

这时候我们就告诉大家,如果啊把这个信号从0跳到1,那么就从0到1,那么就从下面到上上面,那么这个东西我们就把它称为上升沿,沿着这个边沿嘛,也就是说数字电平从0变成1的这样一个瞬间我们就把它称为上升沿。然后呢把这个下降的这个从1降到0就是,这个上升沿然后再隔中间的这个东西,T1中间的那个东西啊,中间的那一竖,

也就叫做从1变成0的这个瞬间呢,我们把它称为下降沿。这个大家了解一下就知道了。这个下降沿是用来干什么的呢?就是在这一个瞬间发出一个信号,然后进行一个控制的。

所以呢我们来分析一下,由读命令也就是CPU发出读命令,这样的一个例子来分析一下我们同步定时方式的一个工作的过程。那么这一部分过程呢,只是为了帮助大家理解的,如果你实在不感兴趣的话你就直接跳到几分钟之后总结的那一页,把这个特点、优点、缺点背一下就行了,这个过程其实是不需要理解的,只是为了来记住的。好的我们废话少说我们来进入这个。

首先呢在第一个阶段也就是在T1的这个上升沿的时候我们要求,CPU这时候在这一个上升沿给出地址信息,地址信息这时候CPU必须在T1上升沿的阶段准备好。

接着呢我们要求CPU在第二个上升沿的时候能够把读命令给出来,我们可以看到读命令已经从高电平变成低电平,在第二个上升沿的时刻,高电平已经变成了低电平。这时候我们必须要求CPU在T2的上升时刻给出读命令。然后这时候,由于是低电平有效的,与地址信息相符合的这样一个输入设备按照这样的命令进行一系列的内部操作之后,并且呢必须在T3的上升沿到来之前,就能够把CPU所有的数据都能够送到数据总线上面。啊,在T3来T3的上升沿到来之前,也就是在T2的这段时间里面,你都能把CPU要的数据都能发到数据总线上面。

然后在T3的上升沿的时候,就能够进行一个数据的输出了,也就是把数据线上的信息传送到内部寄存器里面。

然后我们还要求在T4的上升沿的时候,能够把所有的过程都完成,进入结束阶段。也就是CPU在T4的上升沿的时候,撤销读命令,我们已经看到,这个命令这个信号已经从0变成了1,所以CPU在T4的上升沿撤销读命令,然后输入设备,输入设备就不再往我们的数据总线传输数据,然后撤销它对数据总线的这样一个驱动。

然后在T4结束的时候,就已经完成了整个的操作。于是在T4完成之后,接着紧接着就是第二个总线的传输周期,就是其他的一些传输周期了。所以我们看到啊,它的节奏感是非常强的,一步一步紧接着,哪一个哪一个在上升沿你都必须给我准备好。所以这是同步定时方式的一个要求,就是它能够满足我们整个的上升沿,在上升沿你必须干什么,在T2的时候你必须干什么啊。但是,这只是我们的一个要求,有一些设备呢它并不能够做到。所以,这就是它的一个缺点。好的,我们来看一下它的优点和缺点。

优点就是说它的传输速度是比较快的。我们可以看到它的节奏感是非常强的,一步一步紧接着就必须完成,T1结束就是T2,T2结束就是T3。读信号准备好了,就必须把这个

 

 

我们进入第六章,总线的最后一节,总线标准的学习。可能大家觉得这部分内容是比较简单的,都是一些概念性的东西,但是呢不能忽视,还是比较繁杂的,所以大家即使是这一节大家还是不能跳过的。

 

我们先要看一下,我们之前已经把总线的一些基本概念,分类啊典型结构还有一些基本概念都讲完了,然后第二节我们讲解了仲裁,然后上一节我们讲了就是数据传输,就是它的操作和定时,同步定时方式和异步定时方式,然后也给大家补充了两个了解一下的内容。那么这一节我们讲解了总线的标准,那么什么是总线的标准,为什么要用总线的标准呢?我们来看一下。

 

 

总线的标准呢就是说国际上公布的或推荐的互连的各个模块之间的一些标准。它是把各个不同的模块组成计算机的时候,它要遵循的一些共同的一些标准和规范。那么它是为了什么呢?是为了模块化的设计,方便模块化的设计。因为我只要知道有这么一个接口就可以了,而它后面连的东西我不需要知道它是如何实现的,只要这个接口是有遵循这个标准的遵循这个规范的,那么就可以直接进行连接然后完成我需要的一些功能和要求,而对方的那些东西我是不需要知道的。所以我只要遵循总线的标准进行连接那么我就可以完成所需要的功能,也就方便了我们模块化的设计。所以这就是总线标准为什么要提出来,以及它的好处,就是为了进行一个模块化的设计,为了方便实现。

 

 

那么总线标准呢,可以划分位简单地划分为三种,就是

 

posted on 2019-09-09 10:17  绿茵好莱坞  阅读(717)  评论(0编辑  收藏  举报

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