计算机总线

目录

系统总线

1. 总线的基本概念

  • 总线（BUS）：总线是连接各部件的信息传输线，是 各部件共享的传输介质
  • 总线的优点
    • 总线简化了系统结构，便于系统的设计和制造
    • 减少了连线数目，便于布局
    • 便于接口设计，便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实现系统的模块化
    • 便于故障的诊断和维修降低了成本
  • 信息的传输方式：
    • 串行
    • 并行
  • 实例：
    • 面向cpu的双总线结构、
    • 单总线结构：必须设置判优逻辑，影响速度
    • 以存储器为中心的双总线结构
      • 提高了传输效率，减轻了系统总线的负担，而且保留了I/O设备与主存交换信息不经过CPU

2. 总线的分类

  • 片内总线：芯片内部的总线（CPU内部的寄存器与寄存器与算术逻辑单元之间）
  • 系统总线：计算机各部件之间的信息传输线
    • 数据总线：双向 与机器字长存储字长有关（机器字长与存储字长不一定一样大，如果机器字长更大，则需要取指阶段则需要多次访问）
    • 地址总线：单向 与存储地址I/O地址有关
    • 控制总线：双向 有出有入（存储器的读写操作）
      • 单个来看是单向的但是总线总体来看是双向的
        • 总线请求信号
        • 总线允许信号
  • 通信总线：用于 计算机系统之间 或 计算机系统与其他系统 的通信
    • 传输方式
      • 串行通信总线（远距离传输）：只用一条数据线，采用脉冲传送
        • 优点：只需要一条传输线，成本低廉
        • 缺点：速度慢
      • 并行通信总线（近距离 30迷以内）：每一数据位都需要一条数据传输线，采用电位传送
        • 优点：速度快
        • 缺点：成本高，距离短

3. 总线特性及性能指标

  • 总线物理实现（不管连多少外设，每次只能有一个设备有用总线的控制权）

    • ISA拓展槽
    • PCI拓展槽
    • 外设接口
    • SATA硬盘插槽

  • 总线特性

    • 机械特性：尺寸、形状、管脚数及排列顺序
    • 电气特性：传输方向和有效电平范围
    • 功能特性：每根传输线的功能：地址、数据、控制
    • 时间特性：信号的时序关系（合何时有效）

  • 性能指标：

    • 总线宽度：数据线的根数
    • 总线带宽：每秒传输的最大字节数（MBPs）
    • 时钟同步/异步：同步总线、异步总线
      • eg: 总线的工作频率为33MHz,总吸纳宽度为32位，则总线带宽位33×（32÷8）=132MBps
    • 总线的复用：地质线和数据线的复用
    • 信号线数：地址线、数据线、控制线条数的总线
    • 总线控制方式：突发、自动、仲裁、逻辑、计数
    • 其他指标：负载能力、电源电压、总线宽度扩展

  • 总线标准

    • 定义：系统与模块、模块与模块之间相互联系的一个标准界面，对于它两端的木模块是透明的，只需要按照总线标准完成自身一方接口功能的要求，无需了解对方接口与总线的连接要求。
  • ISA插槽：是基于ISA总线（Industrial Standard Architecture,工业标准总线）的扩展插槽，其颜色一般为黑色，比PCI接口插槽要长些，位于主板的最下端。可插接显卡，声卡，网卡以及所谓的多功能接口卡等扩展插卡。其缺点是CPU资源占用太高，数据传输带宽太小，是已经被淘汰的插槽接口。
  • PCI插槽:PCI局部总线(Peripheral Component Interconnection，周边元件扩展接口)的扩展插槽，其颜色一般为乳白色，位于主板上AGP插槽的下方，ISA插槽的上方。其位宽为32位或64位，工作频率为33MHz,最大数据传输率为133MB/sec(32位)和266MB/sec(64位)。可插接显卡、声卡、网卡、内置Modem、内置ADSL Modem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、电视卡、视频采集卡以及其它种类繁多的扩展卡。PCI插槽是主板的主要扩展插槽，通过插接不同的扩展卡可以获得目前电脑能实现的几乎所有功能，是名副其实的“万用”扩展插槽。
  • VESA总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。

4.总线的结构

  • 单总线结构：只有一条数据总线连接所有的设备（包括cpu和存储器），需允许设备同时占用总线，若外部设备多，工作效率第

  • 双总线结构

    • 添加通道：用通道管理I/O设备，提高总线的利用效率。

    • 以存储器为中心的双总线结构

  • 三总线结构：主存总线和DMSA(Direct Memory Access)总线不能同时队主存进行存取，I/O总线只能在CPU执行I/O设备时才能使用

5. 总线控制（重点）

  • 总线的判优控制：

    • 基本概念
      • 主设备（模块）：对总线有控制权力
      • 从设备（模块）：相应从主设备发来的总线命令
      • 总线的判优控制
        • 集中式：
          • 链式查询
          • 计数器定时查询
          • 独立请求方式
        • 分布式

  • 链式查询：设备的优先权 与总线控制器的距离有关

    • 优点：对硬件连接简单，判优简单，设备增添简单
    • 缺点：对电路故障敏感

  • 计数器定时查询：设备的优先权由 计数器决定

    • 优点：优先权控制灵活，对电路故障不敏感
    • 缺点：硬件成本增加，控制复杂度高

  • 独立请求：优先权由 中央仲裁器的内部排队逻辑决定

    • 优点：相应快，而且优先顺序的设置比较灵活
    • 缺点：复杂度高

  • 总线的通信控制：

    • 目的：解决通信双方如何获知传输开始与结束，以及通信双方协调和配合问题
    • 总线的传输周期：
      • 申请分配阶段：主设备申请，总线仲裁决定
      • 寻址阶段：主设备向设备给出 地址和命令
      • 传数阶段：主设备和从设备 交换数据
      • 结束阶段：主设备撤销有关信息

总线通信的四种方式（重点）

  • 同步通信：由 统一时标的可攻至数据传送

    • CPU写命令

    • CPU读命令过程

CPU T1上升沿发出地址信息；在T2的上升沿发出读命令，与地址型号相符合的输入设备按命令进行一系列内部操作，且必须在T3的上升沿到来之前将CPU所需的数据送到数据总线上；cpu在T3时钟周期内，将数据线上的信息送到器内部寄存器中；cpu在T4的上升沿撤销读命令，输入设备不再向数据总线上传送数据，撤销它对数据总线的驱动

  • T1主模块发出地址
  • T2主模块发读命令
  • T3从模块提供数据
  • T4主模块撤销读命令，从模块撤销数据
  • 异步通信： 采用应答方式（即主谋快发出（Request）信号式，一直等从模块反馈回来"相应"(Acknowledge)，才开始通信），没有公共时钟标准
    • 不互锁：
      • 特点：1. 主设备请求信号的撤除与是否收到应答无关；2.从设备应答撤除与主设备是否撤除请求信号无关
      • eg:单机中，cpu向内存写信息所给出的地址、数据、写命令以及写入数据
    • 半互锁：
      • 特点：1.主信号请求信号的撤除必须再收到应答信号后；2，从设备应答信号的撤除与主设备是否撤除请求信号无关
      • eg:多机系统中，cpu访问共享存储器
    • 全互锁：
      • 特点：1.主设备请求信号的撤除必须再收到应答信号后；2.从设备应答信号的撤除必须得到主设备的撤除请求信号后；
      • eg:网络通信

​

  • 半同步通信：同步、异步结合

    • 特点：既有公共时钟控制，又允许速度不同的工作模块协调的工作，只需要 插入等待时间的措施来协调通信双方的配合问题

    • 在同步通信的基础上添加了一条wait时间

  • 以上三种通信的共同点：

    • 主模块发地址、命令：占用总线
    • 从模块准备数据：不占用总线，总线空闲
    • 从模块向主模块发数据：占用总线

  • 分离式通信：

    • 充分 挖掘系统总线每个瞬间的潜力
    • 一个总线传输周期：
      • 子周期1：模块申请占用总线，使用完后放弃总线使用权
      • 子周期2：从模块申请占用总线，将各种信息送至总线上
    • 特点：
      1. 各模块都有权申请总线
      2. 采用同步方式通信，不等对方回答
      3. 各模块准备数据时不占用总线
      4. 总线被占用时，无空闲
      5. 充分提高了总线的有效占用

​

posted @ 2020-03-10 15:36  小鲲18  阅读(212)  评论(0)    收藏  举报