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总线的基本概念总线的分类总线的特性和性能指标总线物理实现总线特性性能指标总线标准总线结构单总线结构多总线结构总线结构举例总线控制总线判优控制总线通信控制

总线的基本概念

• 为什么要总线：计算机各个部件之间需要通信，但是不能简单的使用两两连接的方式

• 什么是总线：
• 是连接各个部件的信息传输线
• 是各个部件之间共享的传输介质

• 总线上信息的传输：



• 串行，一位一位传输
• 并行，多位共同传输，不能远距离传输，防止互相之间的干扰

• 单总线：



每次只能一对设备传输信息，总线成为瓶颈

• 双总线，以CPU为中心：



主存和CPU之间的交流繁忙，使用专用的总线。但是CPU为中心导致了CPU的过于繁忙

• 双总线，以主存为中心:



但是不能同时对主存进行读写操作，主存同时只能对一条总线做数据传输

总线的分类

• 片内总线：芯片内部的总线

• 系统总线：计算机各个部件之间传输信息的总线
• 数据总线：双向，与机器字长，存储字长有关
• 地址总线：单向，与存储地址，I/O地址有关
• 控制总线：双向，用于传输信号，例如：中断信号，存储信号等等

• 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，按传输方式分为串行总线和并行总线

总线的特性和性能指标

总线物理实现

总线特性

• 机械特性：尺寸，形状，管脚数，排列顺序

• 电器特性：传输方向和有效电阻范围

• 功能特性：每根传输线的具体功能（地址，数据，控制）

• 时间特性：信号的时序关系

性能指标

• 总线宽度：数据线的根数

• 标准传输率：每秒传输的最大字节数

• 时钟同步/异步

• 总线复用：地址线与数据线复用

• 信号线数：地址线，数据线和控制线的总和

• 总线控制方式：突发，自动，仲裁，逻辑，计数

• 其他指标：负载能力，能为多少IO提供服务

总线标准

总线结构

单总线结构

多总线结构

总线结构举例

总线控制

总线判优控制

总线通信控制

• 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

• 传输阶段：主模块和从模块交换数据

• 结束阶段：主模块撤消有关信息

• 同步通信：由统一时标控制数据传输

• 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

• 不互锁：主设备发出请求，从设备接收数据，都到了一段时间断开

• 半互锁：主设备收到从设备的对应自己的请求的回答后再断开
Tips:当回答未接收到，但是从设备中断了，会发生主设备的请求持续，这有点类似与TCP/IP协议的四次挥手，当客户端回应了对于服务器的断开连接的请求，这时候客户端进入了time_wait状态持续时间为最大报文生存时间，这就是防止出现，当客户端发送了ACK包，但是服务器没有接收到导致了服务器一直处于连接状态。

• 全互锁：主设备收到对方的回应后再断开
这种方式可以做到当一段时间后主设备没有收到从设备的中断回复再发出一次询问，TCP的四次挥手也是作用超时重发FIN包的方式。
 

• 主模块发送地址和命令 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 占用总线找到一个合适的方式利用此模块的准备数据的时间，以此来节约时间

• 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

• 各模块准备数据时，不占用总线

• 总线被占用时，无空闲