第六章-总线

总线的分类

按数据传输格式

• 串行总线
  • 优点：只需要一条传输线，成本低廉，广泛应用于长距离传输；应用于计算机内部时，可以节省布线空间。
  • 缺点：在数据发送和接受的时候要进行拆卸和装配，要考虑串行并行转换的问题。
• 并行总线
  • 优点：总线的逻辑时序比较简单，电路实现起来比较容易。
  • 缺点：信号线数量多，占用更多的布线空间；远距离传输成本高昂

按总线功能（连接的部件）

• 片内总线：芯片内部的总线。它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。
• 系统总线：计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之间相互连接的总线。
  • 数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关 。
  • 地址总线用来指出数据总线上的源数据或目的数据所在的主存单元或I/O端口的地址，它是单向传输总线，地址总线的位数与主存地址空间的大小有关。
  • 控制总线传输的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外设）返回CPU的反馈信号 。
• 通信总线：通信总线是用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信设备、测试设备）之间信息传送的总线，通信总线也称为外部总线。

系统总线的结构

• 单总线结构：CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）都连接在一组总线上，允许I/O设备之间、I/O设备和CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。
  • 优点：结构简单，成本低，易于接入新的设备。
  • 缺点：带宽低、负载重，多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作。
• 双总线结构有两条总线，一条主存总线，用于CPU、主存和通道之间进行数据传送；另一条时I/O总线，用于多个外部设备与通道之间进行数据传送
  • 优点：将较低速的I/O设备从单总线上分离出来，实现存储器总线和I/O总线分离。
  • 缺点：需要增加通道等硬件设备。
• 三总线结构：三总线结构是在计算机系统各部件之间采用3条各自独立的总线来构成信息通路，这3条总线分别为主存总线 、I/O 总线 和直接内存访问DMA 。
  • 优点：提高了I/O设备的性能，使其更快地响应命令，提高系统吞吐量。
  • 缺点：系统工作效率较低。

总线定时

总线传输的四个阶段：

• 申请分配阶段：传输请求和总线仲裁
• 寻址阶段
• 传输阶段：数据传输
• 结束阶段

总线定时：总线在双方交换数据的过程中需要时间上配合关系的控制

同步通信

由统一时钟控制数据传送
优点：传送速度较快，具有较高的传输效率；总线控制逻辑简单
缺点：主从设备属于强制性同步；不能及时进行数据通信的有效性检验，可靠性较差
同步通信适用于总线长度较短及总线所接部件的存取时间比较接近的系统

异步通信

采用应答方式，没有公共时钟标准

• 不互锁方式：主设备发出“请求”信号后，不必等到接到从设备的“回答”信号，而实经过一段时间，便撤销“请求”信号；而从设备在接到“请求”信号后，发出“回答”信号，并经过一段时间，自动撤销“回答”信号。双方不存在互锁关系。（速度最快、可靠性最差）
• 半互锁方式：主设备发出“请求”信号后，必须待接到从设备的“回答”信号后，才撤销“请求”信号，有互锁的关系。而从设备在接到“请求”信号后，发出“回答”信号，但不必等待获知主设备的“请求”信号已经撤销，而是隔一段时间后自动撤销“回答”信号，不存在互锁关系。
• 全互锁方式：主设备发出“请求”信号后，必须待从设备“回答”后，才撤销“请求”信号；从设备发出“回答”信号，必须待获知主设备“请求”信号已撤销后，再撤销其“回答”信号。双方存在互锁关系。（最可靠、速度最慢）
  优点：总线周期长度可变，能保证两个工作速度相差很大的部件或设备之间可靠地进行信息交换，自动适应时间的配合。
  缺点：比同步控制方式少复杂一些，速度比同步定时方式慢。