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文章目录

6. 总线
- 6.1 概述
- - 6.1.1 概念
  - 6.1.2 分类
  - - 按功能层次分类
    - 按数据线的多少分类
  - 6.1.3 结构分类
  - 6.1.4 性能指标
- 6.2 组成和结构
- - 1) 地址总线
  - 2) 数据总线
  - 3) 控制总线
- 6.3 设计和实现
- - 6.3.1 仲裁
  - - 1) 集中仲裁方式
    - - **链式查询方式**
      - **计数器定时查询方式**
      - **独立请求方式**
    - 2) 分布仲裁方式
  - 6.3.2 定时方法
  - - 1) 同步定时方式
    - 2) 异步定时方式
- 6.4 举例
- - 1) 系统总线标准
  - 2) 局部总线标准
  - 3) 设备总线标准
  - 4) 视频总线标准
  - 5) 总结

6. 总线

6.1 概述

6.1.1 概念

系统总线

数据总线的功能来搭载信息，
地址总线来决定将信息送往何处，
控制总线来决定如何动作。

6.1.2 分类

按功能层次分类

片内总线：CPU内部寄存器和寄存器之间、寄存器和ALU(运算器)之间的公共连接线。
系统总线：(CPU、主存、I/O接口)之间的总线，分时复用的话，可以分为数据总线、地址总线和控制总线。
功能总线：计算机与其他系统(远程设备、测试设备)之间的总线

按数据线的多少分类

并行总线：含有多条双向数据线(由于电生磁的缘故，速度低于串行总线)
串行总线：只含有一条双向数据线或两条单向数据线

6.1.3 结构分类

单地址总线中，统一编码，所以不需要I/O 指令

单总线结构框图

双总线结构框图

三总线结构框图

三总线结构的又一形式

四总线结构框图

6.1.4 性能指标

6.2 组成和结构

1) 地址总线

地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力

2) 数据总线

宽度决定了CPU和其他部件进行数据传送时一次的数据传送量

指令
操作数
中断信号

3) 控制总线

宽度决定了CPU对系统中其他器件的控制能力

握手应答信号
时序信号
I/O设备和存储设备的响应信号

例题：若内存容量为4GB，字长为32，则______。
A．地址总线和数据总线的宽度都为32
B．地址总线的宽度为30，数据总线的宽度为32
C．地址总线的宽度为30，数据总线的宽度为8
D．地址总线的宽度为32，数据总线的宽度为8
答案:A
内存容量为4GB，即内存单元的地址宽度为32位。字长为32位即要求数据总线的宽度为32位，因此地址总线和数据总线的宽度都为32。

6.3 设计和实现

6.3.1 仲裁

为了保证同一时刻只有一个主设备使用主线，就需要设置一个总线判优和仲裁控制机构，判优来确定那个那个设备先使用总线，仲裁这个词理解成管理，判优按照仲裁控制可以分为集中式控制和分布式控制

1) 集中仲裁方式

集中式仲裁就是把所有的仲裁全部放在一起，大家想要仲裁的话就去同一个地方去仲裁。

链式查询方式

1.主设备发送BR信号(BR信号有效，说明不止一个设备在请求)，此时看BS线是否有效，有效的话就等BS完了之后再请求。
2.当BS信号无效之后，BR信号此时被总线控制器响应，发送出BG信号，然后BG信号开始传送，直到传送到从设备。

计数器定时查询方式

相比与链式加了一条线：计数器查询线（这个计数器开始从0一直加，0代表第一个设备）用来查询请求是哪个设备发出的。
这种计数的开始有两种：1.每次从0开始(这样就和链式的一样了)2.从上次中止的开始(这样每个设备被查询的机会相等)

需要log2n个地址线log_2n 个地址线log2n个地址线

独立请求方式

既然比较难确定是哪个设备发出的信号，那老子就给每个设备都加上一根BR，总线控制器看到BRk的k之后就直接知道是第k个设备发出的请求。

需要2n+1 根数据线

2) 分布仲裁方式

直接给每个设备发一个总线控制器，在这样的主线上，主设备可以启动一个总线周期，而从设备只能响应主设备的请求。既然没有了集中的总线控制器，那么就会出现到底总线给哪个设备用呢？一般采用优先级、冲突检测或公平策略来进行仲裁。而这其中的冲突检测就是我们计算机网络中著名的CS（载波侦听）MA（多路访问）/CD（边发边听）

6.3.2 定时方法

总线事物(总线传输周期)：

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
传数阶段：主模块和从模块交换数据
结束阶段：主模块撤销有关信息

总线通信的四种方式：

同步通信：由统一时标控制数据传送
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

不同速度之间传送数据时，采用同步方式，也可以用异步方式

1) 同步定时方式

他俩用同一个时钟，这个时钟发信号了，他俩就开始工作。而这个时钟周期的话由于必须适应最慢的接口，而导致变大，整体变慢。

2) 异步定时方式

他俩不用通过时钟来控制请求和回答，而是通过：不互锁、半互锁和全互锁来控制请求的撤销和回答的撤销

异步通信方式，也叫做应答方式，没有公共的时钟信号，也没有固定的时间间隔，完全依靠“握手”解决定时控制

传送操作是由双方按需分配时间的

（1）不互锁：请求的结束和回答的结束不互锁(也就是没有关系)

（2）半互锁：请求的结束，并没有撤销，等到回答信号之后才撤销请求，而回答信号的撤销由自己决定

（3）全互锁：请求的结束之后，收到回答信号，撤销请求的同时，给回答发送请求，让其撤销回答信号

6.4 举例

1) 系统总线标准

2) 局部总线标准

3) 设备总线标准

4) 视频总线标准

5) 总结

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