注：所學教材為《計算機組成原理(第二版)》 唐朔飛 編著 ; 本次梳理涵蓋內容為：
第三章 系統(tǒng)總線
3.1 總線的基本概念
3.2 總線的分類
3.3 總線特性及性能指標
3.4 總線結構
3.5 總線控制
第三章 系統(tǒng)總線
3.1 總線的基本概念
計算機系統(tǒng)的五大部件之間的互聯(lián)方式有兩種：
1.各部件之間使用單獨的連線屿岂，稱為分撒連接
2.將各部件連到一組公告信息傳輸線上骇窍，稱為總線連接
總線：是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質蔼两。
總線實際上是由許多傳輸線或通路組成，每條線可以一位一位地傳輸二進制代碼。
總線的傳輸方式有：1.串行 2.并行
總線的結構（詳情見3.4）
-
以CPU為中心的雙總線結構：便于增刪設備，但是會影響CPU的工作效率砾赔；如下圖所示
面向CPU的雙總線結構 -
單總線結構：原則上不影響CPU的工作效率，必須設置總線判優(yōu)邏輯青灼；如下圖所示
單總線結構 -
以存儲器為中心的雙總線結構：增加存儲總線暴心，提高傳輸效率，減輕系統(tǒng)負擔杂拨；如下圖所示
以存儲器為中心的雙總線結構
3.2總線的分類
{ 1.片內總線：芯片內部的總線专普，如CPU、寄存器內部弹沽，寄存器與ALU之間的總線
{ 2.系統(tǒng)總線：{ ①數(shù)據(jù)總線：傳輸各功能部件之間的數(shù)據(jù)信息檀夹，雙向筋粗，位數(shù)與機器字長、存儲字長有關炸渡。
{ { ②地址總線：用來指出數(shù)據(jù)總線上的源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)的地址娜亿，單向，位數(shù)與存儲單元個數(shù)有關蚌堵。
{ { ③控制總線：用來發(fā)出各種控制信號暇唾，單向(對任一控制線)\雙向(對控制總線總體)。
{ 3.通信總線：{用于計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)(控制儀表辰斋、移動通信等)之間的通信策州。
{ { ①串行通信：在單條1位寬的傳輸線上，一位一位地按順序分時傳送(適宜遠距離傳送)
{ { ②并行通信：在多條并行1位寬的傳輸線上宫仗，同時由源傳送到目的地(適宜近距離傳送)
3.3 總線特性及性能指標
總線特性
包括：1.機械特性 2.電氣特性 3.功能特性 4.時間特性
性能指標
{ 1.總線寬度：數(shù)據(jù)總線的根數(shù)够挂，用bit(位)表示，如16位(即16根)
{ 2.總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸速率藕夫，即單位時間總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)孽糖，用MBps(兆字節(jié)每秒)表示；
{ 3.時鐘同步\異步：數(shù)據(jù)與時間同步工作的總線為同步總線毅贮，數(shù)據(jù)與時間異步工作的總線為異步總線
{ 4.總線復用：一條信號線上分時傳送兩種信號
{ 5.信號線數(shù)：地址總線办悟、數(shù)據(jù)總線、控制總線三種總線數(shù)的總和
{ 6.總線控制方式
{ 7.其他指標：負載能力滩褥、電源電壓等
總線帶寬的計算
總線的工作頻率為33MHz病蛉，總線的寬度為32位，則總線帶寬為：
32/8/(1/33) = 132MBps
總線標準
目前流行的總線標準：1.ISA總線 2.EISA總線 3.VESA總線 4.PCI總線 5.AGP總線 6.RS-232C總線 7.USB總線
3.4 總線結構
3.4.1 單總線結構：
結構簡單便于擴充瑰煎，但所有傳送都通過這組共享總線铺然，易形成計算機系統(tǒng)瓶頸
3.4.2 多總線結構
雙總線結構：圖中通道是一個具有特殊功能的處理器，CPU將部分功能放給通道酒甸，使其對I/O設備統(tǒng)一管理
三總線結構：DMA總線用于高速I/O設備與主存交換信息魄健；局部總線將CPU與Cache連接；擴展總線將各種接口連接
四總線結構：高速總線使高速設備與CPU更密切
3.5 總線控制：主要包括判優(yōu)控制和通信控制
3.5.1 總線判優(yōu)控制
總線上所連接的各類設備插勤，按其對總線有無控制功能可分為主設備和從設備沽瘦。
主設備對總線有控制權，從設備只能響應主設備發(fā)來的總線命令农尖，對總線沒有控制權析恋。
判優(yōu)控制可分為{ 1.集中式：將控制邏輯集中在一處(如CPU)：集中式分為：鏈式查詢、計數(shù)器定時查詢卤橄、獨立請求方式
{ 2.分布式：將控制邏輯分散在總線連接的各個部件或設備上
(1)鏈式查詢：三根線用于總線控制(BS總線忙绿满、BR總線請求、BG總線同意)窟扑，離總線控制部件最近的 設備具有最高的優(yōu)先級
(2)計數(shù)器定時查詢：多了一組設備地址線喇颁，少了一根總線同意線BG。接到BR的請求后嚎货，計數(shù)器開始計數(shù)橘霎，并通過設備地址線，向各設備發(fā)出一組地址信號殖属。當某個請求占用總線的設備地址與計數(shù)值一致時姐叁，便獲得總線使用權，此時終止計數(shù)查詢洗显。
(3)獨立請求方式：每一臺設備均擁有一對總線請求線BRi和總線同意線BGi外潜。總線控制部件中有一排隊電路挠唆，可根據(jù)優(yōu)先次序確定響應哪一臺設備的請求处窥。
鏈式查詢中僅用兩根線確定總線使用權屬于哪個設備，在計數(shù)器查詢中大致用log2n根線玄组，n為允許接納的最大設備數(shù)滔驾，而獨立請求方式需采用2n根線。
3.5.2 總線通信控制 （目的：解決通信雙方協(xié)調俄讹、配合問題）
總線周期：完成一次總線操作的時間哆致，分為四個階段：
{ ①申請分配：需要使用總線的主模塊提出申請，經(jīng)總線總裁機構決定下一傳輸周期的總線使用權屬于者
{ ②尋址階段：主模塊通過總線發(fā)出本次要訪問的從模塊的地址及有關命令患膛，啟動參與本次傳輸?shù)膹哪K
{ ③傳數(shù)階段：主模塊和從模塊進行數(shù)據(jù)交換摊阀，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線流入目的模塊
{ ④結束階段：主模塊的有關信息均從系統(tǒng)總線上撤除踪蹬，讓出總線使用權
總線通信控制通常有四種方式：
(1) 同步通信：通信雙方由統(tǒng)一時標控制數(shù)據(jù)傳送稱為同步通信驹溃，必須由總線控制部件發(fā)出的時鐘信號對它們進行同步。
圖中總線傳輸周期是連接在總線上的兩個部件完成一次完整且可靠的信息傳輸時間延曙，包含4個時鐘周期T1豌鹤、T2、T3枝缔、T4
1.對于讀命令(數(shù)據(jù)輸入傳輸)
{T1 主模塊發(fā)地址
{T2 主模塊發(fā)讀命令
{T3 從模塊提供數(shù)據(jù)
{T4 主模塊撤銷讀命令布疙，從模塊撤銷數(shù)據(jù)
2.對于寫明了(數(shù)據(jù)輸出傳輸)
{T1 主模塊發(fā)地址
{T2 主模塊提供數(shù)據(jù)
{T3 主模塊發(fā)出寫命令，從模塊接收到命令后愿卸，必須在規(guī)定的時間內將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到地址總線所指明的單元中
{T4 主模塊撤銷寫命令和數(shù)據(jù)等信號
同步通信一般用于總線長度較短灵临、各部件存儲時間比較一致的場合。
(2) 異步通信：請求響應模式趴荸，沒有公共的時鐘標準儒溉，不要求所有部件嚴格的統(tǒng)一操作時間。主從模塊之間增加兩條應答線发钝，應答方式分為不互鎖顿涣、半互鎖和全互鎖三種方式波闹。
①不互鎖方式：主模塊發(fā)出請求信號后，不必等待接到從模塊的回答信號涛碑，而是經(jīng)過一段時間精堕，確認從模塊已經(jīng)收到請求信號后，便撤銷其請求信號蒲障；從模塊接到請求信號后歹篓，在條件允許時發(fā)出回答信號，并且經(jīng)過一段時間確認主模塊已經(jīng)收到回答信號后揉阎，自動撤銷回答信號庄撮。
②半互鎖方式：主模塊發(fā)出請求信號，必須待接到從模塊的回答信號后再撤銷其請求信號毙籽，有互鎖關系洞斯；而從模塊在接到請求信號發(fā)出的回答信號，但不必等待獲知主模塊的請求信號已經(jīng)撤銷惧财，而是隔一段時間自動撤銷回答信號巡扇，無互鎖關系。
③全互鎖方式：主模塊發(fā)出請求信號垮衷，必須待從模塊回答后在撤銷其請求信號厅翔；從模塊發(fā)出回答信號，必須待獲知主模塊請求信號已撤銷后搀突，在撤銷其回答信號刀闷。
異步通信可用于并行傳送和串行傳送。
①并行通信：Ready\Strobe為聯(lián)絡信號
②串行通信：一個字符的格式為："一個起始位(低電平)仰迁，5~8個數(shù)據(jù)位甸昏、一個奇偶校驗位(作檢錯用)、1或1.5或2個終止 位(高電平)"徐许。
傳送時起始位后面緊跟傳送字符的最低位施蜜，每個字符結束時是一個高電平的終止位。
起始位至終止位構成一幀雌隅，兩幀之間的間隔可以是任一長度翻默。
傳輸速率：兩幀之間有空閑位(高電平)則傳輸速率低；兩幀之間無空閑位則傳輸數(shù)率高(如下圖所示)恰起。
波特率：衡量異步串行通信的傳送速率修械，指單位時間內傳送二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，用bps表示检盼，記作波特肯污。
比特率：也可衡量異步串行通信的傳送速率，單位時間內傳送二進制有效數(shù)據(jù)的位數(shù)，用bps表示蹦渣。
同步串行傳送速度高于異步串行傳送速度哄芜。
(3) 半同步通信：增設一條等待(WAIT)響應信號線，采用插入時鐘等待周期的措施來協(xié)調通信雙方的配合問題剂桥。
半同步通信控制方式比異步通信簡單忠烛，在全系統(tǒng)內各模塊又在統(tǒng)一的系統(tǒng)時鐘內控制下同步工作属提，可靠性高权逗，同步結構比較方便。
(4) 分離式通信：比較復雜冤议，在普通微型計算機系統(tǒng)很少采用斟薇。
總線通信控制常見計算題
eg1：在一個32位的總線系統(tǒng)中，總線的時鐘頻率為66MHz恕酸，假設總線最短傳輸周期為4個時鐘周期堪滨，試計算總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率。
ans：總線的傳輸周期為(1/66)*4=2/33μs
總線的寬度為32位=4B(字節(jié))
故數(shù)據(jù)傳輸率為4B/(2/33μs) = 66MBps
eg2：在異步串行傳送系統(tǒng)中蕊温，字符格式為：1個起始位袱箱、8個數(shù)據(jù)位、1個校驗位义矛、2個終止位发笔。若要求每秒傳送120個字符，試求傳送的波特率和比特率凉翻。
ans：一個字符有1+8+1+2=12b(位)
若每秒傳送120個字符了讨，則每秒傳送120*12 = 1440b(位)
故波特率為1440b/1s = 1440bps
比特率為8*120b/1s = 960bps
