总线的分类
按数据传输格式
- 串行总线
- 特点:每次只能传1bit
- 常见的有USB
- 优缺点
- 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;只有一根线,抗干扰能力强
- 缺点:在数据发送和接收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
- 特点:同时传多位
- 常见的有数据总线
- 优缺点
- 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;由于工作频率较高时,并行的信号线之间会产生严重干扰,对每条线等长的要求也越高,所以无法持续提升工作频率。
按总线功能(连接的部件)
- 片内总线
- 定义
- 系统总线
- 定义
- 按照传输信息内容的不同可进一步分为
- 通信总线
- 定义
按时序控制方式
- 异步总线
- 同步总线
系统总线按照传输信息内容的不同可进一步分为
- 数据总线
- 地址总线
- 控制总线
*根据总线在计算机中的位置
- 系统总线
- 通常与CPU直接相连,用于连接CPU与北桥芯片,或CPU与主存等。
- 三种中最快的
- 局部总线
- 没有直接与CPU连接,通常是连接高速的北桥芯片,用于连接很多重要硬件部件(就是部件连接北桥芯片的总线)
- 设备总线/通信总线
- 通常由南桥芯片控制,用于连接计算机与计算机,或连接计算机与外部I/O设备
总线仲裁的基本概念
- 定义
- 分类
- 集中仲裁方式,
- 链式查询
- 优点
- 优先级固定
- 结构简单、易扩充
- 缺点
- 优先级固定
- 电路故障敏感
- 饥饿
- 优点
- 计数器定时查询
- 优点
- 可变优先级
- 对电路故障没有链式查询的敏感
- 缺点
- 机构相对复杂
- 优点
- 独立请求查询
- 优点
- 相应速度快
- 优先级十分灵活
- 缺点
- 控制器数量多
- 总线控制逻辑更加复杂
- 优点
- 链式查询
- 分布仲裁方式
- 集中仲裁方式,
❗“总线忙”信号是由获得控制权的设备发出的
6.1 总线概述
总线概述
6.1.1 总线的基本概念
- 总线的定义
- 总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。
- 总线的两个特点
- 分时
- 共享
- 总线上的设备按照有无权限控制分为
- 主设备
- 从设备
- 总线的特性(4)
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
- 时间特性
6.1.2 总线的分类
6.1.3 系统总线的结构
- 单总线结构
- 注意单总线并不是只有一根总线
- 优点
- 结构简单,成本低,易于接入新设备
- 缺点:带宽低、负载重,竞争,不支持并发/并行传送;速度不匹配
- 双总线结构
- 三总线结构(
)
- 结构:主存总线+I/O总线+DMA总线4
- 优点:提高I/O设备的性能,使其更快地相应命令,提高系统吞吐量。
- 缺点:系统工作效率较低
- *四总线结构简介
6.1.4 常见的总线标准
不考
| 总线标准 | 全称 | 工作频率 | 数据线 | 最大速度 | 特点 |
|---|---|---|---|---|---|
| ISA | Industry Standard Architecture | 8MHz | 8/16 | 16MB/s | 系统总线 |
| EISA | Extended ISA | 8MHz | 32 | 32MB/s | 系统总线 |
| VESA | Video Electronics Standard Architecture | 33MHz | 32 | 132MB/s | 局部总线 |
| PCI | Peripheral Component Interconnect | 33/66MHz | 32/64 | 528MB/s | 局部总线 |
| AGP | Accelerated Graphics Port | - | - | X1: 266MB/s | 局部总线 |
| X8: 2.1GB/s | |||||
| PCI-E | PCI-Express (3GIO) | - | - | 10GB/s以上 | 串行 |
| RS-232C | Recommended Standard | - | - | 20Kbps | 串行通信总线 |
| SCSI | Small Computer System Interface | - | - | 640MB/s | 智能通信接口 |
| PCMCIA | Personal Computer Memory Card International Association | - | - | 90Mbps | 便携设备接口 |
| USB | Universal Serial Bus | - | - | 1280MB/s | 设备总线、串行 |
| IDE (ATA) | Integrated Drive Electronics | - | - | 100MB/s | 硬盘光驱接口 |
| SATA | Serial Advanced Technology Attachment | - | - | 600MB/s | 串行硬盘接口 |
- 总线标准发展的趋势:并行 -> 串行
- 补充:为何
6.1.5 总线的性能指标
-
总线传输周期
-
总线时钟周期
- 即机器时钟周期7
-
总线工作频率
- 总线周期的倒数,一秒钟内传送几次数据
-
总线时钟频率
- 机器的时钟频率,总线时钟周期的倒数
-
总线宽度
- 又称总线位宽,能够同时传送的数据位数,数据总线的根数,32根则称32位总线
-
总线带宽
- 最大数据传输率(注意区分有效数据传输率8)
- 单位:可以用B/s
- ❗注意总线带宽和总线宽度的区别
-
总线复用
- 一种信号线在不同时间传输不同的信息
-
信号线数
- 含义:地址总线、数据总线和控制总线三种总线(即系统总线)包含的信号线数的总和(多少根)。
-
⭐最主要性能指标
- 总线宽度、总线(工作)频率、总线带宽
- 三者关系
-
视频《总线仲裁》《总线操作和定时》没看 📅 2023-09-28 ✅ 2023-09-29
-
同步总线、异步总线详细信息 📅 2023-09-28 ✅ 2023-09-29
脚注
6.1 总线概述课后习题
要点分析
- 间址寻址得到的有效地址通过数据总线传送至CPU,地址总线是用于CPU选择主存单元地址和I/O端口地址的单向总线,不能回传
- 6.1.3 系统总线的结构,三总线结构包含的是主存总线、I/O总线和DMA总线,昨天学的都忘了吗
- 总线复用技术指的是不同信号在不同时刻通过同一总线传输,而串行传输技术强调的是每次只能传输1bit的信息
- 地址用地址总线传输,数据用数据总线传输,很简单易懂是不是
- 控制总线传输的信息包括
- CPU送出的控制命令
- 主存(或外设)返回CPU的反馈信号
- 采用局部总线技术的作用是节省系统的总带宽
- 中断类信号是通过数据总线传输的
- 支持突发(猝发)传输可以提高同步总线的数据传输率
- 熟悉时间单位
Flashcards
脚注
6.2 总线事务和定时
6.2.1 总线事务
- 总线事务的定义
- 从请求总线到完成总线使用的操作序列称为总线事务
- 总线事务包含的阶段(5)
- 请求阶段:主设备(CPU或DMA)发出请求
- 仲裁阶段:总线仲裁机构1决定将总线使用权授予某个设备
- 寻址阶段
- 传输阶段:进行数据传输,可以单向也可以双向。一般在这一阶段只能传输一个字长的数据,通过支持突发(猝发)传送方式,能够进行连续成组信息的传输。
- 释放阶段
6.2.2 同步定时方式
在建立起传输关系后,需要通过定时来确定传输阶段的起止,分为同步定时方式(又称同步通信)、异步定时方式(异步通信),此外还有半同步定时(半同步通信)和分离式通信。前三者只要传输未结束便会一直占用总线。
- 同步定时方式的定义
- 采用统一的时钟信号来协调双方定时关系
- 每个部件或设备发送和接收信息都在一个固定的总线传送周期中
- 优点
- 传送速度快,数据传输率高
- 总线控制逻辑简单
- 缺点
- 强制性同步
- 不能及时进行有效性检验,可靠性较差
- 适用性
- 同步通信适用于总线长度较短、总线所接部件的存取时间比较接近的系统
6.2.3 异步定时方式
-
异步定时方式的定义
- 通过主从设备的“握手”信号来实现定时控制
-
优点
- 总线周期长度可变
- 能进行有效性检验,可靠性较高
-
缺点
- 复杂一些
- 速度比同步定时方式更慢
-
握手规则(“请求”和“回答”信号是否互锁)(3)
- 不互锁方式
- 主设备发出“请求”信号一段时间后便取消信号,从设备发出“回答”信号一段时间后也自动取消,双方都无需确认自己的信号是否被对方接收到
- 半互锁方式
- 主设备发出“请求”信号,并只有当受到来自对方的“回答”信号后才取消信号;从设备发出“回答”信号后不用确认对方收到,过一段时间自动取消
- 全互锁方式
- 主设备同上;从设备发出“回答”信号,并等待主设备的“请求”信号撤销,只有在该信号撤销后才取消自己发出的“回答”信号
- 不互锁方式
-
总线仲裁整理 📅 2023-09-29 ✅ 2023-09-29