总线 (1):总线结构和控制方式


参考链接:单总线和多总线的区别_Amao_come_on 的专栏-CSDN博客_单总线和双总线的区别

 参考链接:计算机组成原理——总线控制(总线判优控制、总线通信控制)_小草dym的博客-CSDN博客_控制总线中常见的控制信号包括

总线:为各部件提供服务的信息传输线;各个部件共享的传输介质

 

总线的分类及功能:

一、片内总线和片外总线(一般总线代指的大多是片外总线):

  ·片内总线:芯片内部的总线:连接寄存器,算数逻辑部件,控制部件和总线接口的通道

  ·片外总线:芯片外部的总线,指芯片与其它外设的连接总线

 

 二、cpu总线,系统总线,外设总线

  • CPU总线:CPU总线是从CPU引脚上引出的连接线,用来实现CPU与外围控制芯片和功能部件之间的连接。
  • 系统总线:系统总线也称为I/O通道总线,用来与存储器和扩充插槽上的各扩充板卡相连接。常见的系统总线有ISA、PCI、PCI-E等。系统总线是通过专用的逻辑电路的对CPU总线的信号在空间与时间上进行逻辑重组转换而来
  • 外设总线:指计算机主机与外部设备(输入输出设备,外存储器设备的统称)接口的总线

 

三、数据总线、地址总线和控制总线

几乎所有的总线都要传输三类信息:数据、地址和控制/状态信号,相应地每一种总线都可认为是由数据总线、地址总线和控制总线构成。

  • ·数据总线(Data Bus):在各个部件/设备之间传输数据信息
  • ·地址总线(Address Bus):在CPU(或DMA控制器)与存储器、I/O接口之间传输地址信息。
  • ·控制总线(Control Bus):用于在CPU(或DMA控制器)与存储器、I/O接口之间传输控制和状态信息。

DMA控制器:直接内存访问控制器

 

 实际上总线是许多导线直接印制在电路板上的

 

四、总线的性能指标

  • 总线宽度:数据线的根数,用bit(位)表示
  • 标准传输率(总线带宽):单位时间上总线传输数据的位数,单位用MBPs表示

   设总线工作频率为f,总线宽度为d,总线带宽为f*d

  总线带宽的计算公式:BW = (W / 8) * f / 存取周期的时钟数

  • 时钟同步/异步

    同步总线:数据和时钟工作同步

    异步总线:数据和时钟不同步工作

  • 总线复用:一条信号线上分时传送两种信号
  • 信号线数:地址总线,数据总线和控制总线的总和
  • 总线控制方式:包括突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等
  • 负载能力

五、总线结构

1.单总线结构:计算机的各个部件均由系统总线相连,在单总线结构中,CPU与主存之间,CPU与I/O设备之间,各种设备之间都通过系统总线交换信息。优点是控制简单方便,扩充方便。但由于所有设备部件均挂在单一总线上,使这种结构只能分时工作,即同一时刻只能在两个设备之间传送数据,这就使系统总体数据传输的效率和速度受到限制,这是单总线结构 的主要缺点

 

 

2.双总线结构

 

 

3.三总线结构

 

 

 

四总线结构:

 


 

 总线控制

1.基本概念

  • 主设备  对总线有控制权
  • 从设备 相应从主设备发来的总线命令
  • 总线判优控制  

一、链式查询方式

注:数据线是两通信设备之间进行数据传输的通道,地址线是通信时进行定位的;图中所有的I/O接口都是主设备,通过BR向总线控制部件发出总线占用请求,总线控制部件通过BG逐个,查询确定发出请求的I/O接口,将总线使用权交给它,然后该接口通过BS将总线状态设置为总线忙。

 

在查询链中离总线控制器最近的部件具有最高优先权,离总线控制器越远,优先权越低。

链式查询通过接口的优先权排队电路实现

  • 优点:结构简单,运用在简单的嵌入式中
  • 缺点:速度慢,需要一直向下查询,对电路故障特别敏感

 

二、计数器定时查询方式

 

计数器的初值可用程序设置,方便地改变优先次序。这种灵活性以增加控制线数为代价的。

如果计数器的初值是从0开始,各部件的优先次序与链式查询法相同。

如果从中止点开始,各部件的优先次序相等

相比于链式查询,定时查询少了BG线,但多了设备地址线,设备地址线的数目与设备数有关(一个二进制编码对应一个设备);计数器从0开始计数,对应地址线访问设备从0开始,每一次访问若不是发出请求的设备,则计数器中数加一,直到最终找到。和链式查询一样,都是顺寻查找的。

 

三、独立请求方式

 

 

 工作原理:每一个设备都有一条请求线和同意线,若BG有效,则相应的设备获得总线使用权。总线控制部件中有一个排队器,用以实现对请求序列的排队(优先级可灵活控制),对设备请求进行应答。

优点:相应时间快,对优先次序的控制相当灵活。

缺点:用的线数多

 


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