總線 (1):總線結構和控制方式


參考鏈接:單總線和多總線的區別_Amao_come_on 的專欄-CSDN博客_單總線和雙總線的區別

 參考鏈接:計算機組成原理——總線控制(總線判優控制、總線通信控制)_小草dym的博客-CSDN博客_控制總線中常見的控制信號包括

總線:為各部件提供服務的信息傳輸線;各個部件共享的傳輸介質

 

總線的分類及功能:

一、片內總線和片外總線(一般總線代指的大多是片外總線):

  ·片內總線:芯片內部的總線:連接寄存器,算數邏輯部件,控制部件和總線接口的通道

  ·片外總線:芯片外部的總線,指芯片與其它外設的連接總線

 

 二、cpu總線,系統總線,外設總線

  • CPU總線:CPU總線是從CPU引腳上引出的連接線,用來實現CPU與外圍控制芯片和功能部件之間的連接。
  • 系統總線:系統總線也稱為I/O通道總線,用來與存儲器和擴充插槽上的各擴充板卡相連接。常見的系統總線有ISA、PCI、PCI-E等。系統總線是通過專用的邏輯電路的對CPU總線的信號在空間與時間上進行邏輯重組轉換而來
  • 外設總線:指計算機主機與外部設備(輸入輸出設備,外存儲器設備的統稱)接口的總線

 

三、數據總線、地址總線和控制總線

幾乎所有的總線都要傳輸三類信息:數據、地址和控制/狀態信號,相應地每一種總線都可認為是由數據總線、地址總線和控制總線構成。

  • ·數據總線(Data Bus):在各個部件/設備之間傳輸數據信息
  • ·地址總線(Address Bus):在CPU(或DMA控制器)與存儲器、I/O接口之間傳輸地址信息。
  • ·控制總線(Control Bus):用於在CPU(或DMA控制器)與存儲器、I/O接口之間傳輸控制和狀態信息。

DMA控制器:直接內存訪問控制器

 

 實際上總線是許多導線直接印制在電路板上的

 

四、總線的性能指標

  • 總線寬度:數據線的根數,用bit(位)表示
  • 標准傳輸率(總線帶寬):單位時間上總線傳輸數據的位數,單位用MBPs表示

   設總線工作頻率為f,總線寬度為d,總線帶寬為f*d

  總線帶寬的計算公式:BW = (W / 8) * f / 存取周期的時鍾數

  • 時鍾同步/異步

    同步總線:數據和時鍾工作同步

    異步總線:數據和時鍾不同步工作

  • 總線復用:一條信號線上分時傳送兩種信號
  • 信號線數:地址總線,數據總線和控制總線的總和
  • 總線控制方式:包括突發工作、自動配置、仲裁方式、邏輯方式、計數方式等
  • 負載能力

五、總線結構

1.單總線結構:計算機的各個部件均由系統總線相連,在單總線結構中,CPU與主存之間,CPU與I/O設備之間,各種設備之間都通過系統總線交換信息。優點是控制簡單方便,擴充方便。但由於所有設備部件均掛在單一總線上,使這種結構只能分時工作,即同一時刻只能在兩個設備之間傳送數據,這就使系統總體數據傳輸的效率和速度受到限制,這是單總線結構 的主要缺點

 

 

2.雙總線結構

 

 

3.三總線結構

 

 

 

四總線結構:

 


 

 總線控制

1.基本概念

  • 主設備  對總線有控制權
  • 從設備 相應從主設備發來的總線命令
  • 總線判優控制  

一、鏈式查詢方式

注:數據線是兩通信設備之間進行數據傳輸的通道,地址線是通信時進行定位的;圖中所有的I/O接口都是主設備,通過BR向總線控制部件發出總線占用請求,總線控制部件通過BG逐個,查詢確定發出請求的I/O接口,將總線使用權交給它,然后該接口通過BS將總線狀態設置為總線忙。

 

在查詢鏈中離總線控制器最近的部件具有最高優先權,離總線控制器越遠,優先權越低。

鏈式查詢通過接口的優先權排隊電路實現

  • 優點:結構簡單,運用在簡單的嵌入式中
  • 缺點:速度慢,需要一直向下查詢,對電路故障特別敏感

 

二、計數器定時查詢方式

 

計數器的初值可用程序設置,方便地改變優先次序。這種靈活性以增加控制線數為代價的。

如果計數器的初值是從0開始,各部件的優先次序與鏈式查詢法相同。

如果從中止點開始,各部件的優先次序相等

相比於鏈式查詢,定時查詢少了BG線,但多了設備地址線,設備地址線的數目與設備數有關(一個二進制編碼對應一個設備);計數器從0開始計數,對應地址線訪問設備從0開始,每一次訪問若不是發出請求的設備,則計數器中數加一,直到最終找到。和鏈式查詢一樣,都是順尋查找的。

 

三、獨立請求方式

 

 

 工作原理:每一個設備都有一條請求線和同意線,若BG有效,則相應的設備獲得總線使用權。總線控制部件中有一個排隊器,用以實現對請求序列的排隊(優先級可靈活控制),對設備請求進行應答。

優點:相應時間快,對優先次序的控制相當靈活。

缺點:用的線數多

 


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