第六章 总线

总线概述

总线基本概念

• 分散连接：各部件之间使用单独的连线
• 总线连接：将各部件连到一组公共信息传输线上

总线是一组能为多个部件 分时共享 的公共信息传送线路

分时：指同一时刻只允许有一个部件向总线发送信息
共享：指总线上可以挂接多个部件，各个部件之间互相交换的信息都可通过这组线路分时共享，多个部件可同时从总线上接受相同的信息

总线设备分为 主设备 和 从设备

总线特性

1. 机械特性(尺寸、形状)
2. 电气特性(传输方向和有效的电平范围)
3. 功能特性(每根传输线的功能)
4. 时间特性(信号和时序的关系)

总线的分类

系统总线的结构

结构	组成	优点	缺点
单总线结构	一组总线	结构简单，成本低，易于接入新的设备	带宽低、负载重，多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作
双总线结构	主存总线 + I/O总线[1]	将低速I/O设备从单总线上分离出来，实现了存储器总线和I/O总线分离	需要增加通道等硬件设备
三总线结构	主存总线 + I/O总线 + 直接内存访问(DMA)总线[2]	提高了I/O设备的性能，使其更快地响应命令，提高系统吞吐量	系统工作效率较低
四总线结构*	可以理解为三总线 + 桥接器

[1] 主存总线用于在CPU、主存和通道之间传送数据；I/O总线用于多个外部设备与通道之间传送数据
[2] 主存总线用于在CPU和内存之间传送地址、数据和控制信息；I/O总线用于在CPU和各类外设之间通信；DMA总线用于在内存和高速外设之间直接传送数据

常见的总线标准^*

总线的性能指标

• 总线传输周期：一次总线操作所需的时间
• 总线时钟周期：机器的时钟周期
• 总线工作频率 ：总线周期的倒数
• 总线时钟频率 ：时钟周期的倒数
• 总线宽度：数据总线的根数
• 总线带宽：总线工作频率 × （总线宽度 * 8）
• 总线复用
• 信号线数：地址总线 + 数据总线 + 控制总线

总线事务和定时

总线事务

总线定时是指总线在双方交换数据的过程中需要时间上配合关系的控制

从请求总线到完成总线使用的操作序列称为总线事务

同步定时方式

异步定时方式