总线

1. 总线概述

1.1 总线的概念和分类

是一组能为多个部件分时共享信息的公共传送线路 每条传输线传输一位二进制代码，若干条构成一组总线

分时：

同一时刻只允许有一个部件向总线发送信息

多个部件分别在不同的时段向总线发送信息

共享：

总线上可以挂接多个部件，各部件都可以通过这组线路交换信息

根据连接各个功能模块信号的含义， 被分成数据、地址和控制等功能组，

**数据总线：**传输数据信息

双向总线；

位数与机器字长、存储字长有关

**地址总线：**指出数据所在的主存单元或IO端口的地址

单向总线

位数与主存地址空间大小有关

**控制总线：**传输控制信息

CPU送出的控制命令、主存或外设返回给CPU的反馈信号

1.2 总线的组成和结构

信号线：连接各个功能模块

总线控制器：管理总线

1.总线系统的资源分配与管理

2.提供总线定时信号脉冲

3.负责总线使用权的仲裁

4.负责实现不同总线协议的转换 和不同总线之间传输数据的缓冲

1.2.1 单总线结构

便于增删IO设备 多部件都要占用总线时，发生冲突，需要判断优先级

1.2.2 双总线结构

以CPU为核心： 便于增删IO设备 IO设备与主存交换信息时，占用CPU，影响CPU效率

以存储器为核心： M总线速度高，减轻了系统总线负担 IO设备与主存交换信息无需经过CPU 需要的布线空间大

1.2.3 三总线结构

IO总线、主存总线、DMA总线 提高了IO设备的性能，提升系统吞吐量 布线量大

2. 总线传输周期

简称总线周期，一次总线操作所需的时间

**申请阶段：**总线仲裁阶段 主设备提出申请，并经由仲裁电路授权使用总线的过程

**寻址阶段：**地址、命令阶段 主设备往总线上发地址信号和命令信号

**传输阶段：**数据传输阶段 主从设备进行数据交换，可能单向（写）或双向（读）

**结束阶段：**撤销状态阶段 主从设备撤销总线上的信号，让出总线使用权

2.1 总线仲裁

同一时刻，总线只允许一个功能模块成为主控设备， 为了避免多模块争用总线，必须要有总线仲裁电路

仲裁方法：

集中仲裁：集中处理总线请求信号，确定主控设备

• 并行仲裁（独立请求方式）
• 串行仲裁（链式查询方式）

​ 优缺点：模块化程度高，电路简单；可靠性差

分布式仲裁：仲裁处理分布在各总线设备中

优缺点：单个总线设备故障，不影响其它设备；电路复杂