3.2总线的分类

一、根据总线的位置

片内总线——芯片内部的总线

系统总线——计算机各部件之间的信息传输线
根据系统总线上传输的信号类型不同可分为：
数据总线：双向与机器字长、存储字长有关
地址总线：单向与存储地址、I/O地址有关
控制总线：有出、有入

【通常情况下，总线宽度≤机器字长/存储字长】
【由CPU或主设备发出，通常情况下，地址总线的条数和地址单元的个数相关，例：地址总线的宽度和MAR寄存器的宽度一致】
【向系统的各个部件传输控制信号，或系统的各个部件把自己的状态向外传输告诉主设备，告诉CPU】【出：存储器读、存储器写、总线允许、中断确认；入：中断请求、总线请求】

通信总线——用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信

【传输方式：串行通信总线；并行通讯总线】

3.3总线的特性及性能指标

一、总线物理实现

主板=总线，主板上留有接口，其他部件或模块可以通过接口连接在主板上

为了实现插板与总线的有效连接，总线需要有一些特性

二、总线特性

三、总线的性能指标

1、总线宽度：数据线的根数

总线数据线的根数越多，同时传输的数据的位数就越多，总线的性能就越好

2、标准传输率：每秒传输的最大字节数（MBps）
3、时钟同步/异步：同步、不同步
4、总线复用：地址线与数据线复用

例：8086中进行了总线复用（20个地址线中16条同时作为数据线使用，在数据传输时，CPU先给出地址，传输至MAR之后，其中16条地址线同时作为数据线从MDR中获取数据，进行数据传输）主要是为了减少芯片的管脚数，管脚数减少，芯片的封装体系就减小了，管脚数量对芯片大小的影响是非常大的

5、信号线数：地址线、数据线和控制线的总和
6、总线控制方式：突发、自动、仲裁、逻辑、技术
7、其他指标：负载能力

四、总线标准

当前计算机的生产是由不同厂家生产不同的计算机模块或主板，然后将其拼接在主板上，因此需要设置总线标准，使得不同模块能够搭载在同一主板上进行拼装

3.4 总线结构

一、单总线结构

二、多总线结构

1、双总线结构

通道有自己的控制器和指令系统，通道能够执行一些简单的指令，执行通道程序；
通道的程序一般由操作系统来编写，可查阅IDM资料/体系结构教材中对通道的介绍

2、三总线结构

DMA：直接存储器访问（外部设备直接访问系统内存）
其中可以有多个高速外设连接在DMA上

3、三总线结构的又一形式

由于CPU发展迅速，而内存发展缓慢，因此在CPU和内存之间加入小容量、高速度的cache，对主存中的数据进行缓存，CPU运行过程中所需的指令和数据主要是从cache中进行获取，局部总线就将CPU和cache连接起来了
局部I/O控制器可以连接一些高速的I/O设备
系统总线通过扩展总线接口连接了一条扩展总线，各种类型的设备都可以连接在扩展总线上，这种方式解决了I/O设备的问题，外部设备的数据可以通过扩展总线传输给扩展总线接口，然后再传输给系统总线
缺点：多种类型的外部设备都连接在扩展总线上，会影响外部设备的工作速度

4、四总线结构

桥电路扩展出高速总线，高速设备可以连接在高速总线上，低速设备可以连接在扩展总线上
该结构将高速设备和低速设备区分开，使数据传输速率更高

三、总线结构举例

系统总线和I/O总线做了分离

3.5 总线控制

1、总线判优控制：多个设备可能同时向总线发出占用总线的请求，哪个设备来使用总线呢？
2、总线通信控制：设备占用总线之后，如何完成通讯过程，保证信息准确度

一、总线判优控制

1、基本概念

根据是否能提出总线请求，可讲总线设备分为两类

主设备（模块）对总线有控制权，可以提出总线占用申请，在占用总线之后，可以控制和另外一台设备之间进行的通信过程从设备（模块）
响应从主设备发来的总线命令，本身不能对总线进行控制，也不能提出总线的占用请求，只能响应从总线发出的总线命令

计算机中，有些设备既可以是主设备，也可以是从设备；有些主线可以有多个主设备，有些主线只能有一个主设备

集中式：将总线的判优逻辑集中在一个部件上
分布式：将判优逻辑分布在各个部件或各个部件的端口上

2、链式查询方式

总线控制部件是集中在一起的；
数据总线：用于信息交换过程中数据的传输；
地址总线：主设备占用了总线之后要和从设备之间进行数据传输，要通过地址总线找到要通讯的从设备
BR：总线请求；所有的主设备都是通过BR发出总线请求
BS：总线忙；如果某个设备占用了总线的控制权，就通过总线忙这条线告诉总线控制部件或其他部件总线忙
BG：授权线；

优先级特点：由BG逐一查询请求发出的设备，因此优先级与BG查询的顺序强相关，优先级较低的接口提出的占用请求可能一直都不会得到应答

缺点：对电路故障特别敏感，尤其是BG，在向下传送过程中若遇到了电路故障无法向下传，那么之后的设备就再也无法获得总线的使用权
优点：结构简单、增删设备非常容易、优先级的算法简单、进行可靠性设计时比较容易实现（如BS、BG设置两条线，防止故障发生）

一般用在微型计算机或简单的嵌入式系统中

3、计数器定时查询方式

数据线用于数据传输、地址线用于从设备查找
设备地址：设备地址中传输的地址是由一个计数器给出的，通过这个地址查找某一个设备是否发出了总线的占有请求
BR：总线请求
BS：总线忙
计数器的值通过设备地址这条线向外输出
优点：优先级确定灵活（循环优先级；定值设置改变优先级顺序）

4、独立请求方式

前两种都是按顺序进行查找，导致速度缓慢

任何一个I/O接口都增加了BR（请求信号）和BG（应答信号）哪一个BG有效，该接口就占用了总线的使用权
优先级的排队是在总线控制部件内部进行的
优先级的设定：预定的优先级方式；自适应的方式，哪些设备在工作中比较重要；循环方式；混合方式

多个部件同时发出总线控制请求，BR同时将请求送到总线控制控制部件中，通过优先级的排队后，会对某个设备的请求进行应答，获得应答的设备就可以占用总线

二、总线通信控制

1、目的解决通信双方协调配合问题

2、总线传输周期

3、总线通信的四种方式

同步通信：要有一个定宽定距的时标来控制数据传送的过程，每一个操作，每一个信号的给出都是在固定的时间点由时标进行控制
异步通信：采用应答方式，主设备发出请求，从设备给出应答信号，再进行信号传输
半同步通信：解决不同速度的两个模块（设备）之间进行通信的问题，同步、异步结合
分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力，让系统总线发挥最大的潜能

应用在总线长度比较短、

不互锁：通信的可靠性有问题
半互锁：有可能造成请求信号一直保持高平状态