1.总线基本概念

1.1.总线的特点

1.共享：总线可以连接多个部件

2.分时：同一时刻只允许一个部件向总线发送信息（但可以有多个部件接收信息）

1.2.总线的特性

传输方向指的是数据流动的方向（CPU通过地址总线单向将地址传输到主存/硬盘，通过数据总线双向传输数据）

有效的电平范围：高低电平有效范围（例：低电平为0 - 0.5V，高电平为4 - 5V，其他电压无效）

1.3.总线的分类

1.按数据传输格式：串行（每次只能传输1个bit）/并行（每次可以传输多个bit）

2.按总线功能：

①片内总线：CPU内部的数据通路

②系统总线：计算机内部（CPU、内存和I/O间）的数据通路

A.数据总线（Data Bus）：传输指令和操作数。位数与机器字长（相等时，一次传输的数据刚好是一个字）和存储字长（相等时，每次读/写只需进行一次传输）有关。双向

B.地址总线（Address Bus）：传输地址。位数与存储空间大小和设备数量有关。单向

C.控制总线（Control Bus）：传输控制信息。一根控制线传输一个信号。对于单根控制线来说，是单向传输；对于单个部件来说，单向/双向

③通信总线：计算机之间（主机A和主机B）的数据通路

1.4.系统总线的结构

越靠近CPU的总线速度越快

1.单总线结构：需要向上兼容速度快的部件（CPU），也要向下兼容速度慢的I/O设备

2.双总线结构：通道通过I/O总线连接I/O设备，解决CPU和I/O设备速度差异大的问题

3.三总线结构：将CPU所需要的数据通过DMA总线读入主存，再从主存中读取。但是，同一时刻只能有一条总线工作，效率也因此降低

1.5.总线的性能指标

1.总线的传输周期/总线周期：一次总线操作所需的时间（传输一组数据的时间）

设一组数据总线宽度为32bit，一个总线周期可通过该数据总线传输32bit数据

①申请阶段：总线仲裁，是否将总线分配给某个设备使用

②寻址阶段：主设备通过地址总线将想要进行读/写的地址传输给从设备

③传输阶段：主设备通过数据总线将从设备的指定地址中读/写数据

④结束阶段：释放总线使用权

2.总线的时钟周期：即机器的时钟周期

3.总线的工作频率：总线周期的倒数（一秒传输几次数据）

4.总线的时钟频率：时钟周期的倒数

5.总线宽度/总线位宽：总线上同时能传输的数据位数（通常指数据总线的根数）

6.总线带宽：单位时间总线上传输数据的位数（总线工作频率 * 总线宽度）（总线宽度/总线周期）

7.总线复用：同一种信号线可以在不同时间传输不同信息

8.信号线数：数据总线 + 地址总线 + 控制总线 = 信号线数

2.总线的事务和定时

1.同步定时方式

①当主设备和从设备速度差异较大，从设备可能无法跟上在特定时间内完成读/取操作→所接部件存取时间接近

②可靠性差：可能没有多余时间进行数据检验→适用总线长度短（出错概率低）

2.异步定时方式

①主设备请求信号：地址信息、读命令；从设备发出回答信号：数据

②三种异步定时方式：

A.不互锁：信号的撤销不受到对方的制约

B.半互锁：请求的撤销受到回答的制约（回答了才撤销）；回答的撤销不受到请求的制约

C.全互锁：请求和回答都受到对方的制约

3.半同步通信：根据Wait信号动态调节统一时钟节拍（同步和异步思想结合）

4.分离式通信：利用从设备准备数据（总线空闲）的时间将总线分配给其他设备