概述 链接到标题

组成 链接到标题

有多条通信线路（线缆）组成，其功能是完成计算机中各设备之间的信息传输

  • 总线上的设备可以分为主设备和从设备。在任一时刻，只有一
  • 各个部件分时复用，公用性 个主设备可以主动发送信号，其它设备只能被动接收

优点 链接到标题

  • 扩展性好，便于构建系统
  • 便于产品更新换代(与上面的一样)
  • 减少部件间连线的数量，可靠性大大提高(即相当于一个中心化的器件)

分类 链接到标题

所在位置 链接到标题

  • 片内总线
  • 系统内总线(插板内)
  • 系统外总线(包括U盘等外接设备)

总线功能 链接到标题

  • 地址总线
  • 数据总线
  • 控制总线

数据结构 链接到标题

  • 并行总线(然后又可以根据时序进行分类)
    • 同步
    • 半同步
    • 异步
  • 串行总线(同理时序分类)
    • 同步
    • 异步

性能指标 链接到标题

  • 时钟频率
  • 总线宽度:单次并行传输的数据位数，一般与DB一样
  • 总线速率:每秒能传输数据的最大次数
  • 总线同步方式：同步or异步
  • 总线驱动(负载)能力
  • 总线带宽：每秒传输的字节数(B/s,MB/s,GB/s等,1GB/s=$10^3$MB/s), $$ \text{总线带宽}=\frac{\text{总线速率}\times\text{总线宽度}}{8} $$

总线带宽 链接到标题

$$ 总线带宽=\frac{总线速率\times 总线宽度}{8}=\frac{f_{\text{时钟}}\times\text{总线宽度}}{8\times\text{总线周期数}} $$

总线仲裁 链接到标题

  • 合理地控制盒管理系统中多个主模块的总线请求，以避免总线冲突。
  • 当多个主模块同时提出总线请求时，仲裁机构按一定的优先算法来确定谁获得对总线的使用权。

集中式 链接到标题

  • 采用专门的控制器或仲裁器
  • 总线控制器或仲裁器可以是独立的模块或集成在CPU中
  • 协议简单而有效，但总体系统性能较低

串行仲裁 链接到标题

各主控模块共用请求信号线BR，其优先级别由其在链式允许信号线上的位置决定.因此可扩充性强

并行仲裁 链接到标题

  • 各主控器有独立的总线请求BR、总线允许BG，互不影响
  • 其优先级别由总线仲裁器内部模块判定

混合仲裁 链接到标题

部分模块与总线构成串行仲裁，另外的构成并行仲裁

操作和时序 链接到标题

总线操作 链接到标题

通过总线进行信息交换的过程

总线周期 链接到标题

总线设备完成一次完整信息交换的时间

多主模块周期 链接到标题

  • 总线请求及仲裁阶段
  • 寻址阶段
  • 传输阶段
  • 结束阶段

单个主模块系统 链接到标题

只需要寻址和传数两个阶段

时序 链接到标题

同步时序 链接到标题

  • 系统使用同一时钟信号控制各模块完成数据传输
  • 一般一次读写操作可在一个或多个时钟周期内完成，时钟前、后沿分别指明总线操作周期的开始和结束
  • 地址、数据及读/写等控制信号可在时钟沿处改变

优点 链接到标题

  • 电路设计简单，
  • 总线带宽大，
  • 数据传输速率快

缺点 链接到标题

  • 时钟以最慢速设备为准，高速设备性能将受到影响；
  • 总线信号可能存在偏斜(也就是延迟)

半同步时序 链接到标题

  • 特点 同时使用主模块的时钟信号和从模块的联络信号
  • 优点 兼有同步总线的速度和异步总线的可靠性与适应性

异步时序 链接到标题

系统中可以没有统一的时钟源，模块之间依靠各种联络（握手）信号进行通信，以确定下一步的动作

优点 链接到标题

全互锁方式可靠性高，适应性强

缺点 链接到标题

控制复杂，交互的联络过程会影响系统工作速度

串行总线 链接到标题

  • 串行总线上的信息按位传输，
  • 通常只需1条（单工或半双工）或2条信号线（双工），外加一条公用地线；

分类(按传输方向) 链接到标题

  • 单工：信息只能单向传输
  • 半双工：信息可以双向传输，但不能同时进行
  • 全双工：信息可以双向传输，并且可以同时进行

传输速率 链接到标题

并行 链接到标题

用总线带宽来表示

串行 链接到标题

  • 波特率：每秒钟通信线路上最大的发送和接受次数
  • 比特率：每秒钟传输的比特数(二进制数据的位数)(比特率=波特率$\times$每个符号的比特数)

时序控制 链接到标题

同步串行 链接到标题

  • 传输信息的字节与字节之间、位与位之间均与时钟严格同步
  • 通常以数据块为基本单位进行传送

异步串行 链接到标题

  • 收发双方使用独立时钟源，以字符为基本单位
  • 在字符数据格式中设置起始位和停止位
  • 数据采用帧结构，帧内各位按固定时序和顺序传送，帧结构内包括：起始位、停止位、有效数据和校验
信息
所以接受方的频率要高于发送方的频率才可能保证不漏掉起始帧

奇偶校验 链接到标题

其实奇校验定义应该是这样的

信息
奇偶校验是指在数据传输过程中，为了检测数据传输的正确性，在数据中添加一个额外的位（称为校验位），使得整个数据的1的个数为奇数或偶数。
然后实际上我们可以这样理解
信息
奇校验是指发送的数据如果有偶个1则使能为1，否则为0；偶校验则相反

总线标准 链接到标题

  • 物理特性：定义了总线物理连接方式
  • 功能特性：描述了总线中每条线的功能
  • 电气特性：定义了每条线上信号的传递方向、有效电平
  • 时间特性：定义了每条线的信号什么时间有效，以及与其他线上的信号时序关系

分类 链接到标题

串行 链接到标题

  • USB

并行 链接到标题

片内AMBA总线 链接到标题

  • ARM公司提出的片上总线标准
  • 用于连接片上系统（SoC）中的各种模块
  • 简单、灵活、功耗小

PCI 链接到标题

  • 由PCI SIG组织制定的总线标准
  • 用于连接计算机内部的各种设备