總線概述
爲了解決I/O設備和主機之間連接的靈活性問題,計算機的結構從分散連接發展爲總線連接。
1.總線的定義
總線是一組能爲多個部件分時共享的公共信息傳遞線路;分時是指同一時刻只允許有一個部件向總線發送信息;共享是指總線上可以掛接多個部件,各個部件之間相互交換的信息都可以通過這組線路分時共享,同一時刻只允許有一個部件向總線發送信息,但多個部件可以同時從總線上接收相同的信息。
2.總線設備
主設備:指獲得總線控制權的設備
從設備:被主設備訪問的設備,只能響應從主設備發來的各種總線命令
3.總線特性
指機械特徵(尺寸,形狀)電氣特性(傳輸方向和有效的電平範圍),功能特性(每根傳輸線的功能)和時間特性(信號和時序的關係)
4.總線的猝發傳輸方式
在一個總線週期內傳輸存儲地址連續的多個數據字的總線方式叫猝發傳送。
5.總線的分類
1)片內總線
是芯片內部的總線,它是CPU芯片內部寄存器與寄存器之間,寄存器與ALU之間的公共連接線
2)系統總線
是計算機系統內各功能部件(CPU,主存,I/O接口)之間相互連接的總線。
按系統總線傳輸信息內容的不同,分:
- 數據總線:用來傳輸各功能部件之間的數據信息,雙向傳輸總線,其位數與機器字長,存儲字長有關
- 地址總線:用來指出數據總線上的源數據或目的數據所在的主存單元或I/O端口的地址,單向傳輸總線,地址總線的位數與主存地址空間的大小有關。
- 控制總線:傳輸的是控制信息,包括CPU送出的控制命令和主存返回CPU的反饋信號
3)通信總線
用與計算機系統之間或計算機系統與其他系統(如遠程通信設備,測試設備)之間信息傳送的總線,也稱外部總線。
6.系統總線的結構
1)單總線結構
單總線結構將CPU,主存,I/o設備都掛在一組總線上,運行I/o設備之間,I/O設備與主存之間直接交換信息;CPU與主存,CPu與外設之間可以直接進行信息交換,而無需經過中間設備的干預
優點:結構簡單,成本低,易於接入新的設備;缺點:帶寬低,負載重,多個部件只能爭用唯一的總線,且不支持併發傳送操作
2)雙總線結構
雙總線結構有兩條總線,一條是主存總線,用於CPU,主存和通道之間進行數據傳送;另一條是I/O總線,用於多個外部設備與通道之間進行數據傳送。
優點:將較低速的I/O設備從單總線上分離出來,實現存儲器總線和I/O總線分離。缺點:需要增加通道等硬件設備。
3)三總線結構
三總線結構是在計算機系統各部件之間採用3條各自獨立的總線來構成信息通路,分別爲主存總線,I/O總線和直接內存訪問DMA總線。主存總線用於CPU和內存之間傳送地址,數據和控制信息;I/O總線用於CPU和各類外設之間通信。DMA總線用於內存和高速外設之間直接傳送數據。
優點:提高I/O設備的性能,使其更快的響應命令,提高系統吞吐量。缺點:系統工作效率低
7.總線的性能指標
- 傳輸週期:一次總線操作所需的時間(包括申請階段,尋址階段,傳輸階段和結束階段)通常由若干個總線時鐘週期構成
- 時鐘週期:即機器的時鐘週期。
- 工作頻率:總線上各種操作的頻率,爲總線週期的倒數;
- 時鐘頻率:即機器的時鐘頻率
- 寬度:又稱總線位寬,它是總線上同時能夠傳輸的數據位數,通常指數據總線的根數。
- 帶寬:總線的數據傳輸率,即單位時間內總線上可傳輸數據的位數
- 複用:指一種信號線在不同的時間傳輸不同的信息。可以使用較少的線傳輸更多的信息,節省空間和成本
- 信號線路:地址總線,數據總線和控制總線三種總線數的總和。
總線帶寬=總線寬度*總線頻率