总线的基本概念
一、为什么要用总线
分散连接存在的问题：
1.内部的连线复杂
2.新增IO设备困难
二、什么是总线
总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质
三、总线上信息的传送
串行：所谓的串行就是将要传输的信息一位一位的放在总线上，接收方一位一位的进行接收，支持距离长
并行：需要多条数据线进行传输，数据能同步进行传输，如果传输距离长，线与线之间并行传输，传输信号可能会发生变形，接收方很难接收到正确信号
四、总线结构
1.单总线结构
所有数据在同一条总线上传输，会发生总线争用问题
2.面向CPU双总线结构
向CPU延生出两条总线，IO总线和M总线，M总线连接主存。
存在问题：一旦IO总线和M总线同时向CPU发送数据，CPU的计算任务还是会被打断。
3.以存储器为中心的双总线结构
从贮存延生两条总线，一条连接系统总线（包括IO设备接口和CPU），一条存储总线连接CPU。
3.2总线的分类
1.片内总线（芯片内部的总线）
2.系统总线（计算机各部件之间的信息）
1.数据总线
双向与机器字长、存储字长有关。通常情况下，总线宽度<=机器字长或存储字长
2.地址总线
单向与存储地址、IO地址有关
3.控制总线
有出 有入：存储器读、存储器写，总线允许、中断确认（都是由CPU向外送）
3.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
并行通信总线
3.3总线特性及性能指标
总线特性
机械特性
尺寸、形状、管脚数以及排列顺序
电气特性
传输方向和有效的电平范围
功能特性
每根传输线的功能
时间特性
信号的时序关系
总线的性能指标
总线宽度： 数据线的根数
标准传输率：每秒传输的最大字节数（如MBps）
时钟同步/异步：同步还是不同步
总线复用： 地址线与数据线复用（如8086）
信号线数： 地址线、数据线和控制线的综合
总线控制方式： 突发、自动、仲裁、逻辑、计数
其他指标： 负载能力
3.4总线结构
单总线结构
将所有设备都连接在一条总线（系统总线）上
多总线结构
分为主存总线与IO总线，通过通道（具有特殊功能的处理器，由通道对IO统一管理）进行连接
主存总线
连接CPU和主存
IO总线
连接各种IO设备
三总线结构
结构一：
分为主存总线、IO总线、DMA总线（直接存储器访问）。
主存总线连接CPU与主存。
IO总线连接CPU与IO接口。
DMA总线连接主存与IO接口。
结构二：
分为局部总线、系统总线、扩展总线。
局部总线连接CPU和Cache与局部IO控制器。
系统总线连接主存与扩展总线接口。
扩展总线连接局域网、SCSI、扩展总线接口、Modem、串行接口
四总线结构
分为局部总线、系统总线、高速总线、扩展总线。
局部总线连接CPU和Cache/桥。
系统总线连接主存与Cache/桥。
高速总线连接SCSI、图形、多媒体、局域网、Cache/桥和扩展总线接口。
扩展总线连接FAX、扩展总线接口、Modem、串行接口。
传统微型机总线结构
分为系统总线和IO总线
系统总线通过33MHz的32位数据通路连接CPU和主存控制器与存储器。
系统总线通过标准总线控制器与IO总线相连。
IO总线通过8MHz的16位数据通路连接SCSI II控制器、多媒体、高速局域网、高性能图形、Modem等。
VL-BUS局部总线结构
分为系统总线、VL-BUS总线、IO总线
系统总线连接CPU和主存控制器与存储器并延生一条线连接局部总线控制器和VL-BUS总线。
VL-BUS总线（高速总线）通过33MHz的32位数据通路连接标准总线控制器、SCSI II控制器、多媒体、高速局域网、高性能图形等。
IO总线通过8MHz的16位数据通路连接标准总线控制器、图文传真、Modem等
PCI总线结构
分为系统总线、PCI总线、IO总线
系统总线连接CPU、存储器和PCI桥
PCI总线通过33MHz的32位数据通路连接标准总线控制器、SCSI II控制器、多媒体、高速局域网、高性能图形等。
IO总线通过8MHz的16位数据通路连接标准总线控制器、图文传真、Modem等
多层PCI总线结构
分为存储器总线与各种桥电路
3.5总线控制
如何完成通信过程，保证通信过程的准确性，这就是总线控制
总线判优控制
基本概念
主设备（模块）：对总线由控制权
从设备（模块）：相应从主设备发来的总线命令（有些设备既可以作为主设备也可以作为从设备）
总线判优控制：
集中式（总线控制部件集中在一起）：
链式查询方式：
数据线：用于信息交换过程数据的传输
地址线：主设备与从设备进行数据传输要通过地址总线
BR：所有线通过这条发送总线占用请求
BS：某个设备占用了总线通过这条线告诉其他部件总线忙
BG： 总线授权线
注意：有一条总线出现故障，后面的电路均无法使用总线
计时器定时查询方式：
通过BR发送总线占用请求，总线控制部件收到请求后，通过设备地址向外传输响应。再通过计数器向IO接口进行查询是否提出了总线占用请求。最后通过BS进行应答。
这种方式优先级确定非常灵活。
独立请求方式：
在总线控制部件中有排队器进行优先级控制
分布式：
总线通信控制
目的：解决通信双方协同配合问题
总线传输周期
申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定
寻址阶段：主模块向从模块给出地址和命令
传数阶段：主模块和从模块交换数据
结束阶段：主模块撤销有关信息
总线通信的四种方式
同步通信：由统一时标控制数据传送
异步通信：采用应答方式，没有公告时钟标准
半同步通信：同步、异步结合
同步： 发送方用系统时钟前沿发信号
接收方用系统时钟后延判断、识别
异步：允许不同速度的模块和谐工作
增加一条“等待”响应信号
上述三种通信的共同点：
一个总线传输周期（以输入数据为例）
- 主模块发地址、命令 占用总线
- 从模块准备数据 不占用总线（此时总线空闲，对总线资源是一种浪费）
- 从模块向主模块发数据 占用总线
分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的最大效能
一个总线传输周期
子周期1 主模块申请占用总线，使用完后即放弃总线的使用权
子周期2 从模块申请占用总线，将各种信息送至总线上
分离式通信特点：
- 各模块有权申请占用总线
- 采用同步方式通信，不等对方回答
- 各模块准备数据时，不占用总线
- 总线被占用时，无空闲
说明：以上图片与内容均在中国大学MOOC刘教授（刘宏伟）的网课下的总结与摘录
