一、 总线的基本概念
定义：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质
计算机部件的互联方式：
- 分散连接
- 总线连接
区分认识 双总线、单总线，如下图
ps：单总线容易发生冲突，需要设置总线 判优逻辑
二、 总线的分类
从不同的角度有很多不同的分类
按 部件不同，主要分类如下：
- 片内总线
- 系统总线
- 通信总线
1、 片内总线
指芯片内部的总线（如：CPU芯片内部）
2、 系统总线
按系统总线 传输信息的不同，再分类:
-
数据总线
用来传输各功能部件之间的数据信息，属于双向传输总线
-
地址总线
主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据再主存单元的地址或I/O设备的地址，单向传输
-
控制总线
发出各种控制信号的传输线，使各部件能再不同始课占有总线使用权
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
按传输方式分为两种
- 串行通信：数据在
单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送 - 并行通信：数据在
多条1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地
比较：并行通信适宜近距离；串行通信适宜远距离。
三、 总线特性及性能指标
1、 总线特性
物理上来看，总线由许多导线直接印刷在电路板上，延伸到各个部件
特性：机械特性、电气特性、功能特性、时间特性
（1）机械特性：总现在机械连接方式上的一些性能
（2）电气特性：总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围
（3）功能特性：总线中每根传输线的功能
（4）时间特性：总线中任意一根线在什么时间内有效
2、 总线性能指标
- 总线宽度
- 总线带宽
- 时钟同步/异步
- 总线复用
- 信号线数
- 总线控制方式
- 其他指标（负载能力、电源电压等）
几种流行的微型计算机总线性能：
3、 总线标准
所谓总线标准，可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。
目前流行的总线标准如下：
- ISA总线：不支持多台主设备系统
- EISA总线：ISA总线的扩充开放，一种具有智能化的总线，支持多个总线控制器和突发方式
- VESA（VL-BUS）总线：局部总线标准（指在系统外为两个以上模块提供的高速传输信息通道）
- PCI总线：由于图形用户接口、多媒体技术在PC的发展，导致之前的总线标准不够用，进而产生
- AGP总线：由于多媒体计算机的普及，之前的总线标准不够用，进而产生
- RS-232C总线：串行通信总线标准
- USB总线：通用串行总线
四、总线结构
总线结构通常分为单总线结构和多总线结构
1、单总线结构
-
结构简单，也便于扩充，但所有的传送都通过这组共享总线，因此很容易形成计算机系统的瓶颈。
-
不允许两个以上的部件在同一时刻向总线传输信息，影响系统工作效率的提高
2、多总线结构
（1）双总线
双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构。
如果将速率不同的I/O设备进行分类，然后将它们链接在不同的通道上，那么计算机系统的工作效率将会更高，由此发展了多总线结构。
五、总线控制
什么时候由哪个部件发送信息，如何给信息传送定时，如何防止信息丢失……这一系列问题都需要由总线控制器统一管理。
其主要包括判优控制（又称仲裁逻辑）和通信控制。
1、总线判优控制
总线上所连接的各类设备，按照对总线有无控制权，分为
- 主设备：可以控制总线，通过总线发出命令
- 从设备：不能控制总线，只能相应主设备发来的总线命令
一个矛盾问题：若同时有多个主设备需要使用总线，那么究竟哪个设备可以使用呢？
解决办法：总线控制器的判优、仲裁逻辑按照一定的优先等级顺序确定
总线判优控制：
- 集中式：控制逻辑集中在一处
- 链式查询：只需要很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且很容易扩充设备，但对电路故障很敏感，且优先级别低的设备可能很难获得请求。
- 计数器定时查询：对电路故障不如链式查询方式敏感，但增加了控制线（设备地址）数，控制也较复杂。
- 独立请求方式：响应速度快，优先次序控制灵活（可以通过程序改变），但控制线数量多，总线控制更复杂。
- 分布式：控制逻辑分散在总线连接的各个部件或设备上
2、总线通信控制
众多部件共享总线，
在争夺总线使用权时，应按各部件的优先等级来解决；
在通信时间上，应按分时方法来处理。
总线周期：完成一次总线操作的时间，分为以下4个阶段。
- 申请分配阶段：由需要使用总线的主模块（主设备）提出申请，经总线仲裁机构决定下一传输周期的总线使用权授予某一申请者
- 寻址阶段：取得了使用权的模块通过总线发出本次要访问从模块（或从设备）的地址及有关命令，启动参与本次传输的从模块
- 传数阶段：主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块发出，经数据总线流入目的模块
- 结束阶段：主模块的有关信息均从系统总线上撤出，让出总线使用权
总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，乙级通信双方如何协调如何配合。
通常用四种方式：1、同步通信 2、异步通信 3、半同步通信 4、分离式通信
（1）同步通信
定义：通信双方由统一时标控制数据传送。
优点：规定明确、统一，模块间的配合简单一致。
缺点：主、从模块时间配合属于强制性“同步“，必须在限定时间内完成规定的要求，公共时钟的设计必须按最慢速度的部件来，严重影响总线的工作效率，也给设计带来了局限性，缺乏灵活性。
（2）异步通信
定义：异步通信克服了同步通信的缺点，允许各模块速度的不一致，给设计者充分的灵活性和选择的余地。
特点：不适用公共的时钟标准，而是应答方式（又称握手方式）。
异步通信的应答方式又分：1、不互锁 2、半互锁 3、全互锁
异步通信可用于并行传送或穿行传送
异步串行通信的数据传送速率用波特率来衡量。
（3）半同步通信
半同步通信 既保留了同步通信的基本特点，又像异步通信那样，允许不同速度的模块和谐地工作。
为此，增设了一条“等待“（WAIT）响应信号线，采用插入时钟（等待）周期的措施来协调通信双方的配合问题。
半同步通信适用于系统工作速度不高但又包含了许多工作速度差异较大的各类设备组成的简单系统。
（4）分离式通信
对于系统总线而言，从模块内部读数据的过程并无实质性的信息传输，总线纯属空闲等待。
为了克服和利用这种消极等待，出现了分离式通信。
基本思想：
- 将一个传输周期分解为两个子周期
- 第一个周期：主模块A获得总线使用权，将信息发送给从模块B，随即直接断掉总线控制权
- 第二个周期：当B模块收到A模块发来的有关命令后，经过若干处理操作，申请总线使用权，把信息发送给A模块
特点：
- 每个模块都变成了主模块
- 各模块欲占用总线使用权都必须提出申请
- 得到总线使用权之后，主模块在限定的时间内向对方传送信息，采用同步方式传送，不再等待对方的回答信号
- 各模块在准备数据的过程中都不占用总线，使总线可接受其他模块的请求
- 总线被占用时都在有效工作
这种控制比较复杂，普通微型计算机系统很少采用