总线

发布时间:2024-03-14
又称元件级总线,是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如cpu模块)的信息传输通路。
(2) 内总线(internal bus, i-bus)
又称系统总线或板级总线,是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如cpu模块和存储器模块或i/o接口模块之间的传输通路。
(3) 外总线(external bus, e-bus)
又称通信总线,是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路,如eia rs-232c、ieee-488等。
其中的系统总线,即通常意义上所说的总线,一般又含有三种不同功能的总线,即数据总线db(data bus)、地址总线ab(address bus)和控制总线cb(control bus)。
有的系统中,数据总线和地址总线是复用的,即总线在某些时刻出现的信号表示数据而另一些时刻表示地址;而有的系统是分开的。51系列单片机的地址总线和数据总线是复用的,而一般pc中的总线则是分开的。
“数据总线db”用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线,即他既可以把cpu的数据传送到存储器或i/o接口等其它部件,也可以将其它部件的数据传送到cpu。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标,通常与微处理的字长相一致。例如intel 8086微处理器字长16位,其数据总线宽度也是16位。需要指出的是,数据的含义是广义的,它可以是真正的数据,也可以是指令代码或状态信息,有时甚至是一个控制信息,因此,在实际工作中,数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。
“地址总线ab”是专门用来传送地址的,由于地址只能从cpu传向外部存储器或i/o端口,所以地址总线总是单向三态的,这与数据总线不同。地址总线的位数决定了cpu可直接寻址的内存空间大小,比如8位微机的地址总线为16位,则其最大可寻址空间为2^16=64kb,16位微型机(个人觉得很有必要解释下x位处理器的意思:一个时钟周期内微处理器能处理的位数(1 、0)多少,即字长大小)的地址总线为20位,其可寻址空间为2^20=1mb。一般来说,若地址总线为n位,则可寻址空间为2^n字节。
“控制总线cb”用来传送控制信号和时序信号。控制信号中,有的是微处理器送往存储器和i/o接口电路的,如读/写信号,片选信号、中断响应信号等;也有是其它部件反馈给cpu的,比如:中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。因此,控制总线的传送方向由具体控制信号而定,一般是双向的,控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于cpu。
按照传输数据的方式划分,可以分为串行总线和并行总线。串行总线中,二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件;并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有spi、i2c、usb及rs232等。
按照时钟信号是否独立,可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据,而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。spi、i2c是同步串行总线,rs232采用异步串行总线。◆ 计算机中的总线a.主板的总线
在计算机科学技术中,人们常常以mhz表示的速度来描述总线频率。计算机总线的种类很多,前端总线的英文名字是front side bus,通常用fsb表示,是将cpu连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由cpu和北桥芯片共同决定的。
b.硬盘的总线
一般有scsi、ata、sata等几种。sata是串行ata的缩写,为什么要使用串行ata就要从pata——并行ata的缺点说起。我们知道ata或者说普通ide硬盘的数据线最初就是40根的排线,这40根线里面有数据线、时钟线、控制线、地线,其中32根数据线是并行传输的(一个时钟周期可以同时传输4个字节的数据),因此对同步性的要求很高。这就是为什么从pata-66(就是常说的dma66)接口开始必须使用80根的硬盘数据线,其实增加的这40根全是屏蔽用的地线,而且只在主板一边接地(千万不要接反了,反了的话屏蔽作用大大降低),有了良好的屏蔽硬盘的传输速度才能达到66mb/s、100mb/s和最高的133mb/s。但是在pata-133之后,并行传输速度已经到了极限,而且pata的三大缺点暴露无遗:信号线长度无法延长、信号同步性难以保持、5v信号线耗电较大。那为什么scsi-320接口的数据线能达到320mb/s的高速、而且线缆可以很长呢?你有没有注意到scsi的高速数据线是“花线”?这可不是为了好看,那“花”的部分实际上就是一组组的差分信号线两两扭合而成,这成本可不是普通电脑系统愿意承担的。
c.其他的总线
计算机中其他的总线还有:通用串行总线usb(universal serial bus)、ieee1394、pci等等。◆总线的主要技术指标1、总线的带宽(总线数据传输速率)
总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量,即每钞钟传送mb的最大稳态数据传输率。与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率,它们之间的关系:
总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/8
2、总线的位宽
总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数,或数据总线的位数,即32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽,每秒钟数据传输率越大,总线的带宽越宽。
3、总线的工作频率
总线的工作时钟频率以mhz为单位,工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越宽。总线的合理搭配主板北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件,并和南桥芯片连接。cpu就是通过前端总线(fsb)连接到北桥芯片,进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。前端总线是cpu和外界交换数据的最主要通道,因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大,如果没足够快的前端总线,再强的cpu也不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率,即数据带宽=(总线频率×数据位宽)÷8。目前pc机上所能达到的前端总线频率有266mhz、333mhz、400mhz、533mhz、800mhz几种,前端总线频率越大,代表着cpu与北桥芯片之间的数据传输能力越大,更能充分发挥出cpu的功能。现在的cpu技术发展很快,运算速度提高很快,而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给cpu,较低的前端总线将无法供给足够的数据给cpu,这样就限制了cpu性能得发挥,成为系统瓶颈。[2]总线的操作总线一个操作过程是完成两个模块之间传送信息,启动操作过程的是主模块,另外一个是从模块。某一时刻总线上只能有一个主模块占用总线。
总线的操作步骤:
主模块申请总线控制权,总线控制器进行裁决。
总线的操作步骤:
主模块得到总线控制权后寻址从模块,从模块确认后进行数据传送。
数据传送的错误检查。
总线定时协议:定时协议可保证数据传输的双方操作同步,传输正确。定时协议有三种类型:
同步总线定时:总线上的所有模块共用同一时钟脉冲进行操作过程的控制。各模块的所有动作的产生均在时钟周期的开始,多数动作在一个时钟周期中完成。
异步总线定时:操作的发生由源或目的模块的特定信号来确定。总线上一个事件发生取决前一事件的发生,双方相互提供联络信号。
总线定时协议
半同步总线定时:总线上各操作的时间间隔可以不同,但必须是时钟周期的整数倍,信号的出现,采样与结束仍以公共时钟为基准。isa总线采用此定时方法。
数据传输类型:分单周方式和突发(burst)方式。
单周期方式:一个总线周期只传送一个数据。
数据传输类型:
突发方式:取得主线控制权后进行多个数据的传输。寻址时给出目的地首地址,访问第一个数据,数据2、3到数据n的地址在首地址基础上按一定规则自动寻址(如自动加1)。总线的标准总线是一类信号线的集合是模块间传输信息的公共通道,通过它,计算机各部件间可进行各种数据和命令的传送。
为使不同供应商的产品间能够互换,给用户更多的选择,总线的技术规范要标准化。
总线的标准制定要经周密考虑,要有严格的规定。
总线标准(技术规范)包括以下几部分:
机械结构规范:模块尺寸、总线插头、总线接插件以及安装尺寸均有统一规定。
功能规范:总线每条信号线(引脚的名称)、功能以及工作过程要有统一规定。
电气规范:总线每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力等。总线的优缺点采用总线结构的主要优点
 1、简化了硬件的设计。便于采用模块化结构设计方法,面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作cpu插件、存储器插件以及i/o插件等,将它们连入总线就可工作,而不必考虑总线的详细操作。
2、简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少,底板连线可以印制化。
3、系统扩充性好。一是规模扩充,规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充,功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件,插件插入机器的位置往往没有严格的限制。
4、系统更新性能好。因为cpu、存储器、i/o借口等都是按总线规约挂到总线上的,因而只要总线设计恰当,可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件,新的插件插到底板上对系统进行更新,其他插件和底板连线一般不需要改。
5、便
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