总线¶
总线功能与概述¶
总线 在连接的功能部件之间进行数据传输,同一时刻仅允许一个功能部件向总线发送数据(通过三态门控制),允许多个功能部件同时接收数据. 各功能部件分时共享总线.
双向总线与单向总线 通过三态门控制可以实现总线传输方向的控制
- (a)中
EN=1的时候A可向B发送数据,而B不可以向A发送数据 - (b)中 \(EN_{AB}=1\) 的时候A可向B发送数据, \(EN_{BA}=1\) 的时候B可以向A发送数据
- 半双工传输
总线的分类
- 按传输方向 单向和双向传输总线
- 按时序控制方式 同步与异步总线
- 同步总线采用公共时钟进行同步
- 异步总线采用应答机制进行同步
- 按信息线的功能 数据总线,地址总线,控制总线
- 按信息的传输模式 串行总线与并行总线
- 按在计算机系统中的位置 片内总线,系统总线,I/O总线,外部总线
总线的性能指标
- 总线宽度 数据总线的根数,用bit为单位,在并行总线中总线宽度直接觉得了可以并行传输的数据位数
- 总线时钟频率 总线时钟周期的倒数. 同步传输总线,时钟频率越快,传输速率越快
- 总线传输周期 一次总线操作完成所需要的时间. 包含申请阶段,寻址阶段,传输阶段和结束阶段
- 如果采用地址复用技术,会增加总线周期
- 通常一个总线周期只能传输一个总线宽度的数据
- 单时钟传输次数 一个总线时钟周期内传输数据的次数,通常该值为1
- DRR技术在时钟上升\下降沿分别传输一次,则该值为2
- QDR技术该值为4,AGPx8该值为8
- 总线工作的实际频率=总线时钟频率 x 单次时钟传输次数
- 总线带宽 总线上的最大数据传输速率 单位为(\(MBps,GBps\))
- 同步总线带宽 = 总线宽度 x 总线时钟频率 x 单次时钟传输次数
- 总线负载能力 总线上能够同时连接的设备总数
总线的组成¶
- 总线控制器 负载总线控制权的仲裁以及总线资源的分配与管理
- 总线接口 总线与各个连接的功能部件之间的物理与逻辑界面,负责各项功能
总线复用技术 一组传输线具有多种作用,典型的案例为地址总线与数据总线共用\DRAM的行列复用技术. 分时传输不同类型的信息.
总线设备分类 按照是否拥有总线控制权可以分为主设备与从设备
- 主设备 拥有总线控制权并主动进行总线传输控制的设备
- 主设备是主动发起总线传输,而从设备只能被动响应
- 主从设备间的数据传输是双向的
- 同一时刻只允许一个主设备控制总线
- 从设备 被主设备寻址访问的设备
总线传输机制¶
总线传输过程 请求阶段,寻址阶段,传输阶段和结束阶段
总线事务 总线上一对主从设备之间的一次信息交换过程 典型的总线事务有 存储器读,存储器写,I/O读,I/O写,中断响应,DMA响应, 通常包含一个寻址阶段和一个传输阶段.
突发(猝发)传送事务 由一个寻址阶段与多个传输阶段组成,在数据传输阶段传输多个连续单元的数据. 每个总线周期仍然只能传输一个计算机字长的信息,但不释放总线,直到一组消息全部发送完毕后才释放总线.
总线定时¶
总线定时问题 规定具体总线事务的每一个步骤,总线上的每一个信息,何时开始何时结束.
同步定时 主从设备在统一的总线时钟控制下进行信息传输
- 主从设备的操作在时间点上是固定的,不同的总线事务在不同的节拍进行什么操作都是事先协商好的. - 优点为 主从设备协调简单,传输速率高
- 缺点 传输速率取决于最慢的设备;存在同步误差,总线不能太长;可靠性不高
异步定时 主从设备不需要统一的时钟信号,而是采用握手协议来进行异步通信.
按照请求和应答信号的建立与撤销是否相互依赖分为三种
- 非互锁方式 请求信号与应答信号均自动撤销,只有一次握手.
- 存在可靠性问题
- 半互锁方式 请求信号的撤销依赖于应答信号,应答信号则是自动撤销
- 可靠性较高
- 全互锁方式 需要3次握手(类似于TCP)
- 可靠性最高
半同步定时 在异步总线中引入时钟信号,规定握手信号总在时钟触发时采样
分离事务通信方式 利用从设备准备数据的时间处理其他总线事务
- 主设备从设备发出读请求信好,给出地址和请求命令
- 从设备进行应答,主设备立刻释放总线控制权
- 从设备准备数据,总线用于处处理其余总线事务
- 从设备准备好数据后, 作为主设备重新申请使用总线
- 源主设备从总线接受数据