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系统总线基础认知

作者:课课家教育     来源: http://www.kokojia.com点击数:953发布时间: 2017-04-10 08:00:36

标签: 计算机硬件基础网络工程师网络规划设计师

  总线系统是指微型计算机各部件之间传送信息的通道

  由于同一类型总线插槽上的引脚信号有严格定义,因此,外部插卡插入任意一个同类型的扩展插槽中都能正常工作。系统总线上的各种信号连接到扩展插槽上,当接口卡(插卡)插入插槽后,各种信号就接入插卡

  总线系统的工作简单地说就是在总线控制器的作用下,通过总线设备接口控制、管理连接在总线上的设备使用总线。

     一.总线的概念

  在计算机系统中,不同的子系统必须具有连接彼此的接口,比如,内存和处理器需要通信,处理器和I/O设备也需要通信。这些工作都是由总线来完成的。总线就是一条共享的通信链路,它用一套线路来连接多个子系统。

  总线结构的两个主要优点是功能多和成本低。通过定义一种连接方案,就能够方便的添加新设备,比如我们可以轻松的为自己的笔记本扩展内存条,或者外扩一块硬盘。外围设备也可以在使用同类总线的计算机系统之间移动。而且,因为同一套线路被多个路径共享,所以总线具有较好的成本效益。

  总线的主要缺点在于它会产生通信瓶颈,这可能会限制I/O的最大吞吐量。当I/O数据传输必须通过单个总线的时候,这条总线的带宽就会限制I/O的最大吞吐量。如何设计总线系统,使之能够满足处理器的要求并能够接纳大量的I/O设备,使我们面临的一大挑战。

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  二.控制线路和数据线路

  总线通常包括一套控制线路和一套数据线路。控制线路用来传输请求和确认信号,并指出数据线上的信息类型。总线的数据线在源和目的之间传递信息。这种信息可能包括数据、复杂指令或者地址。比如,如果磁盘要把磁盘扇区中的数据写入内存,内存的地址和磁盘的实际数据都会通过数据线来传输。控制总线则指明了在传输过程中每一刻数据线包含的信息种类。一些总线使用两套信号线在一次总线传输中分别传送数据和地址。不管哪种情况下,控制总线都要遵循总线协议,并指出总线传输的内容。由于总线的共享的,所以我们还需要一个协议来决定谁下一个使用。下面是电工简单实用的控制线路图:

总线通常包括一套控制线路和一套数据线路。控制线路用来传输请求和确认信号,并指出数据线上的信息类型。总线的数据线在源和目的之间传递信息。这种信息可能包括数据、复杂指令或者地址。比如,如果磁盘要把磁盘扇区中的数据写入内存,内存的地址和磁盘的实际数据都会通过数据线来传输。控制总线则指明了在传输过程中每一刻数据线包含的信息种类。一些总线使用两套信号线在一次总线传输中分别传送数据和地址。不管哪种情况下,控制总线都要遵循总线协议,并指出总线传输的内容。由于总线的共享的,所以我们还需要一个协议来决定谁下一个使用。

  三.处理器-内存总线和I/O总线

  对于传统的PC机,总线可以分为处理器-内存总线和I/O总线。处理器内存总线长度短,速度通常很高,而且配合内存系统使内存-处理器的带宽达到最大。与之形成对比的I/O总线,它可以很长,可以连接很多类型的设备,并且经常要连接多种具有不同数据带宽的设备。I/O总线一般不和内存直接连接而是通过处理器-内存总线或者背板总线连接到内存上。

  I/O总线被用作扩展机器和连接新外设的手段。主流的I/O总线标准有1394和USB等。他们可以把各种外设连接到台式机,从键盘、相机到磁盘。

  四.总线通信的两种方式:同步和异步

  总线的通信的两种基本方式是同步和异步。如果总线是同步的,控制线上就有一个时钟以及一个与该时钟相关的固定的通信协议。比如,为了使处理器-内存总线执行一个从内存总线执行一个读操作。我们需要一个协议能够在第一个时钟周期传输地址和读操作命令,并使用控制线来指明请求的类型。内存可能被要求在第五个时钟周期做出响应,提供数据字。

总线的通信的两种基本方式是同步和异步。如果总线是同步的,控制线上就有一个时钟以及一个与该时钟相关的固定的通信协议。比如,为了使处理器-内存总线执行一个从内存总线执行一个读操作。我们需要一个协议能够在第一个时钟周期传输地址和读操作命令,并使用控制线来指明请求的类型。内存可能被要求在第五个时钟周期做出响应,提供数据字。

  PXI的本地总线与VXI的本地总线相似,起到了相邻模块之间数据通信的桥梁作用,它包含左右各13条信号线,可实现菊花链式的总线连接。参考时钟为一路10MHz基准频率信号,可为多个模块提供工作同步所需的时钟基准。触发总线由8条触发线组成,可实现异步和同步触发。星形触发信号线含12跳线,由设置在邻近系统模块2号槽的星形触发控制器发出,接至其他各模块实现对模块工作的控制。PXI可利用PCI—PCI桥接技术进行系统扩展。扩展时须采用一定的桥接器模块,这样在两个PXI机箱内各安装一个桥接器模块,即可连成一个整体设备。这个设备只有一个主设备内装有系统控制器模块,另一个则没有控制器

  同步总线主要有两个缺点。第一,总线上的每个设备必须运行在同一个时钟频率下。其次,由于时钟偏差问题,速度很快的同步总线,长度不能太大。处理器-内存总线通常是同步的,因为设备间通信的距离短,数量少,而且准备在快的时钟频率下工作。

  异步总线不需要时钟。正因为不需要时钟,所以异步总线可以适应很多不同的设备,异步总线可以延长而不用担心时钟偏差或其他同步问题。1394和USB都是异步总线。为了协调发送者和接受者之间的数据传输,异步总线采用握手协议。握手协议由一系列步骤组成,只有当发送者和接收者达成一致时,才能进行下一步工作。这种协议通过一套附加的控制线路实现的。

   由老师来总结一下设备使用总线的具体过程

  ·首先,设备发出总线使用请求,并等待获得总线使用权;

  ·总线控制器根据使用总线的规则,对该请求给出应答,表明该设备可以使用总线;

  ·设备在得到应答以后,就开始使用总线进行数据交换;

  ·数据交换完成以后,设备将发出撤销使用总线的请求,表示设备本次使用总线完毕;

  ·总线控制器在接收到撤销使用总线的请求信号后,收回总线使用权,使总线处于释放状态,然后发出总线撤销使用应答信号;

  ·总线撤销使用应答信号发出以后,总线进入空闲状态,可以接受新的请求。

   更多详细内容,尽在课课家教育,我们期待您的提问!

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