1. 总线根底
总线(Bus)是计算机各种功用部件之间传送信息的公共通讯干线,它是由导线组成的传输线束,依照计算机所传输的信息品种,计算机的总线能够区分为数据总线、地址总线和操控总线,别离用来传输数据、数据地址和操控信号。总线是一种内部结构,它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的共用通道,主机的各个部件经过总线相衔接,外部设备经过相应的接口电路再与总线相衔接,然后形成了计算机硬件体系。在计算机体系中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来衔接各个功用部件的。
2. 总线的作业原理
当总线闲暇(其他器材都以高阻态办法衔接在总线上)且一个器材要与意图器材通讯时,建议通讯的器材驱动总线,宣布地址和数据。其他以高阻态办法衔接在总线上的器材假如收到(或能够收到)与自己相符的地址信息后,即接纳总线上的数据。发送器材完结通讯,将总线让出(输出变为高阻态)。
3. 总线的分类
A. 按功用和规范分。
图1三类总线在微机体系中的方位和联系
(1) 片总线(Chip Bus, C-Bus) 又称元件级总线,是把各种不同的芯片衔接在一起构成特定功用模块(如CPU模块)的信息传输通路,它的宽度可所以8、16、32或64位。现在比较盛行的几种内部总线技能:I2C总线、SCI总线等。
(2) 内总线(Internal Bus, I-Bus) 又称体系总线或板级总线,是微机体系中各插件(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。常用的有PC总线、AT总线(ISA总线)、PCI总线等。
(3) 外总线(External Bus, E-Bus)
又称通讯总线,是微机体系之间或微机体系与其他体系(仪器、外表、操控设备等)之间信息传输的通路,如EIA RS-232C、IEEE-488等。
其间的体系总线,即一般意义上所说的总线,一般又含有三种不同功用的总线,即数据总线DB、地址总线AB和操控总线CB。有的体系中,数据总线和地址总线是复用的,即总线在某些时间呈现的信号表明数据而另一些时间表明地址;而有的体系是分隔的。51系列单片机的地址总线和数据总线是复用的,而一般PC中的总线则是分隔的。“数据总线DB”用于传送数据信息。数据总线是双向三态办法的总线,即他既能够把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其它部件,也能够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目标,一般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。需求指出的是,数据的意义是广义的,它可所以真实的数据,也可所以指令代码或状况信息,有时乃至是一个操控信息,因此,在实践作业中,数据总线上传送的并不一定只是是真实意义上的数据。“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。地址总线的位数决议了CPU可直接寻址的内存空间巨细,比方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(x位处理器指一个时钟周期内微处理器能处理的位数多少,即字长巨细)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。“操控总线CB”用来传送操控信号和时序信号。操控信号中,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、中止呼应信号等;也有是其它部件反馈给CPU的,比方:中止恳求信号、复位信号、总线恳求信号、设备安排妥当信号等。因此,操控总线的传送方向由具体操控信号而定,一般是双向的,操控总线的位数要根据体系的实践操控需求而定。实践上操控总线的具体情况首要取决于CPU。
B. 按传输数据的办法区分
能够分为串行总线和并行总线。串行总线中,二进制数据逐位经过一根数据线发送到意图器材;并行总线的数据线一般超越2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。常见并行总线有VME总线和PCI总线等。串行总线传输速度比并行快,并行总线的时钟一般为33MHz或66MHz。
C. 按时钟信号是否独立分
能够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。I2C总线、SPI总线、PCI总线、CPCI总线是同步串行总线,SCI总线、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI总线、VME总线、RS232选用异步串行总线。
4. 总线的首要技能目标
(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要素是总线的位宽和总线的作业频率,它们之间的联系:总线的带宽=总线的作业频率*总线的位宽/8 或许 总线的带宽=(总线的位宽/8 )/总线周期
(2)总线的位宽
总线的位宽指的是总线能一起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)总线的作业频率
总线的作业时钟频率以MHZ为单位,作业频率越高,总线作业速度越快,总线带宽越宽。
5. 总线的优缺点
选用总线结构的首要长处:
1、简化了硬件的规划。便于选用模块化结构规划办法,面向总线的微型计算机规划只需依照这些规则制造cpu插件、存储器插件以及I/O插件等,将它们连入总线就可作业,而不用考虑总线的具体操作。
2、简化了体系结构。整个体系结构明晰。连线少,底板连线能够印制化。
3、体系扩大性好。一是规划扩大,规划扩大只是需求多插一些同类型的插件。二是功用扩大,功用扩大只是需求依照总线规范规划新插件,插件刺进机器的方位往往没有严厉的约束。
4、体系更新性能好。由于cpu、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的,因此只需总线规划恰当,能够随时跟着处理器的芯片以及其他有关芯片的发展规划新的插件,新的插件插到底板上对体系进行更新,其他插件和底板连线一般不需求改。