【计算机组成原理】总线（三）—— 总线操作和定时

总线操作和定时

占用总线的一堆设备如何进行数据传输？—— 这涉及到总线操作和定时。

一、总线传输的四个阶段

总线周期的四个阶段

1）申请分配阶段：由需要使用总线的主模块（或主设备）提出申请，经总线仲裁机构决定将下一传输周期的总线使用权授予某一申请者。也可将此阶段细分为传输请求和总线仲裁两个阶段。

2）寻址阶段：获得使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块的地址及有关命令，启动参与本次传输的从模块。

3）传输阶段：主模块和从模块进行数据交换，可单向或双向进行数据传送。
4）结束阶段：主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。

二、总线定时

总线定时是指总线在双方交换数据的过程中需要时间上配合关系的控制，这种控制称为总线定时，它的实质是一种协议或规则。

1. 同步定时方式(同步通信)

同步定时方式是指总线控制器采用一个统一的时钟信号来协调发送和接收双方的传送定时关系。

若干个时钟产生相等的时间间隔，每个间隔构成一个总线周期。

在一个总线周期中，发送方和接收方可进行一次数据传送。
因为采用统一的时钟，每个部件或设备发送或接收信息都在固定的总线传送周期中，一个总线的传送周期结束，下一个总线传送周期开始。

优点：传送速度快，具有较高的传输速率；总线控制逻辑简单。

缺点：主从设备属于强制性同步；不能及时进行数据通信的有效性检验，可靠性较差。 同步通信适用于总线长度较短及总线所接部件的存取时间比较接近的系统。

2.异步定时方式(异步通信)

在异步定时方式中，没有统一的时钟，也没有固定的时间间隔，完全依靠传送双方相互制约的“握手”信号来实现定时控制。

主设备提出交换信息的“请求”信号，经接口传送到从设备；从设备接到主设备的请求后，通过接口向主设备发出“回答”信号。

根据“请求”和“回答”信号的撤销是否互锁，分为以下3种类型。 
1）不互锁方式
2）半互锁方式
3）全互锁方式
1
2
3
4

• 优点：总线周期长度可变，能保证两个工作速度相差很大的部件或设备之间可靠地进行信息交换，自动适应时间的配合。
• 缺点：比同步控制方式稍复杂一些，速度比同步定时方式慢。

3. 半同步通信

半同步通信：统一时钟的基础上，增加一个**“等待”响应信号**$\overline{WAIT}$

4. 分离式通信

上述三种通信的共同点，一个总线传输周期（以输入数据为例）

• 主模块发地址 、命令 【使用总线】
• 从模块准备数据 【不使用总线 总线空闲 】
• 从模块向主模块发数据 【使用总线】

分离式通信的一个总线传输周期

特点：

1. 各模块均有权申请占用总线
2. 采用同步方式通信，不等对方回答
3. 各模块准备数据时，不占用总线
4. 总线利用率提高

三、总线标准

总线标准是国际上公布或推荐的互连各个模块的标准，它是把各种不同的模块组成计算机系统时必须遵 守的规范。按总线标准设计的接口可视为通用接口，在接口的两端，任何一方只需根据总线标准的要求完成自身方面的功能要求，而无须了解对方接口的要求。

根据总线在计算机系统中的位置，可分为

• 系统总线：通常与CPU直接相连，用于连接CPU与北桥芯片、或CPU与主存等
• 局部总线：没有直接与CPU连接，通常是连接高速的北桥芯片，用于连接了很多重要的硬件部件（如显 卡、声卡等）
• 设备总线、通信总线：通常由南桥芯片控制，用于连接计算机与计算机，或连接计算机与外部I/O设备