计组-总线设计

总线（Bus）概念

总线是主机为了解决不同可更换设备之间的通信问题而产生的，计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。

总线分类

总线可以根据不同的特征进行不同的分类：

机械特性：尺寸，形状，管脚数量，排列顺序。
电气特性：传输方向（单向 or 双向）和有效的电平范围（0 - 0.5 低电平 0.5 - 1 V 高电平）
功能特性：地址总线，数据总线，控制总线。
时间特性：信号和时序的关系。

以及下图：

数据传输格式：里面串行总线和并行总线的区别就是同时传输数据的位数，串行总线一次传输一位数，并行总线一次可以传输多位数。

总线的功能：主要内容看下图。

总线结构

总线的结构：总线的结构设计分为单总线设计，双总线设计，三总线设计。当然这里的单总线指的是每种总线（数据总线，控制总线，地址总线）只有一根。

单总线结构，就是最基本的总线：

双总线结构，将 CPU 与主存的总线和 IO 总线分离开来，高速的用一根，低速的用一根，从而提高整体的效率。

注意里面的通道是一个小控制器，它有自己的控制系统，负责控制 IO 和内存之间的交互。

三总线结构，思路还是将不同的速度分级，从而提高整体的速度。这里多出来的就是 DMA 总线，也就是 Direct Memory Access 直接内存访问总线。将 IO 里面速度较快的部分（硬盘）单独和内存使用总线连接，提高硬盘速度。

总线性能指标

总线带宽：也就是总线的数据传输速率，单位时间内总线上可传送数据的速率。

总线复用：有些总线是将地址总线和数据总线放在一起复用。

总线仲裁

因为在同一时间之内只能由一个设备控制总线发出信号，同一时间内只能由一个或多个设备接收总线的信号。

所以当多个设备想要向总线发送信号的时候，就需要决定哪个设备来使用总线，这便是总线仲裁。

集中仲裁

指的是使用一个单独的仲裁器，用它来决定谁获取总线的使用权限。当一个设备正在使用总线的时候，发出 BS 总线忙信号，仲裁器停止分配总线。当没有总线忙信号并且有设备正在请求总线的时候，发出 BG 总线允许信号，需要总线的设备接收到 BG 信号之后，开始使用总线并发出 BS 总线忙信号。这就是集中仲裁的基本原型。