總線(xiàn)標準與層次結構

計算機部件要具有通用性，適應不同系統與不同用戶(hù)的需求，設計必須模塊化。計算機部件產(chǎn)品(模塊)供應出現多元化。模塊之間的聯(lián)接關(guān)系要標準化，使模塊具有通用性。模塊設計必須基于一種大多數廠(chǎng)商認可的模塊聯(lián)接關(guān)系，即一種總線(xiàn)標準。

總線(xiàn)的標準
總線(xiàn)是一類(lèi)信號線(xiàn)的集合是模塊間傳輸信息的公共通道，通過(guò)它，計算機各部件間可進(jìn)行各種數據和命令的傳送。
為使不同供應商的產(chǎn)品間能夠互換，給用戶(hù)更多的選擇，總線(xiàn)的技術(shù)規范要標準化。
總線(xiàn)的標準制定要經(jīng)周密考慮，要有嚴格的規定。
總線(xiàn)標準（技術(shù)規范）包括以下幾部分：
機械結構規范：模塊尺寸、總線(xiàn)插頭、總線(xiàn)接插件以及按裝尺寸均有統一規定。
功能規范：總線(xiàn)每條信號線(xiàn)（引腳的名稱(chēng)）、功能以及工作過(guò)程要有統一規定。
電氣規范：總線(xiàn)每條信號線(xiàn)的有效電平、動(dòng)態(tài)轉換時(shí)間、負載能力等。

總線(xiàn)的發(fā)展情況
S-100總線(xiàn)：產(chǎn)生于1975年，第一個(gè)標準化總線(xiàn)，為微計算機技術(shù)發(fā)展起到了推動(dòng)作用。
IBM-PC個(gè)人計算機采用總線(xiàn)結構（Industry Standard Architecture, ISA)并成為工業(yè)化的標準。先后出現8位ISA總線(xiàn)、16位ISA總線(xiàn)以及后來(lái)兼容廠(chǎng)商推出的EISA（Extended ISA)32位ISA總線(xiàn)。
為了適應微處理器性能的提高及I/O模塊更高吞吐率的要求，出現了VL-Bus(VESA Local Bus)和PCI(Peripheral Component Interconnect,PCI）總線(xiàn)。
適合小型化要求的PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)總線(xiàn)，用于筆記本計算機的功能擴展。

總線(xiàn)的指標
計算機主機性能迅速提高,各功能模塊性能也要相應提高,這對總線(xiàn)性能提出更高的要求?？偩€(xiàn)主要技術(shù)指標有幾方面：
總線(xiàn)寬度：一次操作可以傳輸的數據位數，如S100為8位，ISA為16位，EISA為32位，PCI-2可達64位?？偩€(xiàn)寬度不會(huì )超過(guò)微處理器外部數據總線(xiàn)的寬度。
總數工作頻率：總線(xiàn)信號中有一個(gè)CLK時(shí)鐘，CLK越高每秒鐘傳輸的數據量越大。ISA、EISA為8MHz，PCI為33.3MHz, PCI-2可達達66.6MHz。
單個(gè)數據傳輸周期：不同的傳輸方式，每個(gè)數據傳輸所用CLK周期數不同。ISA要2個(gè)，PCI用1個(gè)CLK周期。這決定總線(xiàn)最高數據傳輸率。

總線(xiàn)的分類(lèi)與層次
系統總線(xiàn)：是微處理器芯片對外引線(xiàn)信號的延伸或映射，是微處理器與片外存儲器及I/0接口傳輸信息的通路。系統總線(xiàn)信號按功能可分為三類(lèi)：
地址總線(xiàn)（Where）：指出數據的來(lái)源與去向。地址總線(xiàn)的位數決定了存儲空間的大小。
系統總線(xiàn)：
數據總線(xiàn)（What）提供模塊間傳輸數據的路徑，數據總線(xiàn)的位數決定微處理器結構的復雜度及總體性能。
控制總線(xiàn)（When）：提供系統操作所必需的控制信號，對操作過(guò)程進(jìn)行控制與定時(shí)。
擴充總線(xiàn)：亦稱(chēng)設備總線(xiàn)，用于系統I/O擴充。與系統總線(xiàn)工作頻率不同，經(jīng)接口電路對系統總統信號緩沖、變換、隔離，進(jìn)行不同層次的操作（ISA、EISA、MCA)
局部總線(xiàn)：擴充總線(xiàn)不能滿(mǎn)足高性能設備（圖形、視頻、網(wǎng)絡(luò )）接口的要求，在系統總線(xiàn)與擴充總線(xiàn)之間插入一層總線(xiàn)。由于它經(jīng)橋接器與系統總線(xiàn)直接相連，因此稱(chēng)之為局部總線(xiàn)（PCI）。

總線(xiàn)層次結構

總線(xiàn)操作

總線(xiàn)一個(gè)操作過(guò)程是完成兩個(gè)模塊之間傳送信息，啟動(dòng)操作過(guò)程的是主模塊，另外一個(gè)是從模塊。某一時(shí)刻總線(xiàn)上只能有一個(gè)主模塊占用總線(xiàn)。
總線(xiàn)的操作步驟：
主模塊申請總線(xiàn)控制權，總線(xiàn)控制器進(jìn)行裁決。

總線(xiàn)的操作步驟：
主模塊得到總線(xiàn)控制權后尋址從模塊，從模塊確認后進(jìn)行數據傳送。
數據傳送的錯誤檢查。
總線(xiàn)定時(shí)協(xié)議：定時(shí)協(xié)議可保證數據傳輸的雙方操作同步，傳輸正確。定時(shí)協(xié)議有三種類(lèi)型：

同步總線(xiàn)定時(shí)：總線(xiàn)上的所有模塊共用同一時(shí)鐘脈沖進(jìn)行操作過(guò)程的控制。各模塊的所有動(dòng)作的產(chǎn)生均在時(shí)鐘周期的開(kāi)始，多數動(dòng)作在一個(gè)時(shí)鐘周期中完成。
異步總線(xiàn)定時(shí)：操作的發(fā)生由源或目的模塊的特定信號來(lái)確定?？偩€(xiàn)上一個(gè)事件發(fā)生取決前一事件的發(fā)生，雙方相互提供聯(lián)絡(luò )信號。
總線(xiàn)定時(shí)協(xié)議
半同步總線(xiàn)定時(shí)：總線(xiàn)上各操作的時(shí)間間隔可以不同，但必須是時(shí)鐘周期的整數倍，信號的出現,采樣與結束仍以公共時(shí)鐘為基準。ISA總線(xiàn)采用此定時(shí)方法。
數據傳輸類(lèi)型：分單周方式和突發(fā)(burst)方式。
單周期方式：一個(gè)總線(xiàn)周期只傳送一個(gè)數據。
數據傳輸類(lèi)型：
突發(fā)方式：取得主線(xiàn)控制權后進(jìn)行多個(gè)數據的傳輸。尋址時(shí)給出目的地首地址，訪(fǎng)問(wèn)第一個(gè)數據，數據2、3到數據n的地址在首地址基礎上按一定規則自動(dòng)尋址（如自動(dòng)加1）。

總線(xiàn)仲裁
基本概念
總線(xiàn)上可以連接多個(gè)主模塊，它們均可占用總線(xiàn)傳送數據。當出現多個(gè)主模塊申請占用總線(xiàn)時(shí)，要進(jìn)行仲裁，將總線(xiàn)控制權交給一個(gè)主模塊?？偩€(xiàn)仲裁的主要方法有分布式仲裁與集中式仲裁兩種方法。
菊花鏈式分布串行總線(xiàn)仲裁：每個(gè)主模塊包含有總線(xiàn)控制邏輯，多個(gè)主模塊分享總線(xiàn)。
所有主模塊總線(xiàn)請求“線(xiàn)或”在一起，CPU響應信號級聯(lián)傳播，占用總線(xiàn)的模塊發(fā)出忙信號。此方法優(yōu)先級排定，靈活性差。
集中式并行總線(xiàn)仲裁
有一個(gè)集中的總線(xiàn)仲裁邏輯，各主模塊的請求及響應信號獨立。仲裁邏輯進(jìn)行優(yōu)先級判斷，可有不同的仲裁策略。