總線標準與層次結構

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

總線的標準
總線是一類信號線的集合是模塊間傳輸信息的公共通道，通過它，計算機各部件間可進行各種數(shù)據(jù)和命令的傳送。
為使不同供應商的產品間能夠互換，給用戶更多的選擇，總線的技術規(guī)范要標準化。
總線的標準制定要經周密考慮，要有嚴格的規(guī)定。
總線標準（技術規(guī)范）包括以下幾部分：
機械結構規(guī)范：模塊尺寸、總線插頭、總線接插件以及按裝尺寸均有統(tǒng)一規(guī)定。
功能規(guī)范：總線每條信號線（引腳的名稱）、功能以及工作過程要有統(tǒng)一規(guī)定。
電氣規(guī)范：總線每條信號線的有效電平、動態(tài)轉換時間、負載能力等。

總線的發(fā)展情況
S-100總線：產生于1975年，第一個標準化總線，為微計算機技術發(fā)展起到了推動作用。
IBM-PC個人計算機采用總線結構（Industry Standard Architecture, ISA)并成為工業(yè)化的標準。先后出現(xiàn)8位ISA總線、16位ISA總線以及后來兼容廠商推出的EISA（Extended ISA)32位ISA總線。
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(xiàn)了VL-Bus(VESA Local Bus)和PCI(Peripheral Component Interconnect,PCI）總線。
適合小型化要求的PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)總線，用于筆記本計算機的功能擴展。

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

總線的分類與層次
系統(tǒng)總線：是微處理器芯片對外引線信號的延伸或映射，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(tǒng)總線信號按功能可分為三類：
地址總線（Where）：指出數(shù)據(jù)的來源與去向。地址總線的位數(shù)決定了存儲空間的大小。
系統(tǒng)總線：
數(shù)據(jù)總線（What）提供模塊間傳輸數(shù)據(jù)的路徑，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定微處理器結構的復雜度及總體性能。
控制總線（When）：提供系統(tǒng)操作所必需的控制信號，對操作過程進行控制與定時。
擴充總線：亦稱設備總線，用于系統(tǒng)I/O擴充。與系統(tǒng)總線工作頻率不同，經接口電路對系統(tǒng)總統(tǒng)信號緩沖、變換、隔離，進行不同層次的操作（ISA、EISA、MCA)
局部總線：擴充總線不能滿足高性能設備（圖形、視頻、網(wǎng)絡）接口的要求，在系統(tǒng)總線與擴充總線之間插入一層總線。由于它經橋接器與系統(tǒng)總線直接相連，因此稱之為局部總線（PCI）。

總線層次結構

總線操作

總線一個操作過程是完成兩個模塊之間傳送信息，啟動操作過程的是主模塊，另外一個是從模塊。某一時刻總線上只能有一個主模塊占用總線。
總線的操作步驟：
主模塊申請總線控制權，總線控制器進行裁決。

總線的操作步驟：
主模塊得到總線控制權后尋址從模塊，從模塊確認后進行數(shù)據(jù)傳送。
數(shù)據(jù)傳送的錯誤檢查。
總線定時協(xié)議：定時協(xié)議可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p方操作同步，傳輸正確。定時協(xié)議有三種類型：

同步總線定時：總線上的所有模塊共用同一時鐘脈沖進行操作過程的控制。各模塊的所有動作的產生均在時鐘周期的開始，多數(shù)動作在一個時鐘周期中完成。
異步總線定時：操作的發(fā)生由源或目的模塊的特定信號來確定。總線上一個事件發(fā)生取決前一事件的發(fā)生，雙方相互提供聯(lián)絡信號。
總線定時協(xié)議
半同步總線定時：總線上各操作的時間間隔可以不同，但必須是時鐘周期的整數(shù)倍，信號的出現(xiàn),采樣與結束仍以公共時鐘為基準。ISA總線采用此定時方法。
數(shù)據(jù)傳輸類型：分單周方式和突發(fā)(burst)方式。
單周期方式：一個總線周期只傳送一個數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸類型：
突發(fā)方式：取得主線控制權后進行多個數(shù)據(jù)的傳輸。尋址時給出目的地首地址，訪問第一個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)2、3到數(shù)據(jù)n的地址在首地址基礎上按一定規(guī)則自動尋址（如自動加1）。

總線仲裁
基本概念
總線上可以連接多個主模塊，它們均可占用總線傳送數(shù)據(jù)。當出現(xiàn)多個主模塊申請占用總線時，要進行仲裁，將總線控制權交給一個主模塊?？偩€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仲裁：每個主模塊包含有總線控制邏輯，多個主模塊分享總線。
所有主模塊總線請求“線或”在一起，CPU響應信號級聯(lián)傳播，占用總線的模塊發(fā)出忙信號。此方法優(yōu)先級排定，靈活性差。
集中式并行總線仲裁
有一個集中的總線仲裁邏輯，各主模塊的請求及響應信號獨立。仲裁邏輯進行優(yōu)先級判斷，可有不同的仲裁策略。