總線技術(shù)學(xué)習(xí)初探

0引言

　　如果一座只能容一個(gè)人來(lái)往的獨(dú)木橋，兩端的人都想要過(guò)橋，為了不擁擠、阻塞，那我們就得采取有效的辦法。比如規(guī)定某段時(shí)間哪端的人過(guò)橋，另一端的人就等著該他過(guò)橋的時(shí)間段的到來(lái)，同時(shí)也還可以規(guī)定人多時(shí)要按先來(lái)后到或年齡長(zhǎng)幼的次序過(guò)橋。在這不經(jīng)意間，我們就體會(huì)到了現(xiàn)代電子信息數(shù)據(jù)通過(guò)總線按時(shí)分系統(tǒng)傳輸?shù)淖钤嫉乃枷搿?

　　現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展，特別是對(duì)于成本和空間而言，總線傳輸替代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸是目前發(fā)展的熱點(diǎn)，它的出現(xiàn)將給信息傳輸上提供了最大的方便和最有效的技術(shù)解決方案。假如一個(gè)微處理器與它的部件和外圍設(shè)備都分別用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線路來(lái)連接通訊，則所有連線將會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。

　　目前與我們生活習(xí)習(xí)相關(guān)的一系列活動(dòng)都無(wú)不牽涉到總線技術(shù)的應(yīng)用，如我們上英特網(wǎng)、給親戚朋友打電話、用U盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)信息等。雖然流行的總線所采取的形式不同，但他們主要的原則性思想無(wú)非就是時(shí)分系統(tǒng)、頻分系統(tǒng)、相分系統(tǒng)和碼分系統(tǒng)等。常言道“兵來(lái)將擋，水來(lái)土淹”，面對(duì)種類(lèi)繁多的總線，我們只有從基本原理出發(fā)，從骨子里去了解它的實(shí)質(zhì)，而不要被它形式多樣的外表所迷惑，才能熟練掌握和靈活運(yùn)用眼下正在或?qū)⒁玫降母鞣N總線技術(shù)。

1總線的定義及分類(lèi)

1.1定義

總線，英文叫作“BUS”,即我們中文的“公共車(chē)”，這是非常形象的比如，公共車(chē)走的路線是一定的，我們?nèi)魏稳硕伎梢宰曹?chē)去該條公共車(chē)路線的任意一個(gè)站點(diǎn)。如果把我們?nèi)吮茸魇请娮有盘?hào)，這就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當(dāng)然，從專(zhuān)業(yè)上來(lái)說(shuō)，總線是一種描述電子信號(hào)傳輸線路的結(jié)構(gòu)形式，是一類(lèi)信號(hào)線的集合，是子系統(tǒng)間傳輸信息的公共通道[1]。通過(guò)總線能使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的信息進(jìn)行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個(gè)部件通過(guò)主機(jī)相連接，外部設(shè)備通過(guò)相應(yīng)的接口電路再于總線相連接。

1.2分類(lèi)

總線分類(lèi)的方式有很多，如被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等，下面是幾種最常用的分類(lèi)方法[2]。

1.2.1按功能分

　　最常見(jiàn)的是從功能上來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行劃分，可以分為地址總線（address bus）、數(shù)據(jù)總線（data bus）和控制總線（control bus）。在有的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線和地址總線可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復(fù)用。

　　地址總線是專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳送地址的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，見(jiàn)得最多的應(yīng)該是從CPU地址總線來(lái)選用外部存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)地址。地址總線的位數(shù)往往決定了存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間的大小，比如地址總線為16位，則其最大可存儲(chǔ)空間為216（64KB）。

　　數(shù)據(jù)總線是用于傳送數(shù)據(jù)信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數(shù)據(jù)總線之分，雙向傳輸數(shù)據(jù)總線通常采用雙向三態(tài)形式的總線。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)通常與微處理的字長(zhǎng)相一致。例如Intel 8086微處理器字長(zhǎng)16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。在實(shí)際工作中，數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定是完全意義上的數(shù)據(jù)。

　　控制總線是用于傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)。如有時(shí)微處理器對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行操作時(shí)要先通過(guò)控制總線發(fā)出讀/寫(xiě)信號(hào)、片選信號(hào)和讀入中斷響應(yīng)信號(hào)等。控制總線一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號(hào)而定，其位數(shù)也要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定。

1.2.2按傳輸方式分

　　按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絼澐?，總線可以被分為串行總線和并行總線。從原理來(lái)看，并行傳輸方式其實(shí)優(yōu)于串行傳輸方式，但其成本上會(huì)有所增加。通俗地講，并行傳輸?shù)耐藩q如一條多車(chē)道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車(chē)通過(guò)單線公路。目前常見(jiàn)的串行總線有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等；而并行總線相對(duì)來(lái)說(shuō)種類(lèi)要少，常見(jiàn)的如IEEE1284、ISA、PCI等。

1.2.3按時(shí)鐘信號(hào)方式分

　　按照時(shí)鐘信號(hào)是否獨(dú)立，可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時(shí)鐘信號(hào)獨(dú)立于數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)要用一根單獨(dú)的線來(lái)作為時(shí)鐘信號(hào)線；而異步總線的時(shí)鐘信號(hào)是從數(shù)據(jù)中提取出來(lái)的，通常利用數(shù)據(jù)信號(hào)的邊沿來(lái)作為時(shí)鐘同步信號(hào)。