Lecture 15. 总线

在系统内部，各个组件当中使用总线来进行通信；而不同系统之间通常使用串行链路实现（serial link）。

总线分类

对于单向的总线比如地址总线，比较容易实现。

但是对于双向的，可能就不那么容易。比如数据总线，搞不好俩数据混到一起传过来了。

回忆一下：CMOS 是互补的两个 MOS 管。

如果上图当中的 D0X 和 D0Y 位置的电势不相等，那么这个导线上就会有一个比较大的电流。出现这种异常大的电流，就意味着发生了一些错误。

但是实际上你肯定不能让电路中出现那种大电流。你可以加一个电阻，但是那样会比较浪费能源。

三态缓冲器拥有一条额外的控制器来决定是否位于 高阻态（high impedance）。如果不处于高阻态，那就是高电平或者低电平；如果处于高阻态，相当于断开电路。

使用三态缓冲器，就可以避免电路被烧毁，也可以避免使用电阻带来的高能耗问题。

在任意时刻，只有一个设备可以发送数据，其他所有设备要么监听这个数据，要么忽略这个数据。发送数据的是 master，其他设备叫做 slave。

同步总线，包含一个时钟信号，互联的设备通过一个时钟进行同步，在规定的时间内完成规定的操作，以实现数据交换。但是这样就有一个缺点，就是整个系统会被最慢的一个设备拖后腿。

异步总线没有统一的时钟信号，所有的设备之间通过握手的方式（handshake）来实现信息传递。

假如有多个硬件设备想要同时使用总线，应该如何分配？

串联的那种感觉。每个设备都连向下一个设备。

设备在总线不忙的时候，如果收到了来自处理器的 grant 信号，就可以决定是否使用总线。如果用了，那么 busy 信号就会被设成高电平。否则，grant 信号传递给下一个设备。

并行打印机端口就是一个例子。

用若干条 polling line 来代替了 grant 信号。CPU 控制这几条 polling line，来进行询问。可以轮流来，也可以根据设定的优先级的顺序来。

每个设备都分配一条 request 线以及一条 grant 线。这样可以有更好的自主性。而 data 和 busy 依然是共用的。

但是缺点在于，如果设备比较多，那么线就会很多，很杂。

PC 当中主要包含两种总线，一种是 ISA 的，一种是 PCI 的。

ISA 是比较老的，但是兼容性很强；随着时代发展，PCI 越来越广泛。

ISA 是工业标准架构的意思，兼容非常多的外设。

本来 ISA 总线是 8 位 4.8MHz，后来拓展到 16 位 8MHz。

ISA 设备会使用到一个叫做 ISA 连接器的东西。8 位的 ISA 总线只使用半个连接器，16 位的用整个。

PCI 是外设元件互连的意思（Peripheral Component Interconnect），是目前最常见的 IO 总线。

32bit 宽，33MHz。由 PCI 控制器来管理仲裁.

PCI 总线还有一个优点在于：即插即用（plug and play）