总线与数据传输率

总线与数据传输率第1页，课件共18页，创作于2023年2月

总线（BUS）是指计算机组件间规范化的交换数据（data）的方式，即以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。

从专业上来说，总线是一种描述电子信号传输线路的结构形式，是一类信号线的集合，是子系统间传输信息的公共通道总线

从另一个角度来看，如果说主板（MotherBoard）是一座城市，那么总线就像是城市里的公共汽车（bus），能按照固定行车路线，传输来回不停运作的位（bit）。第2页，课件共18页，创作于2023年2月第3页，课件共18页，创作于2023年2月第4页，课件共18页，创作于2023年2月总线必须在以下几方面做出规定：(1)物理特性：物理特性指的是总线物理连接的方式。包括总线的根数、总线的插头、插座是什么形状的、引脚是如何排列的等。例如，IBMPC／XT的总线共62根线，分两列编号。(2)功能特性：功能特性描写的是这一组总线中，每一根线的功能是什么。从功能上划分，总线分为三组(即三总线)：地址总线、数据总线和控制总线。第5页，课件共18页，创作于2023年2月(3)电气特性：电气特性定义每一根线上信号的传送方向、有效电平范围。一般规定送入CPU的信号称作输入信号(IN)，从CPU送出的信号称作输出信号(OUT)。(4)时间特性：时间特性定义了每根线在什么时间有效，也就是每根线的时序。第6页，课件共18页，创作于2023年2月总线分类的方式有很多，如被分为外部和内部总线、系统总线和非系统总线等等按功能分（最常见）：地址总线、数据总线和控制总线按数据传输的方式分：串行总线和并行总线按时钟信号方式分：同步总线和异步总线总线的分类第7页，课件共18页，创作于2023年2月数据传输率指单位时间传送的数字信息量的多少（传信率)，用比特率衡量。一般用KB/s或MB/s。K是千，M是兆(百万)，B是byte，s是秒。数字信息可以是在导线里传送的电信号，也可以是光缆里传送的光信号，当然也可以是卫星和地面站之间传送的电磁信号。数字信息源不限于计算机，也可以是数字式仪器仪表,也可以是音频，视频等。数据传输率第8页，课件共18页，创作于2023年2月数据传输率分为外部传输率(ExternalTransferRate)和内部传输率(InternalTransferRate)通常也称外部传输率为突发数据传输率(BurstdataTransferRate)或接口传输率第9页，课件共18页，创作于2023年2月

评价总线的主要技术指标是总线的带宽（即传输速率）、数据位的宽度（位宽）、工作频率和传输数据的可靠性、稳定性等。评价总线的主要技术指标第10页，课件共18页，创作于2023年2月

总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量，即每钞传送MB的最大数据传输率总线可同时传输的数据数就称为宽度（width），以位为单位，总线宽度愈大，传输效能就愈佳。总线的带宽（即单位时间内可以传输的总数据数）为：总线带宽=频率x宽度（Bytes/sec）。带宽（传输速率）、位宽和工作频率

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总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念；总线的位宽越宽，数据传输速率越大，总线的带宽就越宽。

总线的工作时钟频率以MHz为单位，它与传输的介质、信号的幅度大小和传输距离有关。在同样硬件条件下，我们采用差分信号传输时的频率常常会比单边信号高得多，这是因为差分信号的的幅度只有单边信号的一半而已。第12页，课件共18页，创作于2023年2月

可靠性是评定总线最关键的参数，没有可靠性，传输的数据都是错误的信息，便就失去了总线的实际意义。

为了提高总线的可靠性，通常采用的措施有：采用数据帧发送前发送器对总线进行侦听，只有侦听到总线处于空闲状态下时才可向总线传送数据帧，这样避免了不同节点的数据冲突。采用双绞线差分信号来传送数据，以降低单线的电压升降幅度，减小信号的边沿产生的高次谐波。适当的让数据的边沿具有一定的斜坡。增加匹配电阻和电容等来减少总线上信号的发射和平衡总线上的分布电容等。采用合适的网络拓扑结构和屏蔽技术等来减少受其他信号的干扰。还有就是在软件上通过数字滤波、数据校验纠错等措施来提高数据传输的可靠性。传输数据的可靠性第13页，课件共18页，创作于2023年2月第14页，课件共18页，创作于2023年2月依据前面对总线的定义可知总线的基本作用就是用来传输信号，为了各子系统的信息能有效及时的被传送，为了不至于彼此间的信号相互干扰和避免物理空间上过于拥挤，其最好的办法就是采用多路复用技术，也就是说总线传输的基本原理就是多路复用技术。所谓多路复用就是指多个用户共享公用信道的一种机制，目前最常见的主要有时分多路复用、频分多路复用和码分多路复用等。

PS1：总线传输基本原理第15页，课件共18页，创作于2023年2月1.1时分多路复用（TDMA）时分复用是将信道按时间加以分割成多个时间段，不同来源的信号会要求在不同的时间段内得到响应，彼此信号的传输时间在时间坐标轴上是不会重叠。1.2频分多路复用（FDMA）频分复用就是把信道的可用频带划分成若干互不交叠的频段，每路信号经过频率调制后的频谱占用其中的一个频段，以此来实现多路不同频率的信号在同一信道中传输。而当接收端接收到信号后将采用适当的带通滤波器和频率解调器等来恢复原来的信号。1.3码分多路复用（CDMA）码分多路复用是所被传输的信号都会有各自特定的标识码或地址码，接收端将会根据不同的标识码或地址码来区分公共信道上的传输信息，只有标识码或地址码完全一致的情况下传输信息才会被接收。第16页，课件共18页，创作于2023年2月

对于总线的学习，了解其通讯协议是整个过程中最关键的一步，所有介绍总线技术的资料都会花很大的篇幅来描述其协议，特别是ISO/OSI的那七层定义。其实要了解一种总线的协议，最主要的就是去了解总线的帧数据每一位所代表的特性和意义，总线各节点间有效数据的收发都是通过各节点对帧数据位或段的判断和确信来得以实现。PS2:总线的通信协议第17页，课件共18页，创作于2023年2月

图1所示是常见的I2C总线上传输的一字节数据的数据帧，其总线形式是由数据线SDA和时钟SCL构成的双线制串行总线，并接在总线上的电路模块即可作为发送器（主机）又可作为接收器（从机）。帧数据中除了控制码（包括从机标识码和访问地址码）与数据码外还包括起始信号、结束信号和应答信号[4]。起始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。控制码：用来选泽操作目标与对象，即接通需要控制的电路，确定控制的种类对象。在读期间，也即SCL时钟线处于时钟脉冲高电平时，SDA上的数据位不会跳变。数据码：是主机向从机发送的具体的有用的数据（如对比度、亮度等）和信息。在读期间，SDA上的数据位不会跳变。应答信号：接收方收到8bit数据后，向发送方发出特定的低电平。读/写的方向与其它数据位正好相反，也即是由从机写出该低电平，主机来读取该低电平。结束信号：SCL