總線與數(shù)據(jù)傳輸率第1頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

總線（BUS）是指計(jì)算機(jī)組件間規(guī)范化的交換數(shù)據(jù)（data）的方式，即以一種通用的方式為各組件提供數(shù)據(jù)傳送和控制邏輯。

從專業(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，是一類信號(hào)線的集合，是子系統(tǒng)間傳輸信息的公共通道總線

從另一個(gè)角度來(lái)看，如果說(shuō)主板（MotherBoard）是一座城市，那么總線就像是城市里的公共汽車（bus），能按照固定行車路線，傳輸來(lái)回不停運(yùn)作的位（bit）。第2頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第3頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第4頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六總線必須在以下幾方面做出規(guī)定：(1)物理特性：物理特性指的是總線物理連接的方式。包括總線的根數(shù)、總線的插頭、插座是什么形狀的、引腳是如何排列的等。例如，IBMPC／XT的總線共62根線，分兩列編號(hào)。(2)功能特性：功能特性描寫的是這一組總線中，每一根線的功能是什么。從功能上劃分，總線分為三組(即三總線)：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。第5頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(3)電氣特性：電氣特性定義每一根線上信號(hào)的傳送方向、有效電平范圍。一般規(guī)定送入CPU的信號(hào)稱作輸入信號(hào)(IN)，從CPU送出的信號(hào)稱作輸出信號(hào)(OUT)。(4)時(shí)間特性：時(shí)間特性定義了每根線在什么時(shí)間有效，也就是每根線的時(shí)序。第6頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六總線分類的方式有很多，如被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等按功能分（最常見）：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線按數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞椒郑捍锌偩€和并行總線按時(shí)鐘信號(hào)方式分：同步總線和異步總線總線的分類第7頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)傳輸率指單位時(shí)間傳送的數(shù)字信息量的多少（傳信率)，用比特率衡量。一般用KB/s或MB/s。K是千，M是兆(百萬(wàn))，B是byte，s是秒。數(shù)字信息可以是在導(dǎo)線里傳送的電信號(hào)，也可以是光纜里傳送的光信號(hào)，當(dāng)然也可以是衛(wèi)星和地面站之間傳送的電磁信號(hào)。數(shù)字信息源不限于計(jì)算機(jī)，也可以是數(shù)字式儀器儀表,也可以是音頻，視頻等。數(shù)據(jù)傳輸率第8頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)傳輸率分為外部傳輸率(ExternalTransferRate)和內(nèi)部傳輸率(InternalTransferRate)通常也稱外部傳輸率為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率(BurstdataTransferRate)或接口傳輸率第9頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

評(píng)價(jià)總線的主要技術(shù)指標(biāo)是總線的帶寬（即傳輸速率）、數(shù)據(jù)位的寬度（位寬）、工作頻率和傳輸數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性等。評(píng)價(jià)總線的主要技術(shù)指標(biāo)第10頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

總線的帶寬指的是單位時(shí)間內(nèi)總線上傳送的數(shù)據(jù)量，即每鈔傳送MB的最大數(shù)據(jù)傳輸率總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)就稱為寬度（width），以位為單位，總線寬度愈大，傳輸效能就愈佳。總線的帶寬（即單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)數(shù)）為：總線帶寬=頻率x寬度（Bytes/sec）。帶寬（傳輸速率）、位寬和工作頻率

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總線的位寬指的是總線能同時(shí)傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，或數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，即32位、64位等總線寬度的概念；總線的位寬越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越大，總線的帶寬就越寬。

總線的工作時(shí)鐘頻率以MHz為單位，它與傳輸?shù)慕橘|(zhì)、信號(hào)的幅度大小和傳輸距離有關(guān)。在同樣硬件條件下，我們采用差分信號(hào)傳輸時(shí)的頻率常常會(huì)比單邊信號(hào)高得多，這是因?yàn)椴罘中盘?hào)的的幅度只有單邊信號(hào)的一半而已。第12頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

可靠性是評(píng)定總線最關(guān)鍵的參數(shù)，沒有可靠性，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是錯(cuò)誤的信息，便就失去了總線的實(shí)際意義。

為了提高總線的可靠性，通常采用的措施有：采用數(shù)據(jù)幀發(fā)送前發(fā)送器對(duì)總線進(jìn)行偵聽，只有偵聽到總線處于空閑狀態(tài)下時(shí)才可向總線傳送數(shù)據(jù)幀，這樣避免了不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)沖突。采用雙絞線差分信號(hào)來(lái)傳送數(shù)據(jù)，以降低單線的電壓升降幅度，減小信號(hào)的邊沿產(chǎn)生的高次諧波。適當(dāng)?shù)淖寯?shù)據(jù)的邊沿具有一定的斜坡。增加匹配電阻和電容等來(lái)減少總線上信號(hào)的發(fā)射和平衡總線上的分布電容等。采用合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和屏蔽技術(shù)等來(lái)減少受其他信號(hào)的干擾。還有就是在軟件上通過(guò)數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)校驗(yàn)糾錯(cuò)等措施來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴鬏敂?shù)據(jù)的可靠性第13頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第14頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六依據(jù)前面對(duì)總線的定義可知總線的基本作用就是用來(lái)傳輸信號(hào)，為了各子系統(tǒng)的信息能有效及時(shí)的被傳送，為了不至于彼此間的信號(hào)相互干擾和避免物理空間上過(guò)于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復(fù)用技術(shù)，也就是說(shuō)總線傳輸?shù)幕驹砭褪嵌嗦窂?fù)用技術(shù)。所謂多路復(fù)用就是指多個(gè)用戶共享公用信道的一種機(jī)制，目前最常見的主要有時(shí)分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用等。

PS1：總線傳輸基本原理第15頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.1時(shí)分多路復(fù)用（TDMA）時(shí)分復(fù)用是將信道按時(shí)間加以分割成多個(gè)時(shí)間段，不同來(lái)源的信號(hào)會(huì)要求在不同的時(shí)間段內(nèi)得到響應(yīng)，彼此信號(hào)的傳輸時(shí)間在時(shí)間坐標(biāo)軸上是不會(huì)重疊。1.2頻分多路復(fù)用（FDMA）頻分復(fù)用就是把信道的可用頻帶劃分成若干互不交疊的頻段，每路信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率調(diào)制后的頻譜占用其中的一個(gè)頻段，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)多路不同頻率的信號(hào)在同一信道中傳輸。而當(dāng)接收端接收到信號(hào)后將采用適當(dāng)?shù)膸V波器和頻率解調(diào)器等來(lái)恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)。1.3碼分多路復(fù)用（CDMA）碼分多路復(fù)用是所被傳輸?shù)男盘?hào)都會(huì)有各自特定的標(biāo)識(shí)碼或地址碼，接收端將會(huì)根據(jù)不同的標(biāo)識(shí)碼或地址碼來(lái)區(qū)分公共信道上的傳輸信息，只有標(biāo)識(shí)碼或地址碼完全一致的情況下傳輸信息才會(huì)被接收。第16頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

對(duì)于總線的學(xué)習(xí)，了解其通訊協(xié)議是整個(gè)過(guò)程中最關(guān)鍵的一步，所有介紹總線技術(shù)的資料都會(huì)花很大的篇幅來(lái)描述其協(xié)議，特別是ISO/OSI的那七層定義。其實(shí)要了解一種總線的協(xié)議，最主要的就是去了解總線的幀數(shù)據(jù)每一位所代表的特性和意義，總線各節(jié)點(diǎn)間有效數(shù)據(jù)的收發(fā)都是通過(guò)各節(jié)點(diǎn)對(duì)幀數(shù)據(jù)位或段的判斷和確信來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。PS2:總線的通信協(xié)議第17頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

圖1所示是常見的I2C總線上傳輸?shù)囊蛔止?jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，其總線形式是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的雙線制串行總線，并接在總線上的電路模塊即可作為發(fā)送器（主機(jī)）又可作為接收器（從機(jī)）。幀數(shù)據(jù)中除了控制碼（包括從機(jī)標(biāo)識(shí)碼和訪問(wèn)地址碼）與數(shù)據(jù)碼外還包括起始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)[4]。起始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。控制碼：用來(lái)選澤操作目標(biāo)與對(duì)象，即接通需要控制的電路，確定控制的種類對(duì)象。在讀期間，也即SCL時(shí)鐘線處于時(shí)鐘脈沖高電平時(shí)，SDA上的數(shù)據(jù)位不會(huì)跳變。數(shù)據(jù)碼：是主機(jī)向從機(jī)發(fā)送的具體的有用的數(shù)據(jù)（如對(duì)比度、亮度等）和信息。在讀期間，SDA上的數(shù)據(jù)位不會(huì)跳變。應(yīng)答信號(hào)：接收方收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送方發(fā)出特定的低電平。讀/寫的方向與其它數(shù)據(jù)位正好相反，也即是由從機(jī)寫出該低電平，主機(jī)來(lái)讀取該低電平。結(jié)束信號(hào)：SCL