單總線

單總線系統(tǒng)由硬件配置、處理次序和單總線信號(hào)三部分組成。系統(tǒng)按單總線協(xié)議規(guī)定的時(shí)序和信號(hào)波形完成初始化、識(shí)別器件和數(shù)據(jù)交換。

1.硬件配置

單總線系統(tǒng)定義了一根信號(hào)線，總線上的每個(gè)器件都能驅(qū)動(dòng)它。為了區(qū)分不同的芯片，廠家為每個(gè)芯片都編制了唯一的序列號(hào)，用激光刻錄的一個(gè)64位二進(jìn)制ROM代碼，從最低位開(kāi)始前8位是族碼表示產(chǎn)品的分類編號(hào)，接著的48位是一個(gè)唯一的序列號(hào)，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼。當(dāng)有多個(gè)器件連接在一根信號(hào)線上進(jìn)行串行分時(shí)數(shù)據(jù)交換時(shí)，就能通過(guò)尋址把芯片識(shí)別出來(lái)。

2、單總線信號(hào)

單總線傳送數(shù)據(jù)或命令是由一系列時(shí)序信號(hào)組成的。通常，單總線上共有以下四種時(shí)序信號(hào)。初始化信號(hào);寫(xiě)0信號(hào);寫(xiě)1信號(hào);讀信號(hào)。設(shè)計(jì)中可以用單片機(jī)的匯編語(yǔ)言編程以確保指令執(zhí)行時(shí)間小于或等于時(shí)序信號(hào)中的最小時(shí)間，尤其注意當(dāng)單片機(jī)工作頻率不同時(shí)，單總線的時(shí)延也不同的。

3、處理次序

在單總線系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)的處理次序是關(guān)鍵。單片機(jī)做主控機(jī)時(shí)，依據(jù)單總線協(xié)議，處理次序要保證數(shù)據(jù)可靠的傳送，并且任一時(shí)刻單總線上只有一個(gè)控制信號(hào)或數(shù)據(jù)。

在單總線系統(tǒng)中，當(dāng)CPU取一條指令時(shí)，首先把PC(程序計(jì)數(shù)器)中的地址:同控制信息一起送至總線上。該地址不僅加至內(nèi)存，同時(shí)也加至總線上的所有外部設(shè)備，但是，只有與出現(xiàn)在總線上的地址相對(duì)直的沒(méi)備，才執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送操做。由于在取指情況下的地址是內(nèi)存地址。所以，此時(shí)該地址所指定的內(nèi)存單元的內(nèi)容(一條指令)將被取出送給CPU，指令取出之后，CPU將查操作碼以確定下一次要執(zhí)行什么操作。對(duì)采用單總線的計(jì)算機(jī)來(lái)講，操作碼規(guī)定了對(duì)數(shù)據(jù)要執(zhí)行什么操作以及數(shù)據(jù)是流進(jìn)還是流出CPU。

在單總線系統(tǒng)中，訪內(nèi)指令同輸入/輸出指令的區(qū)別僅僅在于地址的數(shù)值。因此， CPU只要把指令的地址段送到總線上，并依靠相應(yīng)的設(shè)備作出響應(yīng)就可以了。

如果該地址對(duì)應(yīng)的地址是內(nèi)存地址，則內(nèi)存將響應(yīng)，這時(shí)，在CPU和內(nèi)存之間將發(fā)生數(shù)據(jù)傳送。

如果該指令地址對(duì)應(yīng)的是外部設(shè)備地址，則外部設(shè)備將響應(yīng)，這時(shí)，CPU和與該地址相對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備之間，將發(fā)生數(shù)據(jù)傳送。

1、部件獨(dú)立性

采取異步工作方式各部件的運(yùn)行速度可以與總線上其他部件完全無(wú)關(guān)，而不是一切以存貯器周期為轉(zhuǎn)移。因此可以局部更新，增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)性延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命。積木化也有利于各部件獨(dú)立地設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試和改進(jìn)。

2、面向外圍

單總線結(jié)構(gòu)是一種面向外圍的系統(tǒng)組織方法。I/O設(shè)備"直接存貯器存取"(DMA)可以繞過(guò)CPU;外圍設(shè)備之間可以直接通信，例如顯示器可從磁盤(pán)直接獲得畫(huà)面數(shù)據(jù)形成與CPU獨(dú)立的I/O子系統(tǒng);與另一臺(tái)單總線計(jì)算機(jī)互連，也只要兩者的總線互連，易于擴(kuò)充為多機(jī)系統(tǒng)。

3、總線限制

系統(tǒng)中所有設(shè)備都連接在單總線上，使總線實(shí)際上比較長(zhǎng)，電氣負(fù)載很重，決定了單總線不能成為高速總線。而總線速率限制了系統(tǒng)性能，限制了可擴(kuò)充性?？偩€可靠性則限制了系統(tǒng)可靠性。事實(shí)上，CPU和主存之間的信息交換是系統(tǒng)中最經(jīng)常的事件，并主要由它決定了整個(gè)系統(tǒng)性能?？墒菃慰偩€系統(tǒng)卻忽視了主存的特殊地位，只放在外圍設(shè)備同等地位。因此改進(jìn)單總線系統(tǒng)性能的途徑自然是在主存與CPU之間增加一條獨(dú)立的高速總線，實(shí)際上部分地轉(zhuǎn)移到以存貯器為中心組織系統(tǒng)。