一、总线传输周期

总线的传输周期，又叫总线周期。

一个总线周期就是指我们要利用总线传输一组数据所需要的时间。

通常一个总线周期会被分为以下四个阶段：

<1> 申请阶段

这个阶段做总线的仲裁，关于总线仲裁如何实现，下一个小节讲解。

就是决定是否要把总线分配给某一个设备使用。

<2> 寻址阶段

两个设备要通过总线进行数据的交互，主设备会通过地址总线，把它想要读（或者写）的地址单元传递给从设备。

<3> 传输阶段

主设备指明了要读或者写的地址之后，就进入了传输阶段。

主设备通过数据总线，往从设备里面写入数据或者读出数据。

<4> 结束阶段

数据传输完成之后，就进入了结束阶段。

即释放总线的使用权，把总线让给其他设备使用。

经过一个总线周期时候，就可以完成一组数据的传送。

比如一组数据总线的宽度是32bit，那么就意味着经过一个总线周期，它可以传输32bit的信息。

一个总线周期，通常由若干个总线时钟周期构成。

二、总线时钟周期

总线的时钟周期，就是机器的时钟周期。

稍微解释一下：

计算机有一个统一的时钟，以控制整个计算机的各个部件，总线也要受此时钟的控制。

对于早期的计算机来说，时钟信号是由CPU发出的。

CPU发出的节拍信号决定了总线时钟周期的长短，但是现代计算机中，总线时钟周期也有可能由桥接器提供。就是上一小节提到的四总线结构里边，如下图。

这里的桥接器也会发出时钟信号，这个时钟信号的频率和CPU时钟信号的频率是不一样的。

有可能CPU时钟信号的频率是3.0GHz，比较快。那么CPU总线的时钟周期就是3.0GHz，由CPU控制。

但是对于其他速度更慢的总线来说，可能跟不上CPU的时钟信号。

所以，桥接器会往高速总线里面的控制总线上发出时钟更慢的时钟信号。

🚗注意

虽然总线周期通常由若干个总线时钟周期构成，但是总线周期与总线时钟周期的关系比较魔幻。

它们的关系可能是一对多或者一对一或者多对一的关系。

①大多数情况下，一个总线周期包含多个总线时钟周期。

②有的时候，一个总线周期就是一个总线时钟周期。

③有的时候，一个总线时钟周期可以包含多个总线周期。

在有的总线中，当时钟部件发出如下时钟信号。

如果检测到上升沿（电信号由低电平变为高电平），可以进行一次总线的数据传输。如果检测到下降沿（电信号由高电平变为低电平），此时又会传送一组总线的数据。

在这样的时钟周期内，上升沿和下降沿都进行了一次总线的数据传输。

这就意味着一个时钟周期里面，包含了两个总线周期。

三、总线工作频率

总线的工作频率，就是总线上各种操作的频率，为总线周期的倒数。

若总线周期=N个时钟周期，则总线的工作频率=时钟频率/N。

实际上指总线在一秒内传送几次数据。

四、总线时钟频率

总线的时钟频率，就是机器的时钟频率。为时钟周期的倒数。

若时钟周期为T，则时钟频率为1/T。

实际上指总线在一秒内有多少个总线时钟周期。

五、总线宽度

总线宽度，又称为总线位宽。它是总线上同时能够传输的数据位数。

通常指数据总线的根数，如32根称为32位（bit）总线。

当在题目里面看到，某一个计算机的总线宽度是32bit，通常是指计算机里面数据总线的宽度，而没有包含地址总线和控制总线的宽度。

六、总线带宽

1.概念

总线带宽可以理解为总线的数据传输率，即单位时间内总线上可传输数据的位数。

通常用每秒钟传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒（B/s）表示，也可以用比特/秒（b/s）。（B=b/8）

如果题目告诉了总线的工作频率（反映了总线每秒可以传送多少次数据），还有总线宽度（反映了每次传送可以并行地传送多少bit的数据），一相乘就可以得到总线的带宽。

又由于总线工作频率和总线周期互为倒数，如果题目中告诉了总线周期，那么也可以用总线宽度除以总线周期得到总线带宽。

2.注意点

🚗 注意

总线带宽是指总线本身所能达到的最高传输速率。

然而，在总线传输的信息中。也许不是所有的信息位都是有效信息，比如可能会有校验位或者一些开头结尾的标志。

有的题目可能会让我们计算有效数据的传输率。这时候就需要把上述附加冗余的信息给去除，只计算实际传输的有效信息位。

所以在计算实际的有效数据传输率时，要用实际传输的数据量除以耗时。

3.案例分析

📚案例

❓ 数据线和地址线复用什么意思？

之前说的数据线和地址线是两组独立的总线，有的系统中为了简化系统的根数，会把数据总线和地址总线进行合并，就用一组总线来实现数据和地址信息的传送。

当然，这种方式肯定要分时传送，比如先用它来传送地址信息，然后再用它传送数据信息。

❓ 突发传输方式？

只需要传送一次地址，接下来就可以连续读出从这个地址往后的多个字的数据。

由于采用了数据线和地址线复用的方式，因此需要先通过32根线传输地址信息。

题目告诉我们。传输一个地址需要1个时钟周期，128位数据需要传输4次（总线宽度是32bit，所以128/32=4次）。

题目又说，一个时钟周期可以传送两次数据，因此这4次的数据传输只需要占用2个时钟周期。

题目又指明，总线时钟频率为66MHz（每秒包含了66M个时钟周期），所以每个时钟周期的长度就是1s/66MHz约等于15ns（纳秒）。

所以完成128位数据的写至少需要花费三个时钟周期（发送首地址1个，128位数据传输占用2个），每个时钟周期15ns（纳秒），那么总共就是45ns的时间。

4.总结补充

🔖总结

一个总线的时钟周期内可能传送多次数据（这个题目是上升沿和下降沿分别传送一次，每次传送32bit）

总线带宽：总线每秒钟最多传送多少数据。

既然提到这个问题，我们再来复习一下上一节说到的串行和并行总线。

串行总线每次只能传送1个bit数据，并行总线每次可以传送多个bit的数据。

乍一看，并行总线的带宽比串行总线的带宽更大，因为并行总线可以传送多位数据。

但是，总线带宽不仅与总线宽度有关，还与总线工作频率有关。

总线带宽=总线工作频率*总线宽度(bit/s)

因此，在探讨串行总线与并行总线速度快慢的时候，一定要考虑它们的工作频率。

上一节说过，由于并行总线数据的传输线都靠的很近，所以它们之间会有一些干扰，可能导致数据的跳变（0变1或1变0）。为了保证数据的正确传输，并行总线的工作频率不能太高。

而串行总线没有数据线之间的干扰，因此串行总线的工作频率可以很高很高。

①如果工作频率相同，串行总线传输速度比并行总线慢。（因为串行一次只能传送1bit）

②并行总线的工作频率无法持续提高，而串行总线可以通过不断提高工作频率来提高传输速度，最终超过并行总线。

七、总线复用

这个概念在上面的例子中提过。

总线复用是指一种信号线在不同的时间传输不同的信息。

比如，一般地址总线和数据总线是独立的两组线，如下：

我们还可以采取这样的方式，用同一组线来分时地传送地址信息与数据信息，如下：

这样就可以使用较少的线传输更多的信息，从而节省总线的布线空间和硬件的成本。

如果CPU要往主存里面写入数据，那么CPU要往这一条黄线发出地址信息，指明要写的地址在什么地方。

主存接收到地址信息之后，CPU再发出数据信息，同样是通过黄线传递给主存，主存再根据刚才传来的地址信息，把这次接收到的信息写入到相应的地址所指的空间里面。

这种方式传递地址数据信息的时候，至少需要2个总线周期，需要进行两次数据的传送。

这种方式虽然节约了成本，但也会使速度有所下降。

八、信号线数

地址总线、数据总线和控制总线3种总线数的总和称为信号线数。（就是传输最小的bit的线）

如果地址总线有32根，数据总线有64根，控制总线有100根，那么信号线数就是它们之和。

九、总结

OK，有缘再会~