總線模型

如果把CPU看作“帝都”，存儲器看作是“衛(wèi)城”，它們之間要互通往來，就必然要修建道路，而這條道路又可以不斷延伸分支，將很多城市串連起來。這樣，城市兩兩之間便均可通行。這條“道路”就是總線！如圖1.11所示。（這些被串連起來的“城市”就猶如振南后面要講到的“CPU外設”）。

圖1.11 總線的結(jié)構模型

好，現(xiàn)在CPU與存儲器之間的這條通路有了。此時，CPU如果要讀取存儲器中地址為addr位置上的一個字節(jié)，該如何作呢？這個過程主要分三步：（是不是想起了“把大象裝冰箱總共分幾步？”）

CPU首先告訴存儲器要讀取的地址；

等待存儲器將相應地址上的數(shù)據(jù)取出來；

CPU將數(shù)據(jù)取走。

更為形象地說明如圖1.12所示。

圖1.12 CPU訪問存儲器的主要過程

仔細想一下，這個過程的實現(xiàn)其實涉及幾個問題：CPU如何將地址給存儲器？CPU如何知道存儲器已將數(shù)據(jù)準備好？CPU又如何將數(shù)據(jù)取走？……總結(jié)起來，主要是地址和數(shù)據(jù)的傳輸，以及它們之間的協(xié)調(diào)與控制。為了解決這一問題，我們提出了這一模型，請看圖1.13。

圖1.13 CPU與存儲器之間的總線模型（讀數(shù)據(jù)）

圖中所看到的連線就是實實在在的用于傳輸二進制信號（0或1）的導線。CPU首先將地址輸出到地址總線上（很顯然地址線的數(shù)量決定了CPU可以尋址的空間范圍），然后再將RD信號置為0（RD平時為1），告訴存儲器地址已經(jīng)給出，請準備好數(shù)據(jù)并將其輸出到數(shù)據(jù)總線上（數(shù)據(jù)線的數(shù)量決定了CPU的數(shù)據(jù)吞吐量，這也是衡量CPU位數(shù)的標準，51單片機是8位單片機，則它每次只能讀到一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，ARM是32位的，所以它可以一次性讀取一個字）。CPU對數(shù)據(jù)總線進行讀取，再將RD信號置1，整個過程便完成了。

那CPU如何向存儲器寫入數(shù)據(jù)呢？其實道理是一樣的，如圖1.14所示。

圖1.14 CPU與存儲器之間的總線模型（寫數(shù)據(jù)）

仍然是由CPU先給出地址，再向數(shù)據(jù)總線給出要寫入的數(shù)據(jù)，然后將WR信號置0，告訴存儲器地址與數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒，請予以處理。最后將WR信號置1即可。

綜上所述，CPU中有三大總線：地址總線、數(shù)據(jù)總線與控制總線。這一模型最終如圖1.15所示。

圖1.15 CPU與存儲器之間的總線模型

如果我們把CPU訪存過程中，各總線信號上的電平隨時間變化的示意圖畫出來的話，它將是這樣的，如圖1.16所示。

圖1.16 CPU總線操作的時序圖

上圖就是CPU總線操作的時序圖（Timing Digram）。它是描述接口時序與信號協(xié)議最為直觀的形式?？炊畷r序圖是我們學習電子和單片機技術，使用C語言正確編寫底層驅(qū)動程序的根本基礎。