計算機組成原理第三章

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1總線的基本概念

1 總線是連接配接多個部件的資訊傳輸線，是各部件共享的傳輸媒體，某一時間隻允許一個部件向總線發送資訊，而多個部件可以同時從總線商接受相同的資訊。

2 總線上的資訊傳送：串行(一次一位) 并行（一次n位）

3 兩種總線結構（單總線多總線）

2 總線的分類

1 片内總線是指晶片内部的總線

2 系統總線是指計算機各部件之間的資訊傳輸線

系統總線的組成

：

• 資料總線DB 雙向 與機器字長、存儲字長有關
• 位址總線AB 單向 與存儲位址、I/O位址有關
• 控制總線CB 有出有入（存儲器的讀寫，總線允許，中斷确認)

控制總線 常見的控制信号

• 時鐘：用于同步各種部件
• 複位：初始化所有部件
• 總線請求：表示某部件需獲得總線使用權
• 總線允許：發出總線請求的部件獲得控制權
• 中斷請求：表示某部件提出中斷請求
• 中斷響應：表示中斷請求已被接受
• 存儲器寫：将資料總線上的資料寫至指定的位址單元内
• 存儲器讀：将存儲單元内的資料獨到位址單元總線上
• I/O讀 寫：資料總線與I/O端口關系同上
• 傳輸響應：資料已被接受或已将資料傳送到資料總線上

3 通信總線

用于計算機系統之間或計算機系統與其它系統（如控制儀表、移動通信等）之間的通信（傳輸方式串行、并行兩種）

3 總線特性

（1） 總線的實體實作

（2） 特性

• 機械特性：尺寸、形狀、管腳數及排列順序
• 電氣特性：傳輸方向和有效電平範圍
• 功能特性：每根傳輸線的功能 ——位址/資料的控制
• 時間特性：

（3） 總線的性能名額

• 總線寬度：資料線根數
• 總線帶寬（标準傳輸率）：每秒傳輸的最大位元組數mbps
• 時鐘同步/異步：總線上的資料與時鐘是否同步工作
• 總線複用：一條信号線上分時傳送兩種信号 如8086位址線和資料線複用
• 信号線數：位址總線、資料總線、控制總線三種總線數的總和
• 信号控制方式：突發、自動配置、仲裁、邏輯、計數
• 其他名額：負載能力等

（4） 總線标準

4 總線結構

（1） 單總線結構 

問題：總線成為系統瓶頸

（2）多總線結構

（3）總線結構舉例

5 總線控制

總線判優控制

1 基本概念：

主裝置（子產品） 對總線有控制權

從裝置（子產品）響應從主裝置發來的總線指令

總線判優控制 集中（鍊式查詢、計數器定時、獨立請求方式）/分布

鍊式查詢方式：結構最簡單，隻需很少幾根線就能按一定的優先次序實作總線控制而且容易擴充裝置，但對電路故障很敏感且優先級低的裝置難獲得請求。

計數器定時查詢：計數可以從‘0’開始也可以設定為别的數字，優先次序不變且未循環時，按照0，1，2，3......n進行優先次序的排序，當循環計數時所有的裝置優先級相同，改變初始計數便可以改變優先級。，對電路故障的敏感度小于鍊式查詢。

獨立請求方式：響應速度快，優先次序控制靈活（程式改變），但控制線多控制更為複雜。

三種控制方式總結：1.對電路故障敏感度鍊式>計數器>獨立請求方式

2.鍊式查詢中僅用兩根線，計數器查詢中大緻用log2（n）根線，n為裝置最大數，獨立請求方式用2n根線。

1. 總線通信控制--用于解決通信雙方協調配合問題

   • 申請配置設定：主子產品提出申請，總線仲裁決定
   • 尋址：主子產品向從子產品給出位址和指令
   • 傳數：主子產品和從子產品進行資料交換
   • 結束：主子產品上的有關資訊撤除

   3.四種方式：

   同步通信：統一時鐘控制資料傳送

   異步通信：采用應答方式無關時鐘

   半同步通信：同、異結合

   分離式通信：充分挖掘系統的每一個時間

   前三種通共同點（一個總線傳輸周期）：主子產品發址、指令（占用總線），從子產品準備資料（不占用），從子產品向主子產品發資料（占用總線）

   分離式特點（一個總線傳輸周期）：

   子周期1主子產品申請占用總線使用後放光總線的使用權

   子周期2從子產品申請占用總線，将各種資訊送至總線上

   （1）.各子產品欲占用總線都必須提出申請

   （2）.得到總線使用權後主子產品在限定時間内向對方傳送消息采用同步方式傳送不在等待對方回答信号

   （3）.各子產品在準備資料的過程中都不占用總線使其可接收其他子產品的申請

   （4）.總線被占用時都在做有效工作或者通過它發送指令/傳輸資料，充分利用了總線的有效占用。