本篇部落格是考研期間學習王道課程 傳送門 的筆記，以及一整年裡對計算機組成
知識點的了解的總結。希望對新一屆的計算機考研人提供幫助！！！
關于對 “總線” 章節知識點總結的十分全面，涵括了《計算機組成原理》課程裡的全部要點（本人來來回回過了三遍視訊），其中還陸陸續續補充了許多内容，是以讀者可以相信本篇部落格對于考研計算機組成原理 “總線” 章節知識點的正确性與全面性；但如果還有自主命題的學校，還需額外讀者自行再觀看對應學校的自主命題材料。
食用說明書：
第一遍學習王道課程時，我的筆記隻有标題和截圖，後來複習發現看隻看圖檔，并不能很快的了解截圖中要重點表達的知識點。
在第二遍複習中，我給每一張截圖中 标記了重點，以及 每張圖檔上方總結了該圖檔 對應的知識點 以及自己的 思考 。
最後第三遍，查漏補缺。
是以 ，我把目錄放在部落格的前面，就是希望讀者可以結合目錄結構去更好的學習知識點，之後沖刺複習階段腦海裡可以浮現出該知識結構，做到對每一個知識點熟稔于心！
請讀者放心！目錄展示的知識點結構是十分合理的，可以放心使用該結構去記憶學習！
注意(⊙o⊙)！，每張圖檔上面的文字，都是該圖對應的知識點總結，友善讀者更快了解圖檔内容。
《計算機組成原理》第6章 總線
【考綱内容】 網課耗時：王道 P286 ~ 301
0.5 h + 0.5 h + 0.5 h
- 總線的基本概念；
- 總線的組成及性能名額；
- 總線事務和定時；
【複習提示】
總線章節一般考察 ==選擇題，==特别是 總線的特點、猝發傳輸方式、性能名額、定時方式 及 常見的總線标準；
總線帶寬的計算 也可能結合其他章節出綜合題；
除課後習題外，王道課本内容筆記裡都包含 ；
6.1 總線概述
6.1.1 總線的基本概念
1. 總線的基本概念
① 計算機系統五大部件的互連方式
随着技術發展，計算機結構從 分散連接配接 發展為 總線連接配接 ：
分散連接配接：各部件之間使用單獨的連線；
總線連接配接：各部件連到一組公共資訊傳輸線上；
② 為什麼要使用 總線連接配接方式 ？
分散連接配接是 兩兩相連 ，需要通信的兩個部件，使用線路連接配接起來；
但是如果兩兩連接配接的數量太多時，不僅成本高，而且連接配接太麻煩了！
并且兩兩進行連接配接，就要求有對應的接口，但不可能有那麼多接口，即占用空間，而且後續還難擴充！
是以逐漸使用 總線連接配接 的方式進行部件之間的連接配接；
③ 總線上的資訊傳輸
串行傳輸：一位一位地傳輸，一位一位地接收。（适合長距離傳輸）
并行傳輸：多位同時傳輸，多位同時接收。需要多條線，傳輸距離變長時，線與線之間會産生幹擾，信号可能會發送變形。
（适合短距離傳輸）
2. 總線的定義和特性
總線（Bus）是連接配接各個部件的資訊傳輸線，是各個部件共享的傳輸媒體；（唐朔飛版本定義）
總線是一組能為多個部件 分時共享 的公共資訊傳輸線路；（王道版本）
- 分時：同一時刻隻能有一個部件占用總線，避免多個部件向總線發送資訊時，出現 信号沖突 問題（分時發送、同時接收）；
- 共享：每個部件交換的資訊可通過這組線路分時共享，接收相同資訊；
從實體角度來看，總線由許多導線直接印刷在電路闆上，延伸到各個部件（CPU、主存、I/O），這就要求其滿足一些相應的物
理特性：
1. 機器特性：尺寸、形狀、管腳數 及 排列順序；
2. 電氣特性：傳輸方向 和有效的 電平 範圍；
3. 功能特性：每根傳輸線的功能（位址、資料、控制）；
4. 時間特性：信号之間的時序關系；
6.1.2 總線的分類
1. 按資料傳輸格式分類
串行總線：每次傳輸一位資料；
并行總線：每次傳輸多位資料；
2. 按總線功能分類 ⭐
① 片内總線
晶片内部 的總線
(CPU内部級别)
；
② 系統總線 ⭐
計算機各部件之間 的資訊傳輸線
按系統總線傳輸資訊進一步劃分：(計算機内部級别)
- ==資料總線：==傳輸各功能部件之間的資料資訊。是 雙向 的，其位數與機器字長、存儲字長相關；
- ==位址總線：==指出 資料總線上源資料或目的資料 在 主存或I/O裝置上的位址。是 單向 的，其位數與存儲單元個數（存儲位址、I/O裝置）相關；
- ==控制總線：==用來發出各種控制信号的傳輸線，有出、有入。
例如：中斷請求、總線請求、存儲器讀、存儲器寫、總線允許、中斷确認等；
③ 通信總線
用于 計算機系統之間 或 計算機系統與其他系統（如控制儀表、移動通信等）之間的通信
(計算機級别)
傳輸方式：串行通信總線、并行通信總線；
IO總線主要用于連接配接中低速的IO裝置，通過IO接口與系統總線相連接配接，目的是将低速裝置與高速總線分離，以提升總線的系統性能，常見的有USB、PCI總線。
3. 按時序控制方式
略，非重點
6.1.3 總線的連接配接方式
① 單總線結構
特點：一組總線、容易沖突 ；
針對總線沖突問題，可以設定 總線判優 邏輯，各部件按優先級來占用總線，但會影響整機的效率；
② 雙總線結構
面向 CPU 的雙總線結構，如下圖所示（了解即可）；
缺點：I/O裝置與主存交換資訊時仍然要占用CPU，是以會 影響CPU效率 ；
以 存儲器 為中心的雙總線結構，如下圖所示（了解即可）；
增加了 存儲總線 ，即減輕了 單總線結構 中的 總線負擔 問題，又不會出現 面向CPU的雙總線結構 中影響CPU效率的情況；
不過現階段，主存還是無法同時使用系統總線和存儲總線。
加入 通道 的雙總線結構，如下圖所示；
單總線已經無法解決CPU、主存和I/O裝置之間的傳輸速率不比對問題，是以改進采用 多總線結構 ；
③ 三總線結構
将速率不同的I/O裝置進行分類，然後将它們連接配接在不同的總線上，進一步提高計算機效率；
主存總線：CPU與主存之間的傳輸；
I/O總線：CPU與各類I/O裝置之間傳遞資訊；
DMA總線：高速I/O裝置與主存之間直接交換資訊；
任一時刻裡，三總線隻能使用一種總線；
主存總線與DMA總線不能同時對主存進行存取，I/O總線隻能在CPU執行I/O指令時才能使用；
三總線結構的又一形式（簡單了解，非重點）
CPU與主存的傳輸速率差距越來越大，是以在它們之間增加了Cache作為緩存，是以增加 局部總線 ；
另外還有 擴充總線 ，通過擴充總線接口與系統總線相連，其他接口與I/O裝置相連實作擴充。
④ 四總線結構（簡單了解，非重點）
在 三總線結構的又一形式 的結構中，多種不同傳輸速率的裝置都連接配接到了擴充總線，這是會影響外部裝置的工作效率。
是以又增加了==高速總線，==負責哪些高速裝置的傳輸。低速裝置還是連接配接原來的擴充總線，系統效率得到進一步提升！
小結
6.1.4 總線的性能名額
① 總線的傳輸周期 (總線周期)
② 總線時鐘周期
③ 總線的工作頻率
④ 總線的時鐘頻率
⑤ 總線寬度
總線位寬，指 資料線的根數；
⑥ 總線帶寬 (标準傳輸率)
指每秒傳輸的最大位元組數；
資料線和位址線複用 ：分時使用同一組總線；
突發傳輸方式 ：傳送一次位址，之後可以連續讀出（或寫入）這個位址之後的多個資料；
串行總線和并行總線的總線帶寬
⑦ 總線複用
位址線 與 資料線 複用；
⑧ 信号線數
位址線、資料線和控制線的數量總和；
小結
6.2 總線判優控制 *
總線上連接配接的多個裝置，在資料傳輸時就需要面對多種控制問題，本節重點研究以下兩個問題：
- 總線判優控制： 總線仲裁
- 總線通信控制：總線操作和定時
1. 總線仲裁的基本概念
==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
==總線判優控制方式：==集中式（将控制邏輯集中在一處）、分布式（将控制邏輯分散在與總線連接配接的各個部件或裝置上）
2. 集中仲裁方式
① 鍊式查詢方法
下圖三條線用于總線控制，裝置通過 BR總線請求線 發出總線占用請求；
如果每個裝置占用總線，就使用 BS=1總線忙 進行聲明；BG是總線授權線；
其中總線同意信号BG是串行連接配接一個個I/O接口（逐個），當遇到接口有總線請求，就不繼續往下傳了。
特點：
- 結構簡單易實作，易擴充裝置；
- 串行導緻對電路故障敏感，并且 優先級低（離控制部件遠）的部件很難獲得請求 ；
② 計數器定時查詢方式
與 鍊式查詢方法 相比，多了裝置位址線，少了總線同意線BG；
裝置位址線上傳輸的位址是計數器給出的，通過這個位址來查找某個裝置是否發出占用請求；
特點：裝置優先級設定靈活，對電路問題不敏感了；但增加了裝置位址線，控制變複雜了；
③ 獨立請求方式
每個裝置均有一對 總線請求線BRi 和 總線同意線BGi ；
總線控制部件有一排隊電路，可以根據優先級确定響應那一台裝置的請求；
特點：響應速度快，優先次序控制靈活。但控制線數量多，總線控制複雜；
三種集中控制方式小結
鍊式查詢僅使用 兩根線 确定總線使用權屬于哪個裝置；
計數器查詢使用 log2n 根線；
獨立請求方式使用 2n 根線；
3. 分布仲裁方式
小結
6.3 總線通信控制
1. 總線通信控制的目的
解決通信雙方 協調配合 問題；
2. 總線傳輸周期 (總線事務)
總線傳輸周期是指 主裝置與從裝置完成一個完整可靠的通訊（總線操作）使用的時間 ，分成四個階段；
【補充】
突發 (猝發) 傳送方式 能夠進行連續成組資料的傳送，
其 尋址階段 發送的是連續資料單元的首位址，在 傳輸階段 傳送多個連續單元的資料，每個時鐘周期可以傳送一個字長的資訊 ，但是不釋放總線，直到一組資料全部傳送完畢後，再釋放總線。
3. 總線通信 (總線定時) 的四種方式
① 同步定時方式 (同步通信)
② 異步定時方式 (異步通信)
③ 半同步通信
④ 分離式通信
小結
6.4 總線标準 *
1. 總線标準的基本概念
2. 局部總線标準
3. 裝置總線标準
小結
6.5 常見問題和易混淆點
1. 同一個總線不能既采用同步方式又采用異步方式通信嗎?
半同步通信總線可以；
這類總線既保留了同步通信的特點，又能采用異步應答方式連接配接速度相差較大的裝置；
通過在異步總線中引入時鐘信号，其就緒和應答等信号都在時鐘的上升沿或下降沿有效，而不受其他時間的信号幹擾；
例如，某個采用半同步方式的總線總是從某個時鐘開始，在每個時鐘到來時，采樣Wait信号，若無效，則說明資料未準備好，下個時鐘到來時，再采樣Wait信号，直到檢測到有效，再去資料線上取資料；PCI總線也是一種半同步總線，它的所有事件都在時鐘下降沿同步，總線裝置在時鐘開始的上升沿采樣總線信号；
2. 一個總線在某一時刻可以有多對主從裝置進行通信嗎?
不可以
在某個總線周期内，總線上隻有一個主裝置控制總線，選擇一個從裝置與之進行通信（即一對一的關系)，或對所有裝置進行廣播通信（即一對多的關系)；
是以一個總線在某一時刻不能有多對主從裝置進行通信，否則會發生資料沖突；
1) 引入總線結構有什麼好處 ？
答：引入總線結構主要有以下優點：
① 簡化了系統結構，便于系統設計制造；
② 大大減少了連線數目，便于布線，減小體積，提高系統的可靠性；
③ 便于接口設計，所有與總線連接配接的裝置均采用類似的接口；
④ 便于系統的擴充、更新與靈活配置，易于實作系統的子產品化；
⑤ 便于裝置的軟體設計，所有接口的軟體對不同的接口位址進行操作；
⑥ 便于故障診斷和維修，同時也能降低成本;
2) 引入總線結構會導緻什麼問題 ？如何解決 ？
答：
引入總線後，總線上的各個裝置分時共享同一總線，當總線上多個裝置同時要求使用總線時就會導緻總線的沖突；
為解決多個主裝置同時競争總線控制權的問題，應當采用總線仲裁部件，以某種方式選擇一個主裝置優先獲得總線控制權，隻有獲得了總線控制權的裝置才能開始資料傳送；