计算机组成原理第三章

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1总线的基本概念

1 总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质，某一时间只允许一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线商接受相同的信息。

2 总线上的信息传送：串行(一次一位) 并行（一次n位）

3 两种总线结构（单总线多总线）

2 总线的分类

1 片内总线是指芯片内部的总线

2 系统总线是指计算机各部件之间的信息传输线

系统总线的组成

：

• 数据总线DB 双向 与机器字长、存储字长有关
• 地址总线AB 单向 与存储地址、I/O地址有关
• 控制总线CB 有出有入（存储器的读写，总线允许，中断确认)

控制总线 常见的控制信号

• 时钟：用于同步各种部件
• 复位：初始化所有部件
• 总线请求：表示某部件需获得总线使用权
• 总线允许：发出总线请求的部件获得控制权
• 中断请求：表示某部件提出中断请求
• 中断响应：表示中断请求已被接受
• 存储器写：将数据总线上的数据写至指定的地址单元内
• 存储器读：将存储单元内的数据独到地址单元总线上
• I/O读 写：数据总线与I/O端口关系同上
• 传输响应：数据已被接受或已将数据传送到数据总线上

3 通信总线

用于计算机系统之间或计算机系统与其它系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信（传输方式串行、并行两种）

3 总线特性

（1） 总线的物理实现

（2） 特性

• 机械特性：尺寸、形状、管脚数及排列顺序
• 电气特性：传输方向和有效电平范围
• 功能特性：每根传输线的功能 ——地址/数据的控制
• 时间特性：

（3） 总线的性能指标

• 总线宽度：数据线根数
• 总线带宽（标准传输率）：每秒传输的最大字节数mbps
• 时钟同步/异步：总线上的数据与时钟是否同步工作
• 总线复用：一条信号线上分时传送两种信号 如8086地址线和数据线复用
• 信号线数：地址总线、数据总线、控制总线三种总线数的总和
• 信号控制方式：突发、自动配置、仲裁、逻辑、计数
• 其他指标：负载能力等

（4） 总线标准

4 总线结构

（1） 单总线结构 

问题：总线成为系统瓶颈

（2）多总线结构

（3）总线结构举例

5 总线控制

总线判优控制

1 基本概念：

主设备（模块） 对总线有控制权

从设备（模块）响应从主设备发来的总线命令

总线判优控制 集中（链式查询、计数器定时、独立请求方式）/分布

链式查询方式：结构最简单，只需很少几根线就能按一定的优先次序实现总线控制而且容易扩充设备，但对电路故障很敏感且优先级低的设备难获得请求。

计数器定时查询：计数可以从‘0’开始也可以设置为别的数字，优先次序不变且未循环时，按照0，1，2，3......n进行优先次序的排序，当循环计数时所有的设备优先级相同，改变初始计数便可以改变优先级。，对电路故障的敏感度小于链式查询。

独立请求方式：响应速度快，优先次序控制灵活（程序改变），但控制线多控制更为复杂。

三种控制方式总结：1.对电路故障敏感度链式>计数器>独立请求方式

2.链式查询中仅用两根线，计数器查询中大致用log2（n）根线，n为设备最大数，独立请求方式用2n根线。

1. 总线通信控制--用于解决通信双方协调配合问题

   • 申请分配：主模块提出申请，总线仲裁决定
   • 寻址：主模块向从模块给出地址和命令
   • 传数：主模块和从模块进行数据交换
   • 结束：主模块上的有关信息撤除

   3.四种方式：

   同步通信：统一时钟控制数据传送

   异步通信：采用应答方式无关时钟

   半同步通信：同、异结合

   分离式通信：充分挖掘系统的每一个时间

   前三种通共同点（一个总线传输周期）：主模块发址、命令（占用总线），从模块准备数据（不占用），从模块向主模块发数据（占用总线）

   分离式特点（一个总线传输周期）：

   子周期1主模块申请占用总线使用后放光总线的使用权

   子周期2从模块申请占用总线，将各种信息送至总线上

   （1）.各模块欲占用总线都必须提出申请

   （2）.得到总线使用权后主模块在限定时间内向对方传送消息采用同步方式传送不在等待对方回答信号

   （3）.各模块在准备数据的过程中都不占用总线使其可接收其他模块的申请

   （4）.总线被占用时都在做有效工作或者通过它发送命令/传输数据，充分利用了总线的有效占用。