計(jì)算機(jī)組成原理——總線系統(tǒng)總結(jié)

一、總線的概念：

總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)放入互聯(lián)機(jī)構(gòu)，是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接，計(jì)算機(jī)在各個(gè)系統(tǒng)功能部件之間實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換，并在爭(zhēng)用資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作。

二、總線的分類(lèi)：

• 按總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中層次結(jié)構(gòu)分類(lèi)：

內(nèi)部總線（片內(nèi)總線）：CPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線，在芯片內(nèi)部，高速設(shè)備中。

系統(tǒng)總線（板級(jí)總線）：CPU同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他高速功能部件（如存儲(chǔ)器、通道、cache）相互連接的總線。

I/O總線：中低速I(mǎi)/O設(shè)備之間相互連接的總線。

通信總線：用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（控制儀表、移動(dòng)通信等）之間的通信。根據(jù)傳輸方式又分為串行通信總線和并行通信總線。

• 按傳送數(shù)據(jù)類(lèi)型分類(lèi)：

數(shù)據(jù)總線（DB，Data Bus）
①雙向的
②數(shù)據(jù)總線的位數(shù)稱(chēng)為總線寬度
③機(jī)器位數(shù)（位數(shù)），與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)器字長(zhǎng)有關(guān)

地址總線（AB，Address Bus）
①單向的
②用來(lái)標(biāo)識(shí)主存或I/O設(shè)備上存儲(chǔ)單元的位置
③地址總線的位數(shù)與存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)有關(guān)

控制總線（CB，Control Bus）
①發(fā)出各種控制信號(hào)
②單一控制線通常是單向的
③總體來(lái)說(shuō)是雙向總線，有入（中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求）有出(存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫(xiě)，中斷確認(rèn))
④典型控制線：復(fù)位、時(shí)鐘、中斷請(qǐng)求、終端確認(rèn)、總線請(qǐng)求、總線允許、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)，I/O讀寫(xiě)

三、總線的特性：

機(jī)器（物理）特性：
?總線的物理連接方式，包括總線條數(shù)，總線的插頭，插座的形狀，引腳線的排列方式等。

電氣特性：
?每一根線上信號(hào)的傳遞方向及有效電平范圍。

功能特性：
?描述總線中每一根線的功能。（AB、DB、CB）

時(shí)間特性：
?每根線在什么時(shí)間有效。（信號(hào)的時(shí)序關(guān)系）

四、總線的性能指標(biāo)：

總線帶寬：數(shù)據(jù)線的根數(shù)（總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率）

標(biāo)準(zhǔn)傳輸率：每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBps）

時(shí)鐘同步/異步：同步、不同步

總線復(fù)用：地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用

信號(hào)線數(shù)：地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的 總和

總線控制方式：突發(fā)、自動(dòng)、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù)

其他指標(biāo)：負(fù)載能力

五、總線標(biāo)準(zhǔn)

相同的指令系統(tǒng),相同的功能,不同廠家生產(chǎn)的各功能部件在實(shí)現(xiàn)方法上幾乎沒(méi)有相同的,但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可以互換使用,其原因在哪?就是因?yàn)樗鼈兌甲袷亓讼嗤南到y(tǒng)總線的要求,這就是系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題.
采用標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性

便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和更新

六、總線的連接方式：

單總線結(jié)構(gòu)
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于擴(kuò)展
缺點(diǎn)：帶寬低、負(fù)載重、多個(gè)部件爭(zhēng)用總線且不支持并發(fā)傳送操作

雙總線結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)器中心）
優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)充
缺點(diǎn)：增加硬件為代價(jià) (通道)

多層次結(jié)構(gòu)

七、總線的仲裁（判優(yōu)）方式：

連接到總線上的功能模塊有主動(dòng)和被動(dòng)兩種形態(tài)。如CPU模塊，它在不同的時(shí)間可以作為主方，也可以作為從方；二存儲(chǔ)器只能作為從方。主方可以啟動(dòng)一個(gè)總線周期，而從方只能響應(yīng)主方的請(qǐng)求。每一次的總線操作，只能有一個(gè)主方占用總線控制權(quán)，但同一時(shí)間可以有一個(gè)或多個(gè)從方。
對(duì)于多個(gè)主設(shè)備提出的占用總線請(qǐng)求，一般采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)行仲裁。例如，在多個(gè)處理器系統(tǒng)中對(duì)各CPU模塊的總線請(qǐng)求采用公平性的原則來(lái)進(jìn)行處理；而對(duì)于I/O模塊的總線請(qǐng)求則采用優(yōu)先級(jí)策略。

主設(shè)備（主方、主模塊）：對(duì)總線有控制權(quán)
從設(shè)備（從方、從模塊）：響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線命令

集中式仲裁
①鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式
離中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán)，離總線控制器越遠(yuǎn)，優(yōu)先權(quán)越低。
優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。
缺點(diǎn)：是對(duì)詢(xún)問(wèn)鏈的電路故障很敏感，優(yōu)先級(jí)固定。

②計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)
優(yōu)點(diǎn)：從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，優(yōu)先級(jí)固定 ；從上次終點(diǎn)開(kāi)始計(jì)數(shù)，優(yōu)先級(jí)循環(huán)，所以優(yōu)先級(jí)相等；優(yōu)先級(jí)還可以由程序設(shè)置，優(yōu)先次序可以改變
缺點(diǎn)：增加設(shè)備控制線(log2n)，控制比鏈?zhǔn)诫娐窂?fù)雜

③獨(dú)立請(qǐng)求方式
優(yōu)點(diǎn)：1.響應(yīng)時(shí)間快.
2.對(duì)優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活。可以預(yù)先固定，也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽（禁止）某個(gè)請(qǐng)求的辦法，不響應(yīng)來(lái)自無(wú)效設(shè)備的請(qǐng)求。
因此當(dāng)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請(qǐng)求方式。
缺點(diǎn)：控制線數(shù)量多(2n)，總線控制邏輯更復(fù)雜

分布式仲裁
不需要中央仲裁器，而是多個(gè)仲裁器競(jìng)爭(zhēng)使用總線。當(dāng)它們有總線請(qǐng)求時(shí)，把它們唯一的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個(gè)仲裁器將仲裁總線上得到的號(hào)與自己的號(hào)進(jìn)行比較。如果仲裁總線上的號(hào)大，則它的總線請(qǐng)求不予響應(yīng)，并撤消它的仲裁號(hào)。最后，獲勝者的仲裁號(hào)保留在仲裁總線上。顯然，分布式仲裁是以?xún)?yōu)先級(jí)仲裁策略為基礎(chǔ)。

八、總線通信的四種方式：

同步通信：由統(tǒng)一時(shí)標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳送

異步通信：采用 應(yīng)答方式 ，沒(méi)有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)

半同步通信：同步、異步結(jié)合

分離式通信：充分提高了總線的有效占用

九、總線傳輸周期的四個(gè)階段：

申請(qǐng)分配階段：主模塊申請(qǐng)，總線仲裁決定

尋址階段：主模塊向從模塊 給出地址 和 命令

傳數(shù)階段：主模塊和從模塊 交換數(shù)據(jù)

結(jié)束階段：主模塊 撤消有關(guān)信息

十、總線傳送的三種格式：

串行傳送方式

并行傳送方式：成本高，每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要一條數(shù)據(jù)線

分時(shí)傳送方式：①總線復(fù)用方式②共享總線

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成原理——总线系统总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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