计算机组成原理知识点(第三章: 系统总线)
第三章: 系统总线
1.总线的概念
计算机系统的五大部件的互连方式有两种, 一种是各部件之间用单独的连线, 称之为"分散链接" 另外一种是将各部件连接到一组公共信息的传输线上, 称之为"总线连接". 因此, 两个或以上的部件同时向总线传输信息, 就会导致信号冲突而传输无效. 因此在某一时刻, 只允许一个部件向总线发哦是那个信息, 而允许多个部件同时接受到相同的信息.
2.总线的分类.
分类方式有很多种, 以下就按照连接部件的不同, 将总线分为三类.
片内总线, 系统总线, 通信总线.
2.3.片内总线
片内总线指的是芯片内部的总线, 估计就是"分散链接"把.
2.4.系统总线
以下按照传输信息的不同, 把系统总线分三类
数据总线, 地址总线, 控制总线
数据总线: 用来传输 各个功能部件之间的数据信息, 进行双向传递, 其位数与机器字长, 存储字长有关.
地址总线: 主要用来指出数据总线上的 源数据和目的数据 在存储单元中的地址. 地址总线的位数与存储单元的个数有关, 如地址线为20根, 则对应的存储单元个数为2^20.
控制总线: 由于数据总线和地址总线总是挂在总线上共享的, 所以如何使各个部件能够在不同的时刻占有总线使用权. 就是需要通信总线来完成. 它进行单向传递, 另外, 他也能起到监视各个部件状态的功能. 例如, 查询该设备"busy" "free" 是否出错等等功能.
2.5.通信总线
用于计算机系统之间 "或" 计算机系统与其他系统之间的信息交互.
3.总线特性
1.机械特性: 说明机械连接方式的性能, 例如插口的形状
2.电气特性: 说明传输方向和有效的电平范围
3.功能特性: 说明该总线有什么功能
4.时间特性: 指出某一根总线在某一段时间内有效或者失效.
4.总线结构
单总线结构: 将所有设备都挂在同一条总线上.. 结构简单,便于扩充. 但是总线的控制信号从第一个开始传, 传到后面第N个时候, 有传播的延迟时间. 还有, CPU, 主存, I/O设备之间的速率不匹配问题.
双总线结构特点:将速度较低的I/O设备从总线上分离出来, CPU将一部分功能下放给通道,使其对I/O涉笔进行统一管理.
三总线结构特点: 将速率不同的I/O设备进行分类, DMA总线用于告诉I/O设备与主存之间进行直接交换信息.当然拉, 还有很多其他三总线结构.就不一一列举了
5.总线控制
由于总线上有很多设备, 那么这么多设备同时尽享发送或者接收, 会很混乱，所以需要总线判优控制和通信控制来把帮忙。
5.1总线判优控制
将总线上的设备按其有无控制功能分为主设备和从设备.其中主设备对总线有控制权, 并且总线上的信息都是从主设备上发出的. 所以很显然, 从设备并无控制权. 总线判优控制可以分为:集中式和分布式两种. 其中集中式又分为链式查询, 计数器定时查询 , 独立请求三种
5.1.1 链式查询
BS总线忙, BR总线请求, BG总线同意
BG总线同意信号一直从第一个往下传, 如果碰到有总线请求的接口, 就不再往下传, 并且建立BS总线忙信号.
5.1.2 计数器定时查询
BS总线忙, BR总线请求
总线控制接收到BR请求, 当BS没有使用时, 计数器开始计数, 通过设备地址线向各设备发出信号, 当计数值与设备地址一致,该设备就获得使用权.
5.1.3 独立请求方式
BR总线请求， BG总线同意
每个设备都有BR和BS, 当设备提出BR请求时, 总线控制内部有一排队电路, 通过优先次序安排先后.
6.总线通信控制
完成一次总线操作通常需要4个阶段
1.申请分配阶段 2.寻址阶段 3.传数阶段 4.结束阶段
总线通信控制主要解决双方如何获得传输开始和传输结束, 以及通信双方如何协调, 有四种; 同步通信, 异步通信, 半同步通信, 分离式通信
6.1同步通信
通信双方由统一时标控制数据的传输.通常由CPU的总线控制发出
特点: 规定统一, 模块间容易配合, 不过主从模块的时间配合属于强制性同步, 必须在规定的时间内完成规定的要求, 对于速度不一致的部件而言, 必须按照速度最慢的部件设置公共时钟.所以挺慢的.
6.2 异步通信
异步通信允许各个模块之间速度不一致, 不采用公共时钟, 采用应答方式(对方有回复的响应) 就是三次握手那样, 主模块发出请求信号, 等到从模块发出反馈信息并且主模块收到才开始通信. 所以分为三种异步通信方式, 不互锁, 半互锁, 全握手
不互锁: 主模块发出请求后, 不必等待从模块的反馈, 而是等待一段时间后就开始撤销请求信号, 在一段时间内发送回答信号,等待一段时间后就会主动撤离回答信号 .
半互锁: 主模块发出请求后, 必须等待从模块的回答信号后再撤销请求信号,从模块收到请求信号后发出回答信号, 隔一段时间后就主动撤离其回答信号.
全互锁: 主模块发出请求后, 必须等待从模块的回答信号后再撤销请求信号, 从模块发出的回答信号,必须收到主模块的请求信号撤销后, 再撤销其回答信号.
7.分离式通信
特点;
1.各个模块都有申请总线的权利
2.个模块占用总线使用权都必须提出申请
3.在得到总线使用权后，主模块在限定的时间内向对方发送信息，采用同步方式传送，不再等待对方的回答信号。
4.各模块在准备数据的过程中都不占用总线，是总线可以接受其他模块的请求
5.总线被占用时都在做有效工作，或者通过他发送命令，或者通过他传送数据，不存在空闲等待时间，充分地利用了总线的有效占用，从而实现了在多个主、从模块间进行交叉重叠并行式传送，这对大型计算机是极为重要的.