计算机组成与结构复习整理（六）

总线

部件之间有两种互连方式，分散连接，各部件之间通过单独的连线互连。总线连接：各个部件连接到一组公共信息传输线上。

特性

A.物理特性（连接类型、数量、接插件的几何尺寸和形状）
B.电气特性（某串行接口规定低电平要低于-3V，表示逻辑“1”，高电平要高于+3V，表示逻辑“0”）
C.功能特性（不同的控制线功能不同，如地址线用来传输地址信息，数据线用来传输数据信息）
D.时间特性（每根线产生的信号之间的时序关系）

分类

A.内部总线：芯片内部连接各元件的总线。
B.系统总线：连接计算机系统内各功能部件。（组成：一组数据线、一组控制线、一组地址线）
C.通信总线：用于主机和I/O设备之间或计算机系统之间的通信。

总线的数据传输方式

串行传输（又分为同步方式和异步方式）和并行传输。

总线设计时要考虑的基本要素

（1）信号线类型：专用信号线 / 复用信号线
（2）仲裁方法：集中式裁决 / 分布式裁决
（3）定时方式：同步协议方式 / 异步协议方式/半同步协议方式/分离事务协议方式
（4）事务类型：总线所支持的各种数据传输类型和其他总线操作类型
（5）总线带宽：单位时间内在总线上传输的有效数据

总线裁决

决定哪个总线主控设备将在下次得到总线使用权的过程。
总线上连接的各个部件，根据其对总线有无控制能力被分为主控设备和从设备两种。
裁决方案应尽量平衡“等级性”和“公平性”。

集中式裁决方式

分布式裁决方式

（1）自举分布式裁决
（2）冲突检测分布式裁决
（3）并行竞争分布式裁决

总线结构

（1）单总线结构
（2）双总线结构
（3）三总线结构

输入/输出设备

分类

（1）输入设备：键盘、鼠标、光笔、触摸屏、跟踪球、控制杆、数字化仪、扫描仪、语言输入、手写汉字识别、纸带输入机、卡片输入机、光学字符阅读机
（2）输出设备：显示器、打印机、绘图仪、语音输入设备、卡片穿孔机、纸带穿孔机
（3）输入/输出设备：磁盘机、磁带、可读/写光盘、CRT终端、通信设备

打印机种类

击打式、非击打式

输入/输出组织

基础知识

A.I/O接口的功能：数据缓冲、错误或状态检测、控制和定时、数据格式转换、与主机和设备通信
B.I/O接口按数据传送方式分为并行接口和串行接口。
C.I/O端口实际上就是I/O接口中的各种寄存器，如数据缓存寄存器、控制状态寄存器。一个I/O端口可能是输入端口、输出端口，或者是双向的既可输入也可输出的端口。
D.I/O端口的两种编址方式：独立编址方式（有专门的输入/输出指令）、统一编址方式。

程序中断方式

中断分类

a.内中断：由处理器内部的异常事件引起的中断。
b.外中断：外设完成任务或出现特殊情况引起。

中断系统的基本功能

a.及时记录各种中断请求信号
b.自动响应中断请求
c.自动判优
d.保护断点和现场
e.中断屏蔽:中断屏蔽机制，使得每个中断可以设置它允许被哪些中断打断，不允许被哪些中断打断，通过在中断系统中设置中断屏蔽字来实现。

中断过程

中断过程包括两个阶段：中断响应阶段和中断处理阶段。
中断响应阶段由硬件实现。
中断处理阶段则由CPU执行中断服务程序完成，由软件实现。

例题

     假定某中断系统有四个中断源，其响应优先级为1>2>3>4。假定CPU在执行用户程序时，同时发生了1、3和4级中断请求，而在执行3级中断服务程序的过程中又发生了2级中断请求。
(1)写出处理优先级为1>2>3>4时各中断的屏蔽字及CPU完成中断服务程序的过程。
(2)写出处理优先级为1>4>3>2时各中断的屏蔽字及CPU完成中断服务程序的过程。
解：
(1)


（2）

DMA（直接存储器存取方式）

A.DMA方式用专门的DMA接口硬件来控制外设与主存间的直接数据交换。
B.三种DMA方式：CPU停止法、周期挪用法、交替分时访问法
C.DMA的总线优先权比CPU高。
D.DMA接口的功能
   (1) 接收外设发来的“DMA请求”信号，并能向CPU发“总线请求”信号。
   (2) CPU发出“总线响应”信号后，接管对总线的控制。
   (3) 在地址线上给出主存地址，并自动修改主存地址。
   (4) 识别传送方向以在控制线上给出正确的读写控制信息
   (5) 确定传送数据的字节个数。
   (6) 发出DMA结束信号。引起一次DMA中断，进行数据校验等一些后处理。