计算机组成原理学习-第七章总线（详细、系统）

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计算机组成原理【专栏】

须知

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参考学习资料：《计算机组成原理(蒋本珊 编著) 第三版》

7.1 总线概述

总线是一组能为多个设备分时共享的公共信息传送线路。
总线是一组线，他可以让多个设备在他上面跑数据，这是共享，但是每次只能跑一个设备的数据，这是分时。

 7.1.1 总线的基本概念

 总线工作原理(设备A与设备B通信)：
  1. 设备A驱动总线，让总线发出设备B的地址和要通信的数据
  2. 此时除了A设备，其他设备均处于高阻态
  3. 此时地址和数据在总线上流动，遇到设备B，接受信息，完成通信
  4. 此时的A设备恢复高阻态

 1.三态门和总线电路：

 1.1三态门：
 输出状态：0、1以及高阻态(又称浮空态，与外界切断联系不等同于0，也不等同于1)

 1.2总线电路：
 按总线逻辑来分：单向总线(地址总线-单向三态)和双向总线(数据总线-双向三态)

 2. 总线事务：

 将总线上一对设备之间的一次信息交换过程称为一个总线事务
 将发送请求的设备称为 主设备，将接受请求的设备称为 从设备。典型：“存储器读”、“I/O写”

 3.总线使用权

 完成一次总线操作的时间称为总线周期
 在总线上进行一次数据传送之后，发生总线使用权的转让，选择下一总线周期谁能获得总线的使用权(根据优先级)，在本周期内转让总线使用权。

 7.1.2总线的分类

 1.按功能层次分类
 （1）.片内总线：CPU内部寄存器和寄存器之间、寄存器和ALU(运算器)之间的公共连接线。
 （2）.系统总线：(CPU、主存、I/O接口)之间的总线，分时复用的话，可以分为数据总线、地址总线和控制总线。
 （3）.功能总线：计算机与其他系统(远程设备、测试设备)之间的总线
 2.按数据线的多少分类
  （1）.并行总线：含有多条双向数据线(由于电生磁的缘故，速度低于串行总线)
  （2）.串行总线：只含有一条双向数据线或两条单向数据线

 7.1.3 总线的组成及性能指标

 1.总线结构
 （1）.单总线结构：只有一条系统总线

 （2）.双总线结构：在单总线基础上增加专用于CPU与主存之间的数据传送通路

 （3）.三总线结构：在双总线的打基础上增加一条I/O总线

 2.总线特性
 （1）.物理特性：说明总线的线数、总线的插头等等
 （2）.功能特性：说明总线的功能。
 （3）.电气特性：说明总线上信号的传递方向以及有效电平范围
 （4）.时间特性：规定总线上各个信号有效的时序关系
 3.总线的性能指标
 （1）.总线宽度：有多少根总线
 （2）.总线带宽：每秒传输的字节数 B=W×F/N
 B：(总线带宽) W：(总线宽度) F：(总线时钟频率) N：(完成一次数据传送所用的时钟周期数)
 其中F/N代表每根总线每秒传输的字节数。
 （3）.总线负载：总线上所接的最大设备数量
 （4）.总线复用：分时复用
 （5）.总线猝发传输：传输一个地址和多个地址连续的数据(正常是一个地址一个数据)

7.2 总线仲裁

为了保证同一时刻只有一个主设备使用主线，就需要设置一个总线判优和仲裁控制机构，判优来确定那个那个设备先使用总线，仲裁这个词理解成管理，判优按照仲裁控制可以分为集中式控制和分布式控制

 7.2.1集中仲裁方式

  集中式仲裁就是把所有的仲裁全部放在一起，大家想要仲裁的话就去同一个地方去仲裁。
 1.链式查询方式

 1.主设备发送BR信号(BR信号有效，说明不止一个设备在请求)，此时看BS线是否有效，有效的话就等BS完了之后再请求。
 2.当BS信号无效之后，BR信号此时被总线控制器响应，发送出BG信号，然后BG信号开始传送，直到传送到从设备。

 2.计数器定时查询方式

 相比与链式加了一条线：计数器查询线（这个计数器开始从0一直加，0代表第一个设备）用来查询请求是哪个设备发出的。
 这种计数的开始有两种：1.每次从0开始(这样就和链式的一样了)2.从上次中止的开始(这样每个设备被查询的机会相等)
 3.独立请求方式

 既然比较难确定是哪个设备发出的信号，那老子就给每个设备都加上一根BR，总线控制器看到BR_k的k之后就直接知道是第k个设备发出的请求。

 7.2.2 分布仲裁方式

 直接给每个设备发一个总线控制器，在这样的主线上，主设备可以启动一个总线周期，而从设备只能响应主设备的请求。既然没有了集中的总线控制器，那么就会出现到底总线给哪个设备用呢？一般采用优先级、冲突检测或公平策略来进行仲裁。而这其中的冲突检测就是我们计算机网络中著名的CS（载波侦听）MA（多路访问）/CD（边发边听）

7.3 总线定时控制

 主机与外设通过总线进行信息交换的时候(输入输出设备？),要存在时间上和动作上的配合，肯定要定个一起工作的方式啊：同步和异步。

 7.3.1同步定时方式

 他俩用同一个时钟，这个时钟发信号了，他俩就开始工作。而这个时钟周期的话由于必须适应最慢的接口，而导致变大，整体变慢。

 7.3.2异步定时方式

 他俩不用通过时钟来控制请求和回答，而是通过：不互锁、半互锁和全互锁来控制请求的撤销和回答的撤销
 （1）不互锁：请求的结束和回答的结束不互锁(也就是没有关系)

 （2）半互锁：请求的结束，并没有撤销，等到回答信号之后才撤销请求，而回答信号的撤销由自己决定

 （3）全互锁：请求的结束之后，收到回答信号，撤销请求的同时，给回答发送请求，让其撤销回答信号

7.4 总线标准

总线的标准制定有两个途径：一个是由权威组织制定的，称为正式标准；还有一个是由那些厂家广泛使用的标准，称为事实标准，事实标准经过一段时间，然后讨论之后才能成为正式标准。

 7.4.1系统总线标准

 1.PC/XT总线
 2.ISA总线
 3.MCA总线
 4.EISA总线
 5.VL总线
 6.PCI局部总线
 7.AGP
 8.PCI-Express总线

 7.4.2外部总线标准

 1.串口并口：
 2.USB：就USB接口
 3.IEEE 1394接口：支持热插拔(以前的鼠标出问题了必须重启电脑才能恢复功能，现在的直接拔了重插)
 4.eSATA接口：不等于SATA接口哦，相当于外接硬盘线

  参考学习资料：《计算机组成原理(蒋本珊 编著) 第三版》

后话

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