计算机组成原理(二)-总线
认识了计算机的基本组成，那么各个组件之间是如何进行交流的呢？那就是总线。
什么是总线？
总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，英文名Bus，跟名字一样用于信息传递，一条总线同一时间只能向一个方向传递一种信息。
总线的分类:
总线按照连接组件的大小可以分为片内总线、系统总线和连接外部设备的拓展总线
片内总线：芯片内部用于连接控制器和运算器、运算器和寄存器、寄存器和寄存器之间等，或者存储体内部用于连接各个存储单元的组件内部的总线，被称为片内总线
系统总线：CPU，主存这种组件和组件之间的连接线称为系统总线。系统总线按照功能又可以分为数据总线，地址总线和控制总线
数据总线：一条双向传输线，用于数据交换，来回传送需要处理或是需要储存的数据，一条数据总线的宽度一般等于机器字长，即CPU位数，所以一个64位的CPU，对应的一条数据总线的宽度就是64bit，也就是8byte，一次可以传输8byte的数据。而这个宽度一般与存储体中一个存储单元的大小相同，使存储体和CPU之间的数据传输统一，达到最大化利用，最简单化传输。
地址总线：这是一条单向传输线，用来指定在存储器之中储存的数据的地址，而一条地址总线的宽度与CPU支持的最大寻址范围呈正相关，总线宽度越宽，CPU支持的寻址范围越广，支持的主存储器大小越大。而这个宽度一般是小于等于CPU位数的，像一个64位的CPU，地址总线的宽度现在最低40位起步，但是要小于CPU位数，这也是为什么早期的32位CPU和操作系统最大支持内存小于4G的原因，即使安装了8G内存，但是寻址范围远小于8G，这个后边会具体讲。
控制总线：算是一条单向传输线，用于将控制单元(CU)的控制信号传送到周边设备。
拓展总线：外部设备和计算机主机进行数据通信的总线，例USB总线，PCI总线(插显卡的)。
冷知识：USB也是一种总线标准，Type-c是USB3.1标准的一种。传统的USB接口一共有4个接触点，外侧两根用于充电，内里两根用于数据传输，如果哪天你的USB不能传输数据了，那么有可能内里两根线断了，那种便宜的只能充电不能传输数据的USB数据线，内里两根线可能都没接。
总线控制及总线仲裁：
一条总线同一时间只能做一件事情，如数据总线同一时间只能向内或向外，读或者写数据信息。所以谁用，成了问题，这个时候就需要对总线占用进行"论资排辈"。
按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类,这里只讲集中式仲裁。
1.链式查询：
链式查查询其实就是将所有组件串行化，强调由近及远依次查询。无论哪个组件发起总线占用请求，总线控制器都会由近及远的做出响应，当查询到总线请求，BG信号便不再继续查询，该I/O接口获得总线控制权。比如有四台设备，由近及远编号0~3,1号设备先发起总线请求，0号设备后发起请求，总线控制器会先对0号设备做出响应，就只是因为0号设备离得近，所谓”近水楼台先得月“即是如此，只有当0号设备不请求了，总线控制权不要了，才轮到1号设备。
链式查询的优点：电路简单，逻辑也简单，易于拓展
链式查询的缺点：电路敏感，前边的断了BG线断了，信号无法到达后边，所有后面的设备都瘫痪了，而且一点都不公平，后边的设备再怎么努力工作，优先级永远是最低的。
2.计数器定时查询：
中央仲裁器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备 置“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。简单点说每个设备都有一个编号，每次接受到请求，计数器加1，对设备总数取模，对对应编号的设备做出响应，取得总线控制权。
每次计数可以从“0”开始，也可以从中止点开始。如果每次都是从“0”开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等。
3.独立请求方式
每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。中央仲裁器中的排队电路决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号BGi。遵循的是先来后到原则。
优点：响应时间快，确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。按照请求顺序做出响应，可以保证公平。
缺点：线路复杂，成本较高，不易于拓展。
总线通信的目的是为了解决通信双方的配合问题，那么一个总线周期应该包含四步
①申请分配：主模块发起总线控制申请，总线开始仲裁。
②寻址阶段：主模块向从模块发出地址命令
③传输阶段：从模块根据地址找到对应数据，通过数据总线传输给主模块或者将主模块传输的数据写入到从模块
④结束阶段：使用完毕之后，出让总线的控制权。