计算机组成原理2----系统总线

计算机由控制器，运算器，存储器，输入以及输出组成，各部件之间连接方式有：

分散连接：各部件单独连线

总线连接：各部件连到一组公共信息传输线上

总线的信息传输方式有：串行以及并行

1.总线结构计算机

1.1单总线结构

                            

IO与主存通信时不会影响CPU功能，CPU，主存，IO共用单总线，竞争激烈。

1.2以CPU为中心的双总线结构

                                 

IO与主存分别通过总线与CPU连接，IO与主存通信会占用PCU，因此会影响CPU效率。

1.3以存储器为中心的双总线结构

                              

CPU与主存通信使用存储总线，主存与IO通信使用系统总线，不会占用CPU。

2.总线分类

传输方式不同： 并行传输总线，串行传输总线

连接部件不同：片内总线，系统总线，通信总线

片内总线：芯片内部的总线

系统总线：计算机各部件之间的信息传输线

       数据总线：传输数据信息  双向传输总线    机器字长  存储字长

       地址总线：主存单元地址或者IO设备地址   单向  存储地址  IO地址

       控制总线： 传输控制信号   单向

通信总线：计算机系统之间或者计算机与其他系统之间的通信

3.总线特性

                            

总线特性：

1.机械特性  尺寸  形状  管脚数  排列顺序

2.电气特性  传输方向  有效的电平范围

3.功能特性   每根传输线的功能  地址  数据  控制

4.时间特性  信号的时序关系

4.总线性能指标

1.总线宽度  数据线的根数

2.标准传输率  每秒传输的最大字节数MBps

3.时钟同步异步   同步  不同步

4.总线复用   地址线与数据线复用

5.信号线数   地址线，数据线和控制线总和

6.总线控制方式  突发  自动  仲裁  逻辑  计数

7.其他指标  负载能力

5.总线标准

系统与各模块，模块与模块之间一个互连的标准界面。主流的标准如下：

                              

各种标准总结如下：

                                  

6.总线结构

单总线和多总线

6.1.单总线方式

                                   

结构简单，便于扩展；

系统总线竞争激烈，同一时刻只允许一个设备占用总线，系统效率不高；

6.2.多总线方式

双总线结构  主存通过通道与IO通信  CPU效率高

                                    

6.3.三总线结构      主存总线用于CPU与主存通信   IO总线用于CPU与IO设备通信  DMA总线用于高速IO设备与主存直接通信

                             

6.4.三总线结构2     局部总线用来连接CPU与Cache   Cache与主存，扩展总线通过系统总线相连  主存与IO通信时不需要经过CPU

                                    

6.5.四总线结构      

                                  

7.总线结构举例

7.1传统微型计算机总线结构

低速设备，高速设备通过总线控制器与系统总线相连，速度不匹配

                              

7.2VL-BUS局部总线结构

低速设备通过总线控制器与系统总线相连 高速设备通过VL-BUS局部总线直接与系统总线相连

VL-BUS总线速度会限制CPU的性能

                               

7.3PCI总线结构

利用PCI桥使得系统总线和PCI总线隔离，具有更高的灵活性

                                

7.4PCI多层总线结构

                                     

参考资料：

计算机组成原理--哈工大--刘宏伟