计算机组成原理--总线(一)

基本概念

        在冯诺依曼结构中计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成,各个部件显然不能是独立的,相互之间要进行信息的传递,而总线就是各个部件共享传输介质。有两个关键点,一是共享,二是传输介质。传输介质就是物理媒介(比如导线之类),共享就是所有部件都使用这个总线。

举个例子,为方便村民交流要在村子里修路,怎样修才方便呢?

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 第一种想法是没两户之间都修条路:

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 很显然这种方法是不好的,不仅使得村子里道路纷繁杂乱,还耗资巨大,村民(痛苦面具)。

再来看看另一种方法:

计算机组成原理--总线(一)_第3张图片

 在村子中修一条主干道,所有的村民都通过这条主干道去串门,村民就很开心。

在这个例子中我们就可以把房子想象为各个部件,村民想象成为数据,主干道就是总线,所有部件发出的数据都通过总线前往另一个部件。

但总线也有其缺点,同一时间只能有一个部件使用总线

总线上信息的传送方式:

        一、串行

        二、并行

计算机组成原理--总线(一)_第4张图片

 

总线结构举例:

        1. 单总线结构框图

        计算机组成原理--总线(一)_第5张图片

         所有的设备共用一条总线,很显然数据的传输效率不是很高。

        2. 面向CPU的双总线结构框图

        计算机组成原理--总线(一)_第6张图片

         主存和外部设备间没有总线,主存与外部设备信息传递需要经过cup,效率也受到影响。

        3. 以存储器为中心的双总线结构框图

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接下来我们对总线进行分类:

根据总线的位置:

1. 片内总线(在芯片内部)

2. 系统总线(芯片外部,计算机各部件之间)

根据系统总线上传输的信号:

2.1 数据总线:双向,与机器字长、存储字长有关。

2.2 地址总线:单向,与存储地址、I/O地址有关。

2.3 控制总线 :系统各个部件相互传输信号。

3. 通信总线(计算机与计算机之间、计算机与其他系统之间(如控制仪表)的通信)传输方式:

3.1 串行通信总线       

3.2 并行通信总线

总线特性及性能指标

总线物理实现:在主板上,各设备插在总线接口上。

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         为了实现功能,总线必然要具有一些特性。

总线的特性

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 总线控制:

在上面我们已经知道同一时间只能有一个部件使用总线,但是可能会有多个部件同时申请试用总线的情况,所以要有一个总线控制机构来确定优先级,这就叫总线仲裁(总线判优)

几个基本概念:

  • 主设备        控制总线的部件
  • 从设备        被主设备访问的部件

总线仲裁分为两大类:

1. 集中式总线仲裁

链式查询方式:

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 计数器定时方式:

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 独立请求方式:

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