计算机组成原理复习5

总线结构与控制

文章目录

      • 总线结构与控制
        • 总线结构
          • 单总线结构
          • 双总线结构
          • 三总线结构
          • 四总线结构
        • 总线控制
          • 判优控制(仲裁逻辑)
            • 链式查询方式
            • 计数器定时查询
            • 独立请求方式
          • 通信控制
            • 同步通信
            • 异步通信
            • 两种传输率的异步串行传送字符格式

总线结构
单总线结构

计算机组成原理复习5_第1张图片

  1. 单总线结构是将CPU,主存以及I/O设备都挂在一组总线
  2. 允许I/O设备之间,I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息
  3. 单总线结构的特点
    1. 结构简单,易于扩充
    2. 允许部件之间直接交换信息
    3. 共享传输介质极易形成系统瓶颈——某时刻只允许一对部件之间传送信息
    4. 适用于小型微型计算机系统
双总线结构

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  1. 将速度比较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构
  2. 通道为特殊功能处理器,完成外部设备与主存储器之间的数据传送
  3. 双总线结构多用于大,中型计算机系统
三总线结构

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  1. 主存总线用于CPU与主存之间;I/O总线用于CPU与各类I/O信息之间;DMA总线用于主存与高速I/O设备(磁盘,磁带)之间
  2. 主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取
  3. I/O总线只有在CPU执行I/O指令时才用到
  4. 特点
    1. 提高CPU性能
    2. 结构效率低
四总线结构

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  1. 高速总线上挂接着高速I/O设备,对于高速I/O设备而言,减少对CPU的依赖,同时又比扩展总线上的设备靠近CPU,这样提高各自的效率。
总线控制
  1. 总线控制包括判优控制(仲裁逻辑)和通信控制
  2. 解决总线结构必须面对的两个问题:
    1. 总线争用时的仲裁;
    2. 通信的双方如何在时间上协调,具体完成这些任务的是总线控制器。
判优控制(仲裁逻辑)

判优控制分为两种:

  1. 集中式(控制逻辑集中在一处)
    1. 链式查询
    2. 计数器定时查询
    3. 独立请求方式
  2. 分布式(控制逻辑分散在各个部件或者设备上)
链式查询方式

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  • BS:总线忙。获取总线使用权时,建立BS信号
  • BR:总线请求
  • BG:总线同意。串行地从I/O接口送到下一个I/O接口
  1. 特点
    1. 离总线控制部件最近的设备具有最高优先级
    2. 只需很少的几根线就按一定优先次序实现总线控制
    3. 易扩充设备
    4. 对电路故障敏感
    5. 优先级低的设备可能很难获得请求
计数器定时查询

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  1. 工作方式:总线控制部件中有计数器,当接收到BR请求信号时,计数器开始计数,并向设备地址线发出一组地址信号,当某个请求占用总线的设备地址与计数值一致时,获得总线使用权
  2. 特点:
    1. 某个请求占用总线的设备地址与计数值一致时便获得总线使用权,此时终止计数查询
    2. 优先次序可以改变(可以由程序设置初始的计数值)
    3. 电路故障不如链式查询方式敏感
    4. 增加的控制线(设备地址线),控制复杂
独立请求方式

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  1. 工作方式:每一台设备均有一对总线请求线BR,和总线同意线BG。当设备要求使用总线时,便发出该设备的请求信号。总线控制部件中有一排队电路,可根据优先次序确定响应哪一台设备。
  2. 特点
    1. 响应速度
    2. 优先次序控制灵活(通过程序改变)
    3. 控制线数量多
    4. 总线控制复杂
通信控制
  • 总线周期:完成一次总线操作时间
  • 申请分配阶段:获取总线使用权时,建立BS信号
  • 寻址阶段:主模块发出从模块的地址及有关命令,启动从模块
  • 传输阶段:主从数据交换,可单向或双向进行数据传送
  • 结束阶段:主模块的有关信息均从系统总线上撤除,让出总线使用权。
    :::info
    总线通信控制:主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调如何配合。(它的实质是一种协议或规则)
    通常有四种方式:同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信
    :::
同步通信
  • 通信双方由统一时钟控制数据传送

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异步通信

异步通信允许各模块速度的不一致性,采用应答方式(又称握手方式),即当主模块发出请求信号时,一直等待从模块反馈回来"响应"信号后才开始通信。
异步通信的应答方式又可分为不互锁,半互锁和全互锁三种类型。

  1. 不互锁:主从设备都无需等待应答信号,经过一段时间主动确认。
  2. 半互锁:主设备需要等待应答信号,从设备经过一段时间主动确认。
  3. 全互锁:主从设备必须等待应答信号。
    :::info
    数据传送速率:异步串行通信的数据传送速率用波特率来衡量,波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数,单位为bps(位/秒),记作波特。
    :::
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两种传输率的异步串行传送字符格式
  1. 小于最高数据传送率计算机组成原理复习5_第10张图片
  2. 最高数据传送率计算机组成原理复习5_第11张图片
    :::danger
  • 波特率表示每秒钟传送的码元符号的个数——包含数据位,起始位,空闲位,奇偶校验位,终止位…
  • 比特率是指每秒传送的比特(bit)数(描述单位时间内传送数据的多少)——只有数据位

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