文章目录

  • 1. 总线概述
    • 1.1 基本概念
    • 1.2 总线的分类及结点结构
      • 1.2.1 系统总线结构
        • 1.2.1.1 单总线结构(系统总线)
        • 1.2.1.2 三总线方式（主存总线、I/O总线、DMA总线）
        • 1.2.1.3 双总线方式（主存总线、I/O总线）
    • 1.3 性能指标
  • 2. 总线仲裁
  • 3. 总线定时
    • 3.1 总线周期
    • 3.2 总线定时分类
      • 3.2.1 同步定时方式
      • 3.2.2 异步定时方式
      • 3.2.3 半同步通信
      • 3.2.4 分离式通信
  • 4. 总线标准

1. 总线概述

1.1 基本概念

  1. 总线定义：是一组能为多个部件分时、共享的公共信息传送线路。
  2. 特点：同一时刻只能有一个部件发送数据【体现分时性】，但是可有多个部件接受数据【体现共享性】。
  3. 总线设备
    1. 主设备：获取总线控制权的设备
    2. 从设备：被主设备范围的设备
  4. 总线的猝发传输：在一个总线周期内传输地址连续的多个数据字。由：传送首地址 + 数据传输 两部分组成【单总线不支持，双总线和三总线都支持】
  5. 使用总线的好处：
    1. 便于增减外设
    2. 减少信息传输信的条数，减低了数据传输率

1.2 总线的分类及结点结构

注意：

  1. 串行总线不一定比并行总线慢，只是大多数情况下慢
  2. 地址总线情况有2种：
    1. 主存单元地址
    2. I/O端口地址
  3. 控制总线功能有2个：
    1. CPU向主存和I/O设备发出时序信号和控制信号
    2. 主存和外设(I/O设备)的对CPU的响应信号

    握手应答信号属于控制总线

  4. 总线之间通过桥接器相连
  5. 串行总线传送数据：1位起始位 + 数据位 + 校验位 + 终止位

1.2.1 系统总线结构

CPU、主存、I/O设备 间的连接关系
基本连接：CPU与主存连接，CPU与I/O控制器连接

1.2.1.1 单总线结构(系统总线)

CPU、主存、I/O设备连接在一条总线上

注意：

  1. 单总线并不是指只有一条信号线，而是指一个系统总线。
  2. 单总线不支持并发传输，即不支持猝发传输

1.2.1.2 三总线方式（主存总线、I/O总线、DMA总线）

CPU、主存、I/O设备 三者相互连接。

1.2.1.3 双总线方式（主存总线、I/O总线）

CPU和主存都不处理I/O，将I/O交给通道处理：

1.3 性能指标

注意：总线周期与时钟周期可以是一对多，也可以是多对1

  1. 多对一

    注意：猝发传输 = 传送首地址 + 数据传输

  2. 一对多

注意：

  1. 一个时钟周期内，CPU和总线的控制信号是不变的。
  2. 单周期处理器必须配合多总线
    单总线必须配合多周期处理器
  3. 部分数据读，部分数据写；不是部分时间读，部分时间写

2. 总线仲裁

多个设备可同时请求使用总线，那么如何解决总线的争用问题？总线仲裁就是来解决这个问题的。

* 总线仲裁分类1. 集中仲裁1. 链式查询方式2. 计数器查询方式3. 独立请求方式2. 分散仲裁

注意：

  1. “总线忙”信号由主设备建立而不是仲裁器 = 总线控制器
  2. 计数器查询可以实现优先级相等，也可以实现优先级不等。若每次从上次结束的地方开始，则相等

分布仲裁方式：~总裁号发布给其他设备，每个设备通过自己的仲裁器，得到自己是不是主设备~

  1. 不需要总线控制器（仲裁器）
  2. 每个主模块都有自己的仲裁号和仲裁器

3. 总线定时

总线定时：通信双方遵守某种协议，从而实现数据传输。

3.1 总线周期

四个阶段

  1. 申请分配：需要使用总线的设备发送请求，总线仲裁, 发送总线忙
  2. 寻址阶段：根据主模块发送的从模块地址，启动该从模块
  3. 传输阶段
  4. 结束阶段：主模块信息从总线上撤销。

3.2 总线定时分类

3.2.1 同步定时方式

  1. 不同速度的设备可以采用同步方式，也可以采用异步方式。只是更适合异步方式
  2. 同步通信的特点：
    1. 统一的时序信号控制
    2. 不需要应答信号
    3. 总线长度短
    4. 总线周期长度不可变
    5. 各部件的存储时间比较接近

3.2.2 异步定时方式

  1. 异步通信/定时/控制方式的特点：

    1. 没有统一的时钟
    2. 靠双方的“握手”实现定时控制
    3. 双方按需求分配时间，即总线周期可变。
    4. 适用于速度相差较大设备
  2. 分类：
    1. 非互锁：可靠性最低，但最快
    2. 半互锁
    3. 全互锁：最可靠，但最慢

注意：

  1. 设备的数据传输率指所有数据，而不是有效数据
  2. 要求有效数据传输率才是

3.2.3 半同步通信

注意：半同步通信中，握手信号的采用是由同步时钟控制的。但是数据的传输是双方按需求分配的。

3.2.4 分离式通信

在寻址阶段时，主设备占用总线，而找到从设备后，从设备在准备数据，此时，总线被占用但是没有被使用。
分离式通信就是对这方面的改进，即该阶段主模块放弃总线使用权。

4. 总线标准

注意：USB为串行总线，同时只可以传输1位数据。

计组高分笔记：【06】计算机组成原理概述 「单总线 | 双总线 | 三总线 | 总线仲裁 | 总线标准 | 总线定时 | 同步定时 | 异步定时 | 半同步通信 | 分离式通信」相关推荐

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