【计算机组成原理/笔记+习题】第三章 总线

一、总线的基本概念

1.1什么是总线

总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质

为什么要用总线？

早期计算机外部设备少时大多采用分散连接方式，不易实现随时增减外部设备。为了更好的解决I/O设备与主机之间连接的灵活性问题，计算机的结构从分散连接发展为总线连接。

总线是分时的（同一时刻只允许一个部件向总线发送信息，如果系统中有多个部件，则它们只能分时的向总线发送信息），共享的（总线上可以挂接多个部件，各个部件相互交换的信息都可以通过这组线路分时共享）。

1.2总线上信息的传送

串行
并行

二、总线的分类

按数据传输格式：

1.串行总线（如USB）

优点：只需要一根传输线，成本低廉；抗干扰能力强，广泛应用于长距离传输；应用于计算机内部时可节省布线空间

缺点：在数据发送和接收时要进行拆卸和装配；要考虑串行-并行转换的问题

2.并行总线（如CPU与内存间的数据总线）

优点：总线的逻辑时序比较简单，电路实现起来比较容易

缺点：信号线数量多，占用更多布线空间；远距离传输成本高昂；信号线间易产生干扰，所以并行总线的工作频率未必比串行总线高

常见并行总线：STD.   PC.    IEEE488  ISA、EISA、VESA、PCI、AGP

常见串行总线：I2C   SPI     USB     PCI-E     SATA   RS232

系统总线：ISA    EISA

局部总线：PCI    VESA    AGP

按总线功能：

1.片内总线  芯片内部的总线（如在CPU内部，寄存器和寄存器之间、寄存器和ALU之间）

2.系统总线  CPU、主存、IO设备各大部件之间的信息传输线。通常规定CPU发出的信号为输出信号，送入CPU的信号为输入信号。

1. 数据总线  用来传输各功能部件之间的数据信息，双向，位数与机器字长、存储字长有关。数据总线的位数称为数据总线的宽度。
2. 地址总线  用来指明CPU欲访问的存储单元或IO端口的地址。单向，由CPU发出。位数与存储地址、I/O地址有关。
3. 控制总线  用来发出各种控制信号。可认为是单向：CPU发出存储器读/写命令、总线允许、终端确认；也可认为是双向：设备发出中断请求、总线请求。对CPU而言，控制信号有出有入。

3.通信总线

用于计算机系统之间或计算机与其他系统（控制仪表、移动通信）之间的通信

传输方式：串行通信总线、并行通信总线

片内总线是在芯片内部的总线，比如在CPU内部连接各寄存器的总线，请问这条总线的宽度和以下哪个概念有关？机器字长/存储字长/指令字长/都不是

机器字长（机器字长指CPU一次能处理数据的位数，与 CPU 中的寄存器位有关）

在系统总线的数据线上不可能传输的是（）

A指令              B操作数

C握手（应答）信号  D中断类信号

C握手信号通过控制线传输

A

三、总线特性及性能指标

3.1总线物理实现

3.2总线特性

1.机械特性  尺寸、形状、管脚数及排列顺序

2.电气特性  传输方向和有效的电平范围

3.功能特性  每根传输线的功能（数据、控制、地址）

4.时间特性  信号的时序关系

3.3总线的性能指标

1.总线的传输周期（总线周期）：一次总线操作所需的时间（包括申请阶段、寻址阶段、传输阶段、结束阶段）总线周期和时钟周期可能是一对一，一对多，多对一

2.总线时钟周期：即机器的时钟周期

3.总线的工作频率：总线周期的倒数，指一秒钟传送几次数据

4.总线的时钟频率：时钟周期的倒数，指一秒钟有多少个时钟周期