计算机组成_第六章：系统总线

6.1 总线的基本概念

        计算机的若干功能部件之间不可能采用全互联形式，因此就需要有公共的信息通道，即总线

总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路

总线上信息的传送

        串行        一次传送一位信号

        并行        一次传送多位信号

                    容易引起信号干扰， 适用于短距离传送    

6.2 总线的分类

1.内部总线

2.系统总线

       数据总线

       地址总线

       控制总线   

3.通信总线

        传输方式

        串行通信总线

        并行通信总线

6.3 总线的特性及性能指标

 1. 总线宽度

        一次操作可以传输的数据位数 数据线 的根数（4/8/16） 总线宽度不会超过微处理器外部数据总线的宽度

2. 标准传输率

        每秒传输的最大字节数（MBps）

3. 时钟同步/异步

4. 总线复用        

        总线复用，可以在损害系统性能的前提下，减少了系统的管脚数，降低硬件系统设计的复杂度。

5. 信号线数

6. 总线控制方式        并发、自动、仲裁、逻辑、计数

7. 其他指标        负载能力

6.4 总线结构

适配器（接口）：实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。

单机系统中总线结构的两种基本类型：

        单总线结构：使用一条单一的系统总线来连接CPU、内存和I/O设备。

        双总线结构：在CPU、主存、I/O之间互联采用多条总线。

一、单总线结构

        

单总线结构特点：

        在单总线结构中，要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时，能迅速获得总线控制权；

        而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。否则，由于一条总线由多种功能部件共用，可能导致很大的时间延迟。

6.5 总线控制

总线控制主要解决两个问题

一、总线判优控制

        多个设备可能会同时向总线发出占用总线的请求，而总线在任何一个时刻都只能供一对设备使用，确定到底哪个设备来使用总线的过程就是总线的判优控制。

根据是否能提出占用总线请求，可以把总线上的设备分成以下两类：

主设备(模块)        对总线有 控制权

从设备(模块)        响应 从主设备发来的总线命令

总线判优控制方法

        集中式        

                判优逻辑集中在一个部件上， 比如由CPU集中控制判优。

                链式查询

                BS  －总线忙 BR－总线请求 BG－总线同意

                链式查询方式中，各设备占用总线的优先级？

                        按照设备的连接顺序，从前向后依次降低。

                链式查询方式的优点

                        结构简单，扩展性强

                链式查询方式的缺点

                        1. 对电路故障敏感

                        2. 需要逐一查询设备，总线响应速度慢。

                        3. 优先级固定，后面的设备可能等待较长的时间      才能获得总线的使用权。

                计数器定时查询

                BS  －总线忙 BR－总线请求

                计数器定时查询方式的优点

                        优先级比较灵活（与计数器的初始值相关）

                                计数器的初值通常为上一次占用总线的设备 编号开始，设备优先级是循环的。

                计数器定时查询方式的缺点

                        1. 电路线条增加

                                地址线、数据线、BR、BS不变

                                设备地址线的条数？

                        2. 顺序查询设备，总线响应速度慢。

                独立请求方式

                BG－总线同意 BR－总线请求

        分布式

                判优逻辑分布在各个设备上。

二、总线通信控制。

        占用总线的设备，如何完成通信过程，从而保证通信过程的正确性。

总线通信的四种方式

(1) 同步通信        由 统一时标 控制数据传送

                            在固定的时间点完成固定的操作    

                                适用于速度相近的设备之间进行数据传送。

(2) 异步通信        采用 应答方式 ，没有公共时钟标准

(3) 半同步通信        同步、异步结合

        同步   发送方 用系统 时钟前沿 发信号

                  接收方 用系统 时钟后沿 判断、识别    

        异步   允许不同速度的模块之间协调工作

                  增加一条  “等待”响应信号 

上述三种通信的共同点

一个总线传输周期（以输入数据为例）

        主模块发地址 、命令                占用总线

        从模块准备数据                        不占用总线

        从模块向主模块发数据             占用总线

(4) 分离式通信        充分 挖掘 系统 总线每个瞬间 的 潜力

分离式通信特点        充分提高了总线的有效占用

        1. 各模块有权申请占用总线

        2. 采用同步方式通信，不等对方回答

        3. 各模块准备数据时，不占用总线

        4. 总线被占用时，无空闲