计算机组成原理第六章上半章知识总结

第六章  总线系统

总线的基本概念：

数字计算机是由若干系统功能部件构成的，这些系统功能部件在一起工作才能形成一个完整的计算机系统。
总线定义: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。借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。

总线可分为以下几类:
内部总线:CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。
系统总线:外部总线。CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线。
I/0总线:中低速I/O设备相互连接的总线。

总线的特性
线的特性可分为:物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。
物理特性:总线的物理连接方式（根数、插头、插座形状，引脚排列方式)
功能特性:每根线的功能
电气特性:每根线上信号的传递方向及有效电平范围。
时间特性:规定了每根总线在什么时间有效。

总线的标准化
相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功
能部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因何在呢?
为了使不同厂家生产的相同功能部件可以互换使用，就需要进行系统总线的标准化工作。目前，已经出现了很多总线标准，如PCI、ISA等。
采用标准总线的优点
简化系统设计
简化系统结构，提高系统可靠性便于系统的扩充和更新

单总线结构特点:
在单总线结构中，要求连接到息线上的芝辑,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。
 

 总线接口的基本概念：

接口的典型功能:控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断。
一个适配器的两个接口:一个同系统总线相连，采用并行方式，另外一个同设备相连，可能采用并行方式或是串行方式。

总线的仲裁：

连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态，其中主方可以启动一个总线周期，而从方
只能响应主方请求。每次总线操作，只能有一个主方，但是可以有多个从方。为了解决多个功能模块争用总线的问题，必须设置总线仲裁部件。
总线占用期:主方持续控制总线的时间。按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式和分布式两种。

集中式仲裁有三种:
链式查询方式:离中央仲裁器最近的设备具有最高优先权，离总线控制器越远，优先权越低。
优点:只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。
缺点:是对询问链的电路故障很敏感，优先级固定。

计数器定时查询方式:总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BS线为“O”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。
每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备置“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。每次计数可以从“O”开始，也可以从中止点开发始。如果从“0”开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优级相等。
计数器的初值也可用程序来设置，这可以方便地改变优先次序，但这种灵活性是以增加线数为代价的。可方便的改变优先级。

在独立请求方式中，每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。总线仲裁器中有一个排队电路，它根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号BGi。独立请求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。其次，对优先次序的控制相当灵活。它可以预先固定，例如BRO优先级最高，BR1次之...BRn最低;也可以通过程序来改变优先次序;还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。因此当代总线标准普遍采用独立请求方式。分布式仲裁: 

不需要中央仲裁器，而是多个仲裁器竞争使用总线。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。