计算机组成原理——组成篇

计算机组成原理 —— 组成篇

1. 计算机的总线与I/O设备

a.计算机的总线（Bus）

1、为什么要使用总线？

在冯诺依曼结构中，各个部件之间均有单独连线，不仅线多，而且导致扩展I/O设备很不容易。即扩展一个I/O设备，需要连接很多线。
因此，引入了总线连接方式，将多个设备连接在同一组总线上，构成设备之间的公共传输通道。

概述：连接多个设备或者接入点的数据传输通路。
作用：解决不同设备之间的通信问题。

2、总线的两大基本特征是什么？

1）共享：多个部件连接在同一组总线上，各个部件之间都通过该总线进行数据交换。
2）分时：同一时刻，总线上只能传输一个部件发送的信息；

3、总线分为几类？

分类：

片内总线（高集成度内部的信息传输线）
系统总线（细分为：数据总线&地址总线&控制总线，是CPU、主内存、IO设备、各组件之间的信息传输线）

4、系统总线按照传输信息的不同，分成哪几类？是单向的，还是双向的？

1）分成数据总线、地址总线以及控制总线。
2）数据总线：各个功能部件之间传送数据信息，双向传输；
3）地址总线：用来指明数据总线上，源数据或目的数据所在的主存单元的地址。单向：由CPU发出
4）控制总线：用来发送各种控制信号。对于控制总线中的单根线，是单向的，即只能由一个部件发向另一个部件。而一组控制总线中，有输入也有输出，因此，控制总线也可以看成是双向的。

5、什么是总线周期，分为哪几个阶段？

1）总线周期：总线上两个部件完成一次完整且可靠的数据传输时间；
2）分为四个阶段：
申请分配阶段：申请总线
寻址阶段：发出地址及有关命令
传数阶段：进行数据交换
结束：从总线上撤除信号，让出总线

比如：从cpu发送到键盘

---

总线的仲裁：为了解决总线使用权的冲突问题，三种方法：链式查询、计时器定时查询、独立请求。
 
仲裁器：主存需要和硬盘和IO设备交换数据，这时候硬盘和IO设备都就绪了，这时候总线是硬盘使用还是IO设备使用，这时候就需要用到第三方仲裁器

假设设备2需要用到总线，设备2就通过仲裁控制线向仲裁控制器发出总线请求，仲裁控制器收到请求之后，就会发出运行使用的信号，这个信号首先通过链式进入设备1，如果设备1不需要用总线，就会发给设备2，设备2就可以使用总线了
假设设备1和设备2都发出了使用总线的请求，这时候仲裁信号首先到达设备1，设备1优先取到总线使用权

向每个设备发出1的信号，设备1不用总线，所以这个信号是无效的
设备2向仲裁控制器发出请求，仲裁控制器就发出2的信号，这时候设备2就可以获得总线使用权了