计算机组成原理：绪论与总线

计算机组成原理

一、基本概念

（一）计算机硬件组成

1.冯诺依曼架构

计算机如何处理一个问题

（1）外部数据进入输入设备，控制器控制将数据与指令存入存储器

（2）控制器控制运算器从存储器中读取数据，将运算后的数据存入数据

（3）控制器控制存储器将运算结果读取，然后输出到输出设备

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2.计算机硬件组成

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（二）计算机软件组成

1.基本组成

（1）系统程序

（2）应用程序

2.程序处理

（1）系统程序利用计算机硬件外部接口实现对计算机的控制，应用程序软件利用系统程序与用户进行交互。

（2）在对计算机进行程序编写时，要给定计算机指令与数据，然后计算机通过硬件地址，利用计算机硬件原理对用户的指令进行处理。

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二、总线

（一）总线的定义及分类

1.定义：总线是计算机设备的公共传输介质

2.分类

（1）片内总线：计算机设备内部的传输总线

（2）系统总线：计算机设备之间的传输总线

• 数据总线
• 地址总线
• 控制总线

（3）通信总线：计算机与计算机之间的传输总线

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（二）总线结构

1.单总线结构

2.多总线结构

（1）以CPU为核心的双总线结构

• 该总线结构会增加CPU的负担，因为IO与主存通信必须经过CPU

（2）以存储器为中心的双总线结构

• 该总线结构主存虽然可以与CPU和IO设备直接通信，但还是不能同时工作，还是分时通信

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（3）为了满足IO设备与主存之间的高速通信，又细分了这几种总线结构

• 

DMA为直接访问主存，可以满足高速IO设备与主存通信

• 

由于CPU的运行速度比主存高，于是多了Cache（高速缓冲器）用于主存与CPU实现高速通信，同时IO设备又分为低速和高速两种设备分别用不同的总线访问，实现不同的速度。

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（三）总线控制

1.总线判优控制：在主设备与多个从设备之间通信时，要判定优先级

（1）集中式

• 链式查询：在主设备与从设备之间通信时，主设备一一查询从设备是否发出通信请求，然后主设备与发出通信请求的从设备通信
  

• 计数器定时查询：主设备为从设备一一计数编码，然后从设备发出通信请求，主设备根据从设备的编码开始通信

• 独立请求方式：主设备与从设备之间多两条总线用于判断是哪个从设备发出通信请求，然后开始通信

这三种控制，一个比一个速度快，但同时总线的数目也增多。

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（2）分布式

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2.总线通信控制

（1）通信流程

• 申请通信：主模块发出申请，总线仲裁决定那个从模块通信
• 寻址：主模块发出从设备地址与通信命令
• 通信：主模块与从模块开始通信
• 结束通信

（2）通信方式

• 同步通信：在同一个时钟下通信

• 读取数据

主设备发出从设备通信地址

主设备发出读命令

从设备准备数据

主设备读取数据

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• 写入数据

主设备发出从设备通信地址

主设备准备数据

主设备发出写命令

从设备接收数据

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• 异步通信：通信双方无同一时钟，通过主从之间应答通信

• 不互锁

主设备发出通信请求

双方开始通信

• 半互锁

主设备发出通信请求

从设备回答主设备已接收到请求

双方开始通信

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• 全互锁

主设备发出通信请求

从设备回答主设备已接收到请求

主设备回答从设备已接收到从设备已接收

双方开始通信

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• 半同步通信：在主设备与从设备之间开始数据交换时，由于主从设备之间的通信时间有延迟，在开始通信的时间时，不知道主设备或从设备数据是否已经准备好，于是多了一段时间用于等待主设备或从设备准备数据，直到数据已经准备完毕。

• 分离式通信：在主模块或从模块准备数据时，总线空闲未被占用，分离式通信就是充分利用这一段时间将总线用于其他用途。于是在主模块或从模块准备数据的时间，主模块或从模块放弃对总线的占用权。

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（四）总结

总线的学习就是为了知道计算机设备与设备之间的连接与通信方式。

1.连接方式

2.通信优先级

3.通信方式