计算机组成原理与维护－－总线知识点梳理

3. 系统总线

3.1 总线（bus）的基本概念

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， 是信号的公共传输线。

如果使用单总线结构（系统总线），那么同时只能有一对部件进行信号传输 ，效率较低，使用双总线结构效率会更高。

上面的结构，无法在I/O和主存之间进行直接的信息传输，必须要通过CPU。

3.2 总线的分类

• 片内总线：芯片内部的总线。

• 系统总线：计算机各部件之间的信息传输线。可分为：

  • 数据总线 ，双向的，一般小于等于机器字长和存储字长。
  • 地址总线 ，单向的，与存储地址、I/O地址有关。
  • 控制总线 ，双向（CPU发出存储器读写指令，总线允许，中断确认等；CPU接收中断请求、总线请求）

• 通信总线：计算机之间或计算机和其它设备之间的通信，并行通信总线和串行通信总线。

3.3 总线的特性和性能指标

总线印刷到电路板上（主板），其他设备插板插到主板上。

总线的性能指标：

• 总线宽度：数据线根数，同时可以传输多少位。
• 标准传输率：每秒传输的最大字节数MBps
• 时钟同步/不同步
• 总线复用：地址线与数据线是否可以复用
• 信号线数：地址线、数据线和控制线的总和
• 总线控制方式
• 其他指标：负载能力等
  

3.4 总线结构

增加了DMA（直接存储器访问）总线，外部设备直接访问存储器内存。 高速设备直接通过DMA访问主存。

CPU与cache通过局部总线进行相连，扩展总线将外部设备连接。

高速设备和低速设备分离，分别连接到高速总线和扩展总线上。

PCI高速总线来连接高速设备，PCI总线可以通过桥来进行扩展。

3.5 总线控制

3.5.1 总线判优控制

通过是否能对总线发出占用请求，我们将设备分为主设备（主模块）和从设备（从模块）。主设备可以对总线有控制权，从设备响应从主设备发来的总线命令。

总线判优控制可以分为两种：集中式和分布式。下面介绍几种集中式的总线判优控制结构。

主设备通过BR申请总线的控制权，有设备在使用总线，则设置BS。总线控制部件通过BG来链式查询这些接口是否提出了BR，遇到了BR则交出控制权。

因此，优先顺序则为BG的查询顺序 。这种结构对电路故障特别敏感，尤其是BG，如果BG后面出了问题，会导致后面的设备一直不会响应。

数据线用于数据的传输，地址线用于从设备的查找。通过设备地址线来查找某个设备是否发出总线请求。计数器的值通过设备地址线进行传输，来查找某个设备是否发出请求。 可以自定义计数器的计数方式，来改变从哪个设备先查询等。

为每个I/O接口增加了BR和BG，通过排队器来进行优先级排队 。这种方式使用的线数较多。

3.5.2 总线通信控制

为了解决通信双方（主从设备）协调配合的问题。

总线的传输周期（完成一次主从设备完整可靠的传输所需要的时间）：

• 申请分配阶段：主设备申请，总线决定

• 寻址阶段：主设备向向从设备给出地址和命令

• 传数阶段：主设备和从设备进行交换数据

• 结束阶段：主从设备撤销有关信息
  
  

• T1，主设备给出地址信号

• T2，给出从设备的读命令信号

• T3，从设备给出数据，输出到总线，完成数据交换

• T4，撤销地址信号，结束周期

强制同步，如果设备之间速度不同，快的设备需要等慢的设备。

不互锁：不管从设备是否接收到请求信号，过段时间主设备都会撤销请求。不管主设备是否接收到应答信号，从设备多段时间都会撤销应答。

半互锁和全互锁针对上面进行改进。

增加等待响应信号，当wait为低电平，则等待一个T。

使用分离式通信来将总线空闲的时间也充分利用起来。