计算机组成原理3章知识总结

（是根据哈工大的刘宏伟老师的课进行总结）

总线的基本概念

总线使各个部件的信息传输先 各个部件共享的传输介质

总线不允许两个及两个以上的部件同时向它发送信息，因为会导致信号冲突，传输无效。

总线上的信息传送

• 串行
• 并行

总线结构

1. 单总线结构框图

   缺点：只有一根总线，当多个部件同时发送请求时容易冲突，所有必须设置部件优先级。

   

2. 双总线结构框图

   

3. 以存储器为中心的双总线结构框图

   

   缺点：这种结构I/O设备与主存交换信息时仍要占用CPU，会影响cpu的工作。

总线的分类

1. 片内总线 芯片内部的总线

2. 系统总线 计算机各个部件之间的信息传输线

   

3. 通信总线

   用于 计算机系统之间或者 计算机系统与其他系统之间的通信

   传输方式：

   • 串行通信总线

   • 并行通信总线

总线特性及性能指标

• 总线的物理实现

• 总线的特性

• 总线性能指标

1. 总线宽度 数据线的根数
2. 标准传输率 每秒传输的最大字节数（MBps)
3. 时钟同步/异步 同步、不同步
4. 总线复用 地址线与 数据线复用
5. 信号线数 地址线、数据线和控制线的 总和
6. 总线控制方式 突发、自动、仲裁、逻辑、计数
7. 其他指标 负载能力

• 总线标准（了解一下）

总线结构

• 双总线结构

  

• 多总线结构

  三总线结构

三总线结构的又一形式

四总线结构

总线结构举例

• 传统微型总线结构

  

• VL-BUS局部总线结构

  

• PCI总线结构

  

• 多层PCI总线结构

  

总线控制（重点）

总线的判优控制

1. 基本概念
   • 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
     • 集中式
       • 链式查询
       • 计数器定时查询
       • 独立请求 查询
     • 分布式

• 链式查询方式

方式：

所有I/O设备都连接一条BR线，所以当某一个I/O设备发送请求的时候，是从头开始（如图是I/O)往后查询用来直到查询到第一个发送请求的I/O接口，优先权越高越靠前。

缺点：对电路故障非常敏感，如果前面的设备坏了，后面的也无法正常工作，并且速度慢。

优点：只需要很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制并容易扩充设备。

• 计数器定时查询方式

方式：

总线控制部件中有有计数器，每次查询的顺序都是从计数器中的数字开始的，比如如果计数器为0，那么就是从0开始，线判断0是不是发送请求的I/O设备，如果不是则计数器加一，直到查询到为止。

优点：可以很灵活的设定优先级高的设备，比如可以通过上次停止计数的数开始，则变成了循环优先级，也可以通过软件的方式来进行设置，并且对电路故障每有前一种敏感。

缺点：增加了控制线数，控制复杂，速度慢。

• 独立请求方式

方式：

可以非常灵活的进行优先级的设置，总线控制部件可以根据自己设置的优先级来对不同设备发送过来的请求来进行优先级分配。

优点：速度快，判优非常灵活，对电路故障敏感不大。

缺点：线多，复杂。

总线通信控制

1. 目的 解决通信双方 协调配合 问题

2. 总线传输周期

   

3. 总线通信的四种方式

• 同步式数据输入

  

方式：

1. 必须在T1上升沿发出地址信息；
2. 在T2的上升沿之前发出都命令，与地址信息相符合的输入设备按命令进行一系列内部操作；
3. 在T3的上升沿之前发出将CPU所需的数据送到数据总线上；
4. 在T3时种周期内，将数据从总线上送入CPU内部的寄存器；
5. 在T4上升沿撤销读命令，输入设备不再向数据总线上传送数据，撤销对数据总线的驱动。

• 同步式数据输入

同步通信的优点：规定明确、统一，模块间的配合简单一致。

同步通信的缺点：从主、从模块时间配合属于强制性同步，必须在限定时间内完成规定的要求，并且会有短板效应，也就是要通过最慢的设备来设计公共时钟。

• 异步通信

  • 不互锁

    主设备向从设备发送请求，不需要从设备应答，过一段时间确认从设备收到请求信号后就会撤销请求信号

  • 半互锁

    主设备发送请求信号，必须待接到从模块的回答后再撤销其请求信号，从设备接受到请求信号后发送回答信号，当不需要等到主设备的请求信号是否撤销，也是过一段时间自动撤销其回答信号。

  • 全互锁

    主设备发送请求信号，必须待从设备回答后才撤销其请求信号；从设备发出回答信号，必须等到主设备请求信号已经撤销后，自己才撤销回答信号。

• 半同步通信（ 同步、异步结合）

以输入数据为例的半同步通信时序：

T1上升沿之前 主模块发地址

T2上升沿之前 主模块发送命令

Tw 当WAIT为低电平时，等待一个T

Tw 当WAIT为低电平时，等待一个T

.

.

.

(直到Tw为高电平,就说明从设备已经准备好了，就进入T3)

T3上升沿之前 从模块提供数据

T4上升沿之前 从模块撤销数据，主模块撤销命令

缺点：从模块准备数据时不占用总线，造成浪费。

• 分离式通信

充分挖掘系统总线每一个瞬间的潜力

分离式通信特点：

1. 各个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. 各个模块准备数据时，不占用总线
4. 总线被占用时，无空闲