854计算机基础——《计算机组成原理》考点汇总（二） 系统总线

(二) 系统总线

1. 总线的基本概念

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,总线上信息的传送分为串行和并行传输

当多个部件与总线连接时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送消息，势必导致信号冲突，传输无效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送消息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。

2.总线的分类

1)片内总线:芯片内部的总线，如在CPU芯片内部，寄存器与寄存器之间、寄存器与算逻单元ALU之间都由片内总线连接。特点：密集、高速

2)系统总线:计算机各部件之间的信息传输线，如CPU、主存、IO设备部件

    数据总线:双向  位数与机器字长,存储字长有关

    地址总线:单向  指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或IO设备的地址。由CPU输出，单向传输。其位数与存储单元的个数有关，如地址线为20根，则对应的存储单元个数为2^20。

    控制总线:部分出部分入 用来发出各种信号的传输线，还起到监视各部件状态的作用，如查询设备闲忙状态，是否出错等，对CPU而言，控制信号既有输入也有输出。

3)通信总线:用于 计算机系统之间 或 计算机系统,与其他系统(如控制仪表,移动通信等)之间的通信

传输方式:串行通信总线和并行通信总线。并行传输适合近距离，串行传输适合远距离，即两种方式都与距离成反比。

3.总线的结构

总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构.

单总线结构是将CPU,主存,I/O设备(通过I/O接口)都挂在一组总线上.

多总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主总线与I/O设备总线分开的结构

4.总线控制

总线控制包括判优控制和通信控制

链式查询方式：

当一个或多个设备同时发出总线使用请求信号BR时,中央仲裁器发出的总线授权信号BG沿着菊花链串行的从一个设备依次传送到下一个设备,到达离出发点最近的发出总线请求的设备之后就不再往下传，意味着该接口获得了总线使用权，并建立总线忙BS信号，表示占用了总线。可见，链式查询方式中，离总线控制部件最近的设备具有最高的优先级。特点：只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并容易扩展深，缺点是，对电路故障敏感，优先级别低的设备可能很难获得请求。

计数器定时查询方式：

总线控制部件接到由BR送来的总线请求信号后，在总线未被使用（BS=0）的情况下，总线控制部件中的计数器开始计数，并通过设备地址线，向各设备发出一组地址信号。当某个请求占用总线的设备地址与计数值一致时，便获得总线使用权，此时终止计数查询。计数值可以改变，即优先级可以控制，对电路故障不敏感，但增加了地址线，控制较复杂。

独立请求方式：

特点：响应速度快，优先次序灵活（通过程序改变），但控制线数量太多，总线控制更复杂。

总线通信控制

通常将一次总线操作的时间称为总线周期，可分为4个阶段：

1.申请分配阶段：由需要使用总线的主模块（或主设备）提出申请，经总线总裁机构决定下一传输周期的总线使用权授予某一申请者。

2.寻址阶段：取得了使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块（或从设备）的地址及有关命令，启动参与本次传输的从模块。

3.传数阶段：主模块和从模块进行数据交互，数据由源模块发出，经数据总线流入目的模块。

4.结束阶段：主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。

总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调如何配合。通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信。

—同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送。

—异步通信：采用应答方式（“握手方式”），即当主模块发出请求信号时，一直等待从模块反馈回来“响应信号”后，才开始通信。

—半同步通信：同步、异步结合

—分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力