考研二战日记-第23天——计算机组成原理：总线

 总线概述

                总线：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。共享是指总线上可以挂接多个部件，各个部件之间相互交换的信息都可以通过这组公共线路传送；分时是指同一时刻总线上只能传送一个部件发送的信息。

               总线的分类：

                           按功能分类

                                       1>片内总线：芯片内部的总线，它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间，寄存器与ALU之间的公共连接      线。 片内总线在芯片内部，一般是看不见的。

                                        2>系统总线：计算机系统内各功能部件(CPU,主存，I/O接口)之间相互连接的总线，系统总线也称为内总    线，是构成计算机的主要组成部分。系统总线按传送信息不同可分为数据总线，地址总线和控制总线。

                                        3>通信总线(外总线)：用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统(远程通信设备，测试设备)之间信息    传送的总线。

                           按数据线多少分类

                                        1>并行总线：含有多条双向数据线的总线，它可以实现一个数据的多位同时传输。并行总线具有数据传输  率高的优点，但由于各条数据线的传输特性不可能完全一致，当数据线较长时，数据各位到达接收端时的延迟可能不一致，会造成传输错误。

                                       2>串行总线：只含有一条双向数据线或两条单向数据线的总线，串行总线可以实现一个数据的各位按照一  定的速度和顺序依次传输。由于按位串行传输数据对数据线传输特性的要求不高，在长距离连线情况下仍可以有效传送数据，所以串行总线的优势在于远距离通信。

              总线结构：

                          单总线结构：只有一条系统总线，所有部件通过系统总线接入。

 双总线结构：在单总线结构的基础上增加一条专用于CPU和主存之间之间的数据传送通路。

三总线结构：在双总线的基础上再增加一条I/O总线。

总线的性能指标：   

                          1>总线宽度：指总线的线数，它决定了总线所占用的物理空间和成本。对总线宽度最直接的影响是地址线和数据    线的数量，地址线的宽度指明了总线能直接访问的存储器的地址空间范围，数据的宽度指明了访问一次存储器或外设时能交换的数据位数。

                          2>总线带宽：总线的最大传输速率，即每秒传输的字节数。

                          3>总线负载：指连接在总线上最大设备的数量。大多数总线的负载能力是有限的。

                          4>总线复用：在不同的时段利用总线上同一个信号线传送不同的信号，例如地址总线和数据总线公用一组信号线。采用这种方式的目的是减少总线的数量，提高总线的利用率。

                          5>总线猝发传输：在一个总线周期中可以传输存储地址连续的多个数据。

              总线仲裁：总线控制机构中设置有总线判优和仲裁控制逻辑，即按照一定的优先次序来决定哪个部件首先使用总线，只有获得总线使用权的部件，才能开始数据传送。

                        链式查询方式：
 

 I/O接口通过BR向总线发起请求，只有在BS信号未建立之前，BR才能被总线控制器响应，并送出BG回答信号。BG信号串行地通过每个部件，如果某个部件本身没有总线请求，则将该信号传给下一个部件，直到找到对应的部件。根据查询方式的优先次序，在查询链中离总线控制器越近的设备具有最高优先权。

           计数器定时查询方式：

 总线在收到BR请求之后，在BS为0的情况下，让计数器开始计数，定时查询各个部件以确定是谁发出的请求。当查询线上的计数值与发出请求的部件号一致时，该部件就使BS置为1，获得总线的使用权。这种计数可以从0开始，也可以从中点开始。计数器的初值可以由程序设置，增加了系统的灵活性。

            独立请求方式：      

 每一个共享总线的部件均有一对控制线。当某个部件请求使用总线时，便发出BR，总线控制器中有一排队电路，根据一定的优先次序决定首先响应哪个部件的请求。

      总线定时控制：

                 同步定时方式：系统采用一个统一的时钟信号来协调发送和接收双方的传送定时关系。时钟产生相等的时间间隔，每个时间间隔构成一个总线周期。在一个总线周期中，发送和接收方可以进行一次数据传送。由于是在规定的时间段内进行操作，所以，发送者不必等待接收者由什么响应，当这个时间段结束后，就自动进行下一个操作。同步方式中的时钟频率必须能适应在总线上最长的延迟和最慢接口的需要，所以效率较低；同时也无法知道被访问的外设是否正在的响应，故可靠性较低。

                异步定时方式：没有固定的时间间隔，依靠传送双方相互制约的"握手"信号来实现定时控制。主设备提出交换信息的"请求"信号，经接口传到从设备，然后从设备向主设备发生"回答"信号。"请求"到"回答"的时间是由操作系统的实际时间决定的，具有很强的灵活性。异步控制能保证两个工作速度相差很大的部件或设备间可靠地进行信息的交换，自动完成时间的配合，但是控制较同步方式复杂一些，成本也会高一些。

                     异步根据"请求"和"应答"是否互锁分成3中情况：

                         1.不互锁："请求"和"回答"信号都具有一定的时间宽度，"请求"信号的结束和"回答"信号的结束不互锁。

                         2.半互锁："请求"信号的撤销取决于接收到回答"信号"，而"回答"信号的撤销取决于设备。

                         3."请求"信号的撤销取决于"回答"信号的到来，而"请求"信号的撤销又导致回答"信号"的撤销。

     外总线：计算机系统之间互连的总线，通常使用标准的接口插头，其结构和通信规约也是标准的。

               1.串口和并口

                    1>串口：也称通信口和COM口，主要用于需要与系统进行双向通信的设备。传统的串口是异步传送的，且面向字符的。每个通过串行连接发送的字符由一个标准的起止信号来形成数据帧的，每个字符前是一个独立的二进制"0"(起始位)，随后的8个二进制数字将组成数据的一个字节，在字符后跟有1个或2个二进制"1"(停止位)。在通信的接收端，对字符的识别是利用起止信号。

                   2>并口：有8条数据线，传输数据时可以通过这8条数据线同时发生包含数据的一个字节的所有单位。

             2.USB接口：一种外设总线标准，有即插即用功能。USB的出现不再需要专用的端口，也减少了I/O卡的使用，大大减少了重要的系统资源。