不經一番寒徹骨，怎得梅花撲鼻香。
第二章計算機的發展及應用
本章內容對於學習計算機組成原理來講不是那麼重要，所以下面放出我借鑑別的博主的筆記，與劉老師的授課內容差不多 連接地址
系統總線
筆記框架
- 3.1 總線基本概念
- 3.2 總線分類
- 3.3 總線特徵及性能指標
- 3.3.1 總線特性
- 3.3.2 總線特性
- 3.4 總線結構
- 3.5 總線控制
- 總結
3.1總線的基本概念
總線定義
總線是連接多個部件的信息的傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質
3.2總線的分類
從不同角度可以將總線分爲很多類，如果按照連接的部件不同，總線可以分爲三類
1.片內總線
片內總線是指芯片內部的總線
如在 CPU 內部，寄存器與寄存器之間，寄存器與 AUL 之間連接的總線
2.系統總線
系統總線是指 CPU ,I/O 設備，主存 各大部件之間信息的傳輸線
根據總線傳輸的信息不同，又可分爲 ：數據總線，地址總線，控制總線 三類
(1).數據總線
作用：用於各部件之間的數據信息的傳遞
方向：雙向
位數：與機器字長（CPU 一次性處理數據的位數），存儲字長有關。（數據總線的位數稱爲數據總線的寬度，可以理解爲一次可以處理多少個數據）
(2).地址總線
作用：用來指出數據總線上的源數據或者目的數據在主存的地址或者 I/O 設備的地址
舉例：CPU 想讀取某個數據進行處理，就要將此數據的地址送到地址線上；CPU 想要控制某個 I/O 設備，就要將這個 I/O 設備的地址送到 I/O 總線上
方向:由 CPU 輸出，單項傳輸
位數：與存儲單元個數有關，20根地址線，就可以組成 20位的地址
(3).控制總線
作用：用來發出各種控制信號的傳輸線
舉例：單向：CPU 發出 存儲器讀寫命令，或者 I/O 設備的讀寫命令
雙向：當I/O設備準備就緒時向CPU 發出中斷請求
方向：既可單項又可雙向
3.通信總線
用於計算機系統之間或者計算機系統與其它系統（如手機）之間的通信
傳輸方式分爲兩種：串行通信，並行通信
串行通信：單條一位寬的數據線上，數據一位一位的按順序傳送。適合遠距離傳輸數據
並行通信：多條並行1位寬的傳輸線上，同時由源送到目的地。適合近距離傳輸數據
3.3總線的特徵及性能指標
3.3.1總線特徵
總線由許多的導線直接印刷在電路板上 ，各個部件如 CPU,主存，I/O設備等也插在主板上，這就要求總線必須有以下的特性才能將各個部件更好的工作
3.3.2總線的性能指標
下面是幾種流行的總線的性能指標數
3.4總線結構
總線一共分爲三種結構
1.單總線結構
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侷限性：所有的設備都連接到一條總線上，某一時刻多個部件都要使用總線傳輸數據時就會衝突。
2.多總線結構
多總線結構主要是由於 不同設備之間數據處理的速度不同，進而將一些低速設備進行分離的思想
多總線結構在同一時間只能使用一條總線，也就是同一時間只能有一條總線在傳遞信息
多總線的連接方式可以有多種，以下爲其中幾種
（1）雙總線結構
CPU 、主存 連接在主存總線，所有 I/O 設備連接在 I/O 總線上，主存總線與 I/O 總線再由通道進行連接
（3）三總線結構
高速外設Cache 爲在 CPU 中增加的一個高速存儲器，速度比主存快很多，用於暫時存放數據
根據I/O設備速度進一步劃分，又衍生出了四總線結構
不同的總線標準用的結構是不同得到（詳見課本P55）
3.5 總線控制
總線控制會管理多種問題，比如：決定當由多個設備發送佔用總線信息的時候，決定哪對設備優先佔用總線；在信息傳遞的時候，如何防止信息的丟失，等一些問題。它主要包括：判優控制，通信控制
3.5.1判優控制
當一個設備發送請求的時候，首先響應哪個設備的佔用請求就需要判優控制決定
首先，根據是否能對總線進行控制可以將設備分爲兩類
只有主設備才能發出對總線的控制
其次，控制方法可以分爲兩種：集中式 和 分佈式
集中式
集中式的控制方法又分爲三種：鏈式查詢，計數器定時查詢，獨立請求查詢
圖中控制總線一共有三根對於總線的控制
BS:總先忙，設置總線被佔用信息
BR 總線請求，發出控制總線的請求
BG 總線同意，判斷是哪個設備發出的請求
請求步驟：當I/O設備1需要佔用總線時，它通過 BR 控制總線向總線控制部件發送一個請求。總線控制部件再通過 BG 總線一個個排查看是哪個設備接口發出的控制請求，並同意佔用。最後 I/O設備1通過BS將總線設爲忙的狀態。
優點：通過很少的幾根線按照優先次序就能實現對總線控制；很容易擴充設備
缺點：1.對電路故障很敏感，中間的一個I/O設備故障,控制總線就難以向下進行判斷其它設備。2.BG總線是根據 I/O 設備的排序情況對設備進行判斷，這就造成了排在後面的設備長時間得不到響應。
2.計數器定時查詢
BS:總先忙，設置總線被佔用信息
BR：總線請求，發出控制總線的請求、
設備地址線
請求步驟：當I/O設備1需要佔用總線時，它通過 BR 控制總線向總線控制部件發送一個請求。總線控制部件中放置一個計數器，計數器從0開始。
在 BS=0 即總線未被佔用的情況下計數器開始計數，判斷計數器中的地址與設備地址是否一致，不一致計數器加一，一致則將滿足請求。
優點：總線請求的優先級更加靈活，計數器可以從任意位置開始判斷是哪個設備發出的請求，每個設備的優先級相同
缺點：少了 BG 線，增加了設備地址線，這就要求要對每一個設備進行編碼，控制也更爲複雜
3.獨立請求方式
BR 總線請求，發出控制總線的請求
BG 總線同意，判斷是哪個設備發出的請求
請求步驟：每個設備都有兩條線與控制部件相連。某個設備通過自己的 BR 線發送一個佔用總線的請求。在控制部件內部設置一個排隊器，排隊器根據預先設定好的優先級的順序（設定的優先級的順序規則比較靈活）再由控制部件通過 BG 線判斷是哪個設備發出的請求並同意。
優點：排隊器的使用使得優先級的設定更加的靈活
缺點：線多，個數爲 2n 根
（鏈式查詢爲兩根，計數器查詢爲 log2n 根）
3.5.2總線通信控制
可以理解爲當一組部件有了總線的使用權後，這組部件在一定的時間週期內如何協調使用總線傳遞信息，什麼時候哪個部件用總線傳遞什麼樣的信息是所要研究的
完成一次總線操作的時間成爲總線週期，可以將這個週期分爲四個階段，主要做這四件事
在一組設備進行數據交互的時候都會經歷這四個階段，在下面詳細介紹中可以很明顯的看到
總線通信主要解決通信雙方如何獲得數據傳輸開始傳輸結束，相當於兩個相隔很遠的人之間如何通知對方自己已經就緒，你可以進行任務的下一步了
通信方式有四種
1.同步通信
定義：通信雙方由統一時標控制數據傳輸成爲同步通信
時標可以由 CPU 的控制總線部件發出送到總線上的所有部件；也可以由總線上的各個部件發出
（1）CPU 從輸入設備讀取數據
T1 時鐘週期的上升沿： CPU 給出另一個設備的地址信號
T2週期的上升沿 ：CPU 給出讀命令信號，告訴從設備要從設備中讀取數據
T3時鐘週期上升沿到達之前：從設備將數字信號傳送到數據總線上 ；T3時鐘週期內，將數據送往 CPU 內部寄存器內
T4時鐘週期上升沿：撤銷讀命令，輸入設備不再向數據總線傳輸數據
（2）同步數據輸出
模擬 CPU 將數據輸出到某一個模塊上
T1週期的上升沿：給出輸出設備的地址信號
T1週期的下降沿：給出數據
T2上升沿：給出寫命令，向從設備寫入數據
T3週期：寫入操作
T4上升沿：CPU 撤銷寫命令和數據等信號
T4結束：地址信息也撤銷
同步數據傳輸的特點：1.定寬，定距的時鐘
2.必須在限定的時間內完成規定的內容
3.同步通信一般用於總線較短，各部件存取時間統一的場合
侷限性：如果T4時刻數據設備的數據還沒有傳輸完成，由於時間已經到達中斷的時候，所有的通信都要中斷
PS ：在上面的圖中，陰影部分爲不進行任何操作
上升沿與下降沿都是數字電路的知識，可點擊跳轉知識擴充
2.異步通訊
允許各模塊速度不一致，沒有公共的時鐘標準，通過應答（握手）的方式。這就要求主模塊與從模塊之間增加請求線與應答線
（1）不互鎖方式
主設備發送通信請求信號，從設備接收到請求信號之後進行應答，之後主設備撤銷請求信號，從設備撤銷應答信號。從設備（接收主設備發出的撤銷請求信號），主設備（接收應答信號）無論是否接收到了對方發出的信號，最終都會將自己發出的信號撤銷
這樣會導致數據的丟失
（2）半互鎖
主設備發出請求信號，從設備在接收到信號之後發出應答信號，主設備要是接收到了應答信號再將請求信號進行撤銷，但是從設備不會等到主設備發出“撤銷請求信號”發出了了再撤銷，而是過一段時間之後自動撤銷應答信號。
但是這樣會一直髮送請求信號
（3）全互鎖方式
主設備發送請求，從設備接收到請求信號發出應答信號，主設備接收到應答信號撤銷請求信號，只有主設備撤銷請求信號後從設備纔會撤銷應答信號
3.半同步通信
半同步通信保留了同步通信的基本特點：所有地址，命令，數據信號的發出時間都嚴格按照系統時鐘的某個前沿開始
又允許不同速度的模塊和諧的工作，保留異步通信的特點
增加了一條 WAIT（上劃線） 等待響應信號線
（1）以輸入數據爲例
橙色爲同步過程，藍色爲異步過程。
T1：CPU 給出從設備的地址信號
T2：CPU 給出讀信號
T3 開始之前：如果從設備無法給出數據，則從設備給出 WAIT 低電平的等待信號
Tw ：等待從設備的數據
T3 開始：WAIT 線可以看到變爲了高電平，則讀取數據信息
T4：撤銷信號
4.分離式通信
上述從模塊在準備數據的過程時間長在這時總線一直是被佔用狀態，於是爲了增加總線的運用效率，可以採用分離式通信
分爲兩個週期：主模塊佔用總線向從模塊發送指令信號，同時放棄總線使用權。當從模塊數據準備完畢發出佔用總線的請求，向主模塊發送數據
分離式通信特點
以上就是總線通信控制的四種方式
總結
本章重中之重在 3.5 總線控制 下面是課程框架
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