計算機組成原理學習-第七章總線（詳細、系統）

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計算機組成原理【專欄】

須知

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參考學習資料：《計算機組成原理(蔣本珊 編著) 第三版》

7.1 總線概述

總線是一組能爲多個設備分時共享的公共信息傳送線路。
總線是一組線，他可以讓多個設備在他上面跑數據，這是共享，但是每次只能跑一個設備的數據，這是分時。

 7.1.1 總線的基本概念

 總線工作原理(設備A與設備B通信)：
  1. 設備A驅動總線，讓總線發出設備B的地址和要通信的數據
  2. 此時除了A設備，其他設備均處於高阻態
  3. 此時地址和數據在總線上流動，遇到設備B，接受信息，完成通信
  4. 此時的A設備恢復高阻態

 1.三態門和總線電路：

 1.1三態門：
 輸出狀態：0、1以及高阻態(又稱浮空態，與外界切斷聯繫不等同於0，也不等同於1)

 1.2總線電路：
 按總線邏輯來分：單向總線(地址總線-單向三態)和雙向總線(數據總線-雙向三態)

 2. 總線事務：

 將總線上一對設備之間的一次信息交換過程稱爲一個總線事務
 將發送請求的設備稱爲 主設備，將接受請求的設備稱爲 從設備。典型：“存儲器讀”、“I/O寫”

 3.總線使用權

 完成一次總線操作的時間稱爲總線週期
 在總線上進行一次數據傳送之後，發生總線使用權的轉讓，選擇下一總線週期誰能獲得總線的使用權(根據優先級)，在本週期內轉讓總線使用權。

 7.1.2總線的分類

 1.按功能層次分類
 （1）.片內總線：CPU內部寄存器和寄存器之間、寄存器和ALU(運算器)之間的公共連接線。
 （2）.系統總線：(CPU、主存、I/O接口)之間的總線，分時複用的話，可以分爲數據總線、地址總線和控制總線。
 （3）.功能總線：計算機與其他系統(遠程設備、測試設備)之間的總線
 2.按數據線的多少分類
  （1）.並行總線：含有多條雙向數據線(由於電生磁的緣故，速度低於串行總線)
  （2）.串行總線：只含有一條雙向數據線或兩條單向數據線

 7.1.3 總線的組成及性能指標

 1.總線結構
 （1）.單總線結構：只有一條系統總線

 （2）.雙總線結構：在單總線基礎上增加專用於CPU與主存之間的數據傳送通路

 （3）.三總線結構：在雙總線的打基礎上增加一條I/O總線

 2.總線特性
 （1）.物理特性：說明總線的線數、總線的插頭等等
 （2）.功能特性：說明總線的功能。
 （3）.電氣特性：說明總線上信號的傳遞方向以及有效電平範圍
 （4）.時間特性：規定總線上各個信號有效的時序關係
 3.總線的性能指標
 （1）.總線寬度：有多少根總線
 （2）.總線帶寬：每秒傳輸的字節數 B=W×F/N
 B：(總線帶寬) W：(總線寬度) F：(總線時鐘頻率) N：(完成一次數據傳送所用的時鐘週期數)
 其中F/N代表每根總線每秒傳輸的字節數。
 （3）.總線負載：總線上所接的最大設備數量
 （4）.總線複用：分時複用
 （5）.總線猝發傳輸：傳輸一個地址和多個地址連續的數據(正常是一個地址一個數據)

7.2 總線仲裁

爲了保證同一時刻只有一個主設備使用主線，就需要設置一個總線判優和仲裁控制機構，判優來確定那個那個設備先使用總線，仲裁這個詞理解成管理，判優按照仲裁控制可以分爲集中式控制和分佈式控制

 7.2.1集中仲裁方式

  集中式仲裁就是把所有的仲裁全部放在一起，大家想要仲裁的話就去同一個地方去仲裁。
 1.鏈式查詢方式

 1.主設備發送BR信號(BR信號有效，說明不止一個設備在請求)，此時看BS線是否有效，有效的話就等BS完了之後再請求。
 2.當BS信號無效之後，BR信號此時被總線控制器響應，發送出BG信號，然後BG信號開始傳送，直到傳送到從設備。

 2.計數器定時查詢方式

 相比與鏈式加了一條線：計數器查詢線（這個計數器開始從0一直加，0代表第一個設備）用來查詢請求是哪個設備發出的。
 這種計數的開始有兩種：1.每次從0開始(這樣就和鏈式的一樣了)2.從上次中止的開始(這樣每個設備被查詢的機會相等)
 3.獨立請求方式

 既然比較難確定是哪個設備發出的信號，那老子就給每個設備都加上一根BR，總線控制器看到BR_k的k之後就直接知道是第k個設備發出的請求。

 7.2.2 分佈仲裁方式

 直接給每個設備發一個總線控制器，在這樣的主線上，主設備可以啓動一個總線週期，而從設備只能響應主設備的請求。既然沒有了集中的總線控制器，那麼就會出現到底總線給哪個設備用呢？一般採用優先級、衝突檢測或公平策略來進行仲裁。而這其中的衝突檢測就是我們計算機網絡中著名的CS（載波偵聽）MA（多路訪問）/CD（邊發邊聽）

7.3 總線定時控制

 主機與外設通過總線進行信息交換的時候(輸入輸出設備？),要存在時間上和動作上的配合，肯定要定個一起工作的方式啊：同步和異步。

 7.3.1同步定時方式

 他倆用同一個時鐘，這個時鐘發信號了，他倆就開始工作。而這個時鐘週期的話由於必須適應最慢的接口，而導致變大，整體變慢。

 7.3.2異步定時方式

 他倆不用通過時鐘來控制請求和回答，而是通過：不互鎖、半互鎖和全互鎖來控制請求的撤銷和回答的撤銷
 （1）不互鎖：請求的結束和回答的結束不互鎖(也就是沒有關係)

 （2）半互鎖：請求的結束，並沒有撤銷，等到回答信號之後才撤銷請求，而回答信號的撤銷由自己決定

 （3）全互鎖：請求的結束之後，收到回答信號，撤銷請求的同時，給回答發送請求，讓其撤銷回答信號

7.4 總線標準

總線的標準制定有兩個途徑：一個是由權威組織制定的，稱爲正式標準；還有一個是由那些廠家廣泛使用的標準，稱爲事實標準，事實標準經過一段時間，然後討論之後才能成爲正式標準。

 7.4.1系統總線標準

 1.PC/XT總線
 2.ISA總線
 3.MCA總線
 4.EISA總線
 5.VL總線
 6.PCI局部總線
 7.AGP
 8.PCI-Express總線

 7.4.2外部總線標準

 1.串口並口：
 2.USB：就USB接口
 3.IEEE 1394接口：支持熱插拔(以前的鼠標出問題了必須重啓電腦才能恢復功能，現在的直接拔了重插)
 4.eSATA接口：不等於SATA接口哦，相當於外接硬盤線

  參考學習資料：《計算機組成原理(蔣本珊 編著) 第三版》

後話

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