2022年考研计算机组成原理_6 总线

柔光的暖阳◎ 2022-12-31 13:29 256阅读 0赞

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### 文章目录 ###

*  6. 总线
 *   *  6.1 概述
     *   *  6.1.1 概念
         *  6.1.2 分类
         *   *  按功能层次分类
             *  按数据线的多少分类
         *  6.1.3 结构分类
         *  6.1.4 性能指标
     *  6.2 组成和结构
     *   *  1) 地址总线
         *  2) 数据总线
         *  3) 控制总线
     *  6.3 设计和实现
     *   *  6.3.1 仲裁
         *   *  1) 集中仲裁方式
             *   *  \*\*链式查询方式\*\*
                 *  \*\*计数器定时查询方式\*\*
                 *  \*\*独立请求方式\*\*
             *  2) 分布仲裁方式
         *  6.3.2 定时方法
         *   *  1) 同步定时方式
             *  2) 异步定时方式
     *  6.4 举例
     *   *  1) 系统总线标准
         *  2) 局部总线标准
         *  3) 设备总线标准
         *  4) 视频总线标准
         *  5) 总结

# 6. 总线 #

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## 6.1 概述 ##

### 6.1.1 概念 ###

*系统总线*

*  数据总线的功能来搭载信息，
 *  地址总线来决定将信息送往何处，
 *  控制总线来决定如何动作。

### 6.1.2 分类 ###

#### 按功能层次分类 ####

*  片内总线：CPU内部寄存器和寄存器之间、寄存器和ALU(运算器)之间的公共连接线。
 *  系统总线：(CPU、主存、I/O接口)之间的总线，分时复用的话，可以分为数据总线、地址总线和控制总线。
 *  功能总线：计算机与其他系统(远程设备、测试设备)之间的总线

#### 按数据线的多少分类 ####

*  并行总线：含有多条双向数据线(由于电生磁的缘故，速度低于串行总线)
 *  串行总线：只含有一条双向数据线或两条单向数据线

### 6.1.3 结构分类 ###

***单地址总线中，统一编码，所以不需要I/O 指令***

单总线结构框图

![img][]

双总线结构框图

![img][img 1]

三总线结构框图

![img][img 2]

三总线结构的又一形式

![img][img 3]

四总线结构框图

![img][img 4]

### 6.1.4 性能指标 ###

## 6.2 组成和结构 ##

### 1) 地址总线 ###

> 地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力

### 2) 数据总线 ###

> 宽度决定了CPU和其他部件进行数据传送时一次的数据传送量

*  指令
 *  操作数
 *  中断信号

### 3) 控制总线 ###

> 宽度决定了CPU对系统中其他器件的控制能力

*  握手应答信号
 *  时序信号
 *  I/O设备和存储设备的响应信号

> 例题：若内存容量为4GB，字长为32，则\_\_\_\_\_\_。  
> A．地址总线和数据总线的宽度都为32  
> B．地址总线的宽度为30，数据总线的宽度为32  
> C．地址总线的宽度为30，数据总线的宽度为8  
> D．地址总线的宽度为32，数据总线的宽度为8  
> 答案:A  
> 内存容量为4GB，即内存单元的地址宽度为32位。字长为32位即要求数据总线的宽度为32位，因此地址总线和数据总线的宽度都为32。

## 6.3 设计和实现 ##

### 6.3.1 仲裁 ###

> 为了保证同一时刻只有一个主设备使用主线，就需要设置一个总线判优和仲裁控制机构，判优来确定那个那个设备先使用总线，仲裁这个词理解成管理，判优按照仲裁控制可以分为集中式控制和分布式控制

#### 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，大家想要仲裁的话就去同一个地方去仲裁。

##### **链式查询方式** #####

> 1.主设备发送BR信号(BR信号有效，说明不止一个设备在请求)，此时看BS线是否有效，有效的话就等BS完了之后再请求。  
>   2.当BS信号无效之后，BR信号此时被总线控制器响应，发送出BG信号，然后BG信号开始传送，直到传送到从设备。

![在这里插入图片描述][caa446c2b993e8e0c5ec8ff34dd5b045.png]

##### **计数器定时查询方式** #####

> 相比与链式加了一条线：计数器查询线（这个计数器开始从0一直加，0代表第一个设备）用来查询请求是哪个设备发出的。  
> 这种计数的开始有两种：1.每次从0开始(这样就和链式的一样了)2.从上次中止的开始(这样每个设备被查询的机会相等)
> 
> 需要 l o g 2 n 个 地 址 线 log\_2n 个地址线 log2n个地址线

![在这里插入图片描述][6b009413c3d06aaace0380b1654a51a3.png]

##### **独立请求方式** #####

> 既然比较难确定是哪个设备发出的信号，那老子就给每个设备都加上一根BR，总线控制器看到BRk的k之后就直接知道是第k个设备发出的请求。
> 
> 需要2n+1 根数据线

![在这里插入图片描述][38645bcd09e048d19ed45f6ac5827111.png]

#### 2) 分布仲裁方式 ####

直接给每个设备发一个总线控制器，在这样的主线上，主设备可以启动一个总线周期，而从设备只能响应主设备的请求。既然没有了集中的总线控制器，那么就会出现到底总线给哪个设备用呢？一般采用优先级、冲突检测或公平策略来进行仲裁。而这其中的冲突检测就是我们计算机网络中著名的CS（载波侦听）MA（多路访问）/CD（边发边听）

### 6.3.2 定时方法 ###

*总线事物(总线传输周期)：*

*  申请分配阶段：主模块申请，总线仲裁决定
 *  寻址阶段：主模块向从模块给出地址和命令
 *  传数阶段：主模块和从模块交换数据
 *  结束阶段：主模块撤销有关信息

*总线通信的四种方式：*

*  同步通信：由统一时标控制数据传送
 *  异步通信：采用应答方式，没有公共时钟标准
 *  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

*不同速度之间传送数据时，采用同步方式，也可以用异步方式*

#### 1) 同步定时方式 ####

他俩用同一个时钟，这个时钟发信号了，他俩就开始工作。而这个时钟周期的话由于必须适应最慢的接口，而导致变大，整体变慢。

#### 2) 异步定时方式 ####

他俩不用通过时钟来控制请求和回答，而是通过：不互锁、半互锁和全互锁来控制请求的撤销和回答的撤销

*异步通信方式，也叫做应答方式，没有公共的时钟信号，也没有固定的时间间隔，完全依靠“握手”解决定时控制*

*传送操作是由双方按需分配时间的*

（1）不互锁：请求的结束和回答的结束不互锁(也就是没有关系)  
![在这里插入图片描述][5803db2f66504a0f0ff61edfca68623e.png]  
 （2）半互锁：请求的结束，并没有撤销，等到回答信号之后才撤销请求，而回答信号的撤销由自己决定  
![在这里插入图片描述][64eb7b27a20b9f93dc381bf61b26d533.png]  
 （3）全互锁：请求的结束之后，收到回答信号，撤销请求的同时，给回答发送请求，让其撤销回答信号  
![在这里插入图片描述][f02fcedd2abe4a483d4727a75d5160b1.png]

## 6.4 举例 ##

### 1) 系统总线标准 ###

![在这里插入图片描述][c460c08f8e80103f803945b5b5500ad8.png]

--------------------

### 2) 局部总线标准 ###

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### 3) 设备总线标准 ###

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### 4) 视频总线标准 ###

![在这里插入图片描述][d2c0d9af786ee9fd047b85b0685afa11.png]

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### 5) 总结 ###

![在这里插入图片描述][eb0e82d9b059a40269b5fdb03fd3ee03.png]

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