title: 『計算機組成原理』總線
tags: [計算機]
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date: 2018-06-18 20:57:27
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- 計算機
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總線
歷史
- 以 ALU 為中心
- 以 MEM 為中心
- 總線
分類
- 根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方式: 串, 并
- 根據(jù)寬度: 8,16,32,64
- 根據(jù)使用范圍: 計算機外設總線, 測控總線, 總線
- 根據(jù)連接部件
- 片內總線(芯片內)
- 系統(tǒng)總線: CPU, MEM, IO之間信息傳輸
根據(jù)傳遞的信息功能分類- 數(shù)據(jù)總線
- 地址總線
- 控制總線
特性
- 機械特性: 規(guī)定幾何尺寸,形狀,引腳等
- 電器特性: 信號方向, 電平范圍等
- 功能特性: 多跟線不同的功能
- 時間特性: 時序
性能指標
總線寬度：通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；
總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，指單位時間內總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)；
總線復用：指同一條信號線可以分時傳輸不同的信號。
總線的主設備（主模塊）：指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權的設備（模塊）；
總線的從設備（從模塊）：指一次總線傳輸期間，配合主設備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備（模塊），它只能被動接受主設備發(fā)來的命令；
總線的傳輸周期：指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時間；
總線的通信控制：指總線傳送過程中雙方的時間配合方式。
總線結構
單總線
-
雙總線(引入通道)
-
三總線1
IO總線, DMA 總線, 主存總線
-
三總線2
局部總線, 系統(tǒng)總線, 擴展總線
-
四總線
局部總線, 系統(tǒng)總線, 擴展總線, <mark>高速總線</mark> ( 適用高速 I/O 設備)
四總線
總線控制
判優(yōu)
-
仲裁邏輯
-
鏈式查詢
-
計數(shù)器定時查詢
-
鏈式查詢
-
獨立請求
比較
| 方式 | 每個設備用的總線數(shù) | 實現(xiàn) | 特點 | 原理 |
|---|---|---|---|---|
| 鏈式查詢 | 2 | 簡單 | 近的優(yōu)先,對電路故障最敏感 | BS總線忙,BR總線請求,BG總線同意. BG信號串行地從近到遠傳遞到下一個IO接口, 如果此接口有總線請求, 總 BG 不再向下傳,此接口得到總線使用權 |
| 計數(shù)器定時查詢 | ~log2n | 稍復雜 | 平等,對故障不敏感 | 多了一組設備地址先,少了BG. 總線未被使用時,BS=0. 總線控制部件的計數(shù)器開始計數(shù),然后通過設備地址先,向各設備發(fā)出一組地址信號. 到設備地址值與計數(shù)器值相同時,就獲得總線使用權 |
| 獨立請求 | 2n | 很復雜 | 響應速度快,優(yōu)先次序靈活(通過程序改變) | 設備發(fā)出對應的請求信號,總線控制部件中有一個排隊電路, 可根據(jù)優(yōu)先次序確定響應設備. |
- 通信
總線周期
申請分配 -> 尋址 -> 傳輸/通信 -> 結束 -> 申請分配...
總線標準
PCI
- 高性能
- 不依附于 CPU
- 良好的兼容性
- 即插即用(Plug and Play)
每個 PCI 設備配有此設備的 reg, 供 BIOS 自動獲取, 無需手動設置
USB
- 即插即用
- 通過 HUB 擴展連接
- 速度快
- 標準統(tǒng)一
- 有4根線, 兩根信號, 兩根電源
通信方式
同步
通信雙方由統(tǒng)一時標控制數(shù)據(jù)傳送
異步
允許各模塊速度不一致,更加靈活. 沒有公共的時鐘標準,不一顆球所有部件嚴格統(tǒng)一操作時間, 而是應用應答方式(又稱 握手方式)
- 不互鎖
- 半互鎖
- 全互鎖
半同步
半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時間不一致，因此工作效率介于兩者之間。
分離式
引入
以上三種通信方式都是從主模塊發(fā)出地址和讀寫命令開始，直到數(shù)據(jù)傳輸結輸周期中，系統(tǒng)總線的使用權完全由占有使用權的主模塊和由它選中的從模塊占據(jù)。
進一步分析讀命令傳輸周期，
- 主模塊通過傳輸總線向從模塊發(fā)送地址和命令。
- 從模塊按照命令進行讀數(shù)據(jù)的必要準備。
- 從模塊經(jīng)數(shù)據(jù)總線向主模塊提供數(shù)據(jù)。．
由第二點可見，對系統(tǒng)總線而言，從模塊內部讀數(shù)據(jù)過程并無實質性的信息傳輸，總線空閑。為了克服和利用這種消極等待，尤其在大型劉算機系統(tǒng)中，總線的負載已處于飽和狀態(tài)，
充分挖掘系統(tǒng)總線每瞬間的潛力，對提高系統(tǒng)性能起到極大作用。
提出了“分離式”的通信方式
原理
其基本思想是將一個傳輸周期（或總線周期）分解為兩個子周期。在第一個子周期中，主模塊A在得到總線使用權后將命令、地址以及其他有關信息，包括該主模塊編號（當有多個主模塊時，此號尤為重要）發(fā)到系統(tǒng)總線上，經(jīng)總線傳輸后，由有關的從模塊B接收下來。
主模塊A向系統(tǒng)總線發(fā)布這些信息只占用總線很短的時間，一旦發(fā)送完，立即放棄總線使用權，
以便其他模塊使用。在第二個子周期中，當B模塊收到A模塊發(fā)來的有關命令信號后，經(jīng)選擇、
譯碼、讀取等一系列內部作，將A模塊所需的數(shù)據(jù)準備好，使由B模塊中請總線使用權，一旦
獲準，B模塊便將A模塊的號、B模塊的地址、A模塊所需的數(shù)據(jù)等一系列信息送到總線上，供
A模塊接收。很明顯，上述兩個傳輸子周期都只單方向的信息流，每個模塊都變成了主模塊。
特點
- 各模塊欲占用總線使用權都必須提出串請。
- 在得到總線使用權后，主模塊在限定的間內向對力傳送信息，采用同步方式傳送，不再
等待對方的回答信號。 - 各模塊在準備數(shù)據(jù)的過程中都不占用總線，使總線可接受其他模塊的請求。
- 總線被占用，或者通過它發(fā)送命令，或通過它傳送數(shù)據(jù)，不存在空閑等待時間，充分地利用了總線的有效占用，從而實現(xiàn)了總線在多個主、從模塊間進行信息交叉重疊并行式傳送.
這種方式控制比較復雜，一般用于大型計算機系統(tǒng)
