計算機組成原理學習3筆記1

第三章 系統總線

　　總線（bus）的概念：總該你是鏈接 各個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質，在任什麼時候候都只能有一個 部件在使用

　　信息的傳輸方式：串行（距離較長）、並行（距離較短，常機器內）

　　總線結構的計算機舉例

問題：總線是系統的瓶頸；IO運行時，主存、CPU會中止在運行（同一時刻只有一個設備使用總線）

 

問題：主存與IO沒法直連，當發生外設與主存之間進行交流時，CPU執行的任務會被打斷

 

　　問題：也不能知足很高要求

 

總線分類

分類標準：

　　位置：片內總線（芯片內部的總線）、系統總線（計算機個部件之間的信息傳輸線｛數據總線（雙向；與機器字長、存儲字長有關）、地址總線（單向；與存儲地址、IO地址有關；一般狀況下，地址總線條數與地址單元個數相關；地址總線寬度與MAR寄存器的寬度同樣）、控制總線（有出　有入）｝）、通訊總線（用於計算機系統之間或計算機系統和其餘系統之間的通訊）

 

總線的特性及性能指標

總線的物理實現

　　總線特性：機械特性（尺寸形狀管腳數、排列順序）、電氣特性（傳輸防線和有效的電平範圍）、功能特性（沒跟傳輸線的功能）、時間特性（信號的時序關係）

　　總線性能指標：總線寬度（數據線的根數）、標準傳輸率（每秒傳輸的最大字節數）、時鐘同步／異步、總線複用（地址線與數據線共用／複用，ｅｇ，８０８６地址線和數據線進行復用，２０個地址線中有１６條也做爲數據線，複用目的是減小芯片管腳數）、信號線數（各線路的總和）、總線控制方式（突發、自動、仲裁、邏輯、計數）、其餘（ｅｇ，負載能力）

　　注：總線時鐘是掛在總線上的器件之間進行通訊所參照的時序，與總線位數無關，總線上的每一位在通訊時都要以此時鐘爲參考。以8086爲例，總線接口部件經過總線訪問存儲器，訪問一次須要4個時鐘週期，這4個時鐘週期成爲1個總線週期。
總線上只有在通訊時纔會出現時鐘。

　　總線標準：

　　總線結構：單總線結構、多總線結構

　　雙總線結構：常把存儲總線和IO總線分離，二者之間經過通道（具備特殊功能的處理器，由通道對IO贊成管理，一般由操做系統非人工編寫）鏈接

　　

　　三總線結構：１.外部設備可直接訪問主存

 　　

　　２.另外一種（由於CPU運行速度太快，主存跟不上）

　　

　　四總線結構（高速、低速設備分離）

　　

 

　　PCI總線

　　

 

　　總線控制（重難點）

　　1.總線判優控制

　　　　分類依據：可否提出總線佔用申請

　　　　主設備（模塊），對總線有控制權，能夠提出佔用請求

　　　　從設備（模塊），只能 響應 從主設備發來的總線命令，沒法提出佔用請求 

　　　　總線判優控制方法：

　　　　　　集中式：鏈式查詢，計數器定時查詢，獨立請求

　　　　　　分佈式

　　　　鏈式查詢（最簡單）

　　　　電路結構

　　　　數據總線，用於信息交換中數據的傳輸

　　　　地址總線，查找從設備地址

　　　　BR：總線請求

　　　　BS：總線滿

　　　　BG：總線贊成

　　　　掛在總線上的IO接口有總線佔用請求，就用BR來向總線控制部件提出佔用請求；

　　　　經過BG逐個向下查詢是哪一個部件提出了總線佔用請求，直到碰到第一個提出佔用請求的部件，而後該部件經過BS線設置總線忙；

　　　　這個過程當中的各設備優先級與BG相關；

　　　　缺點，對電路故障特別敏感，尤爲是BG這條線

　　　　優勢，結構簡單，增刪設備容易，優先級設計容易實現，進行可靠性設計容易實現（將BS/BG換成兩條線）

　　

　　　　計數器定時查詢

　　　　電路結構　

　　　　

　　　　設備地址線，地址由計數器給出，經過這個地址來查詢哪一個設備是否發出了總線佔用請求

　　　　總線控制部件裏有一個計數器，初值爲0；

　　　　當一個設備發出總線佔用請求，當可讓出總線使用權時，啓動計數器（經過設備地址線向外傳輸），設計數器初值爲0，而後檢測IO0，若IO0沒有請求，則計數器+1，而後接着查找IO1……

　　　　能夠經過計數器的初值設定，能夠靈活調整優先級順序

　　　　那麼須要多少線呢？設備地址線寬度和設備數有關，假設有 n個設備，進行二進制編碼，那麼至少須要ceil(log2(n))，那麼設備地址也至少須要ceil(log2(n))+BR+BS，即ceil(log2(n))+2

　　　　

　　　　獨立請求方式

 　　　　對比，前兩種查詢方式都是按順序進行查找，速度慢；獨立請求速度更快

　　　　結構

　　　　

　　　　任何一個 IO接口都增長了兩線：BR、BG

　　　　優先級排隊是在總線控制部件內部的排隊器決定，很是靈活，也能夠和其餘方式一塊兒混合使用

　　　　哪一個BG獲得應答那麼哪一個設備獲得佔用權

　　　　缺點：線數多

 

　　2.總線通訊控制

　　　　目的 解決主設備和從設備之間的 協調配合 問題 

　　　　總線傳輸週期

　　　　申請分配階段（主模塊申請，總線仲裁決定）、尋址階段（主模塊向從模塊給出地址和命令）、傳數階段（主從模塊 交換數據）、結束階段（主模塊 撤銷有關信息）

　　　　總線通訊方式：同步通訊（由贊成時標控制數據傳送），異步通訊（採用應答方式，沒有公共時標），半同步通訊（同步、異步結合 ），分離式通訊（充分挖掘系統總該你每一瞬間的潛力，讓系統總線發揮最大的效力）

　　　　同步數據輸入——定寬定距的時標來控制整個過程；在固定時間點上，要給出固定操做

　　

 

　　　　同步數據輸出

　　　　

　　　　

　　　　對於同步方式：全部從模塊都用同一個時標進行控制，在同一個時限內完成規定操做；主從模塊是強制同步；對多個不一樣模塊，選擇速度最慢的模塊進行時標設計   用於速度一致、總線長度較短的狀況

　　　　

　　　　異步通訊

　　　　沒有定寬定距的要求，但多了兩條線，請求線和應答線

　　　　1.不互鎖

　　　　通訊可靠性不足

 

　　　　改進

　　　　2.半互鎖

　　　　若是主設備沒有收到從設備的應答信號，那麼主設備不撤銷請求，反之撤銷

　　　　半互鎖可能引發請求沒法撤銷

　　　　

　　　　改進，全互鎖

　　　　主設備只有撤銷請求信號，從設備纔會撤銷應答信號

　　　　

　　　　異步通訊：請求、回答

　　　　

　　　　半同步通訊（同、異結合）

　　　　

參考

 　　　　

　　　　半同步，容許不一樣速度的主從設備之間進行信息交流

　　　　 此時還有一段時間總線空閒，沒有充分 利用

　　　　改進：分離式通訊

　　　　

　　　　分離式通訊：充分挖掘系統總線每一個瞬間的潛力