计算机组成原理复习提纲二（系统总线）

1.掌握总线的基本概念：总线和总线信息上信息传输的特点。

总线的基本概念: 总线是连接各部件的信息传输线, 是各个部件分时共享的传输介质.

总线的信息传送:串行/并行

2.熟知总线的分类：按连接部件不同，总线可以分为几类。

分类方式

• 按数据传送方式
  • 串行总线
  • 并行总线
• 并行总线按传输数据宽度
  • 8位
  • 16位
  • 32位
  • 64位
• 按总线的使用范围
  • 计算机总线
  • 测控总线
  • 网络总线等
• 连接部件不同
  • 片内总线
  • 系统总线
  • 通信总线

片内总线: 芯片内部的总线.

系统总线: 计算机个部件之间的信息传输线

• 数据总线:双向与机器字长, 存储字长有关
• 地址总线:单向与机器字长, I/O地址有关
• 控制总线:有出 有入

通信总线:计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信

• 串行通信: 是指数据在单条1位宽的传输线上, 一位一位地按顺序分时传送;
• 并行通行: 是指数据在多条并行1位宽的传输线上, 同时由源传送到目的地.

3.掌握总线特性及性能指标，理解总线宽度、总线带宽、总线复用等概念。

总线特性

• 机械特性: 尺寸、形状、管脚数及排列顺序
• 电气特性: 传输方向和有效的电平范围
• 功能特性: 每根传输线的功能，地址、数据、控制
• 时间特性: 信号的时序关系

性能指标

• 总线宽度: 数据总线的根数
  通常指数据总线的根数，用bit(位)表示。
• 总线带宽: 每秒传输的最大字节数 ( MBps )
  总线带宽可理解为总线的数据传送速率，即单位时间内总线上传输的位数。
• 总线复用: 地址线和数据线 复用
  一条信号线上分时传送两种信号。
• 时钟同步/异步: 同步, 不同步
• 信号线数: 地址线, 数据线和控制线的综合
• 总线控制方式: 并发, 自动, 仲裁, 逻辑, 计算
• 其他指标: 负载能力, 电源电压, 总线宽度

4.熟知各种多总线结构以及它们对解决总线瓶颈和提高计算机整机的性能的作用。

单总线结构

结构简单, 也便于扩充, 但所有传送都通过这组共享总线, 因此极易形成计算机系统的瓶颈.

• 访问存储器和访问外设指令相同, 由地址来区分;
• 总线简单, 使用灵活, 易于扩展;
• 任意两设备之间理论上可以直接交换信息;
• 所有设备分时工作, 仅适用于慢速的计算机系统中

多总线结构

• 双总线结构
  双总线的结构特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来, 形成主存总线与I/O总线分开的结构. 并行性进一步提高, 并可以通过通道或I/O处理机来分担CPU的I/O功能, 但是总线结构更复杂.
  如果将不同速率的I/O设备进行分类连接到不同通道上, 计算机的工作效率会提高, 便有了3总线结构.
  
• 三总线结构
  主存总线用于CPU与主存之间的传输; I/O总线供CPU与各类I/O之间传递信息; DMA总线用于高速I/O设备(磁盘, 磁带等) 与主存之间交换信息. 在三总线结构中, 任一时刻只能使用一种总线. 主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取, I/O总线只有在CPU执行I/O指令时才用到.
  
• 三总线结构的又一形式
  CPU与Cache之间有一条局部总线, 它将CPU与Cache或与更多的局部设备连接.
  
• 四总线结构
  四总线结构又增加了一条与计算机系统紧密相连的高速总线. 在高速总线上挂接了一些高速I/O设备.
  这种结构对高速设备而言, 其自身的工作可以很少依赖CPU, 同时他们又比扩展总线上的设备更贴近CPU, 对于高性能设备与CPU来说, 各自的效率将获得更大的提高.
  

5.理解总线判优控制及三种集中式总线判优控制方式的特点。

总线控制的基本概念

• 主设备(模块) 对总线有控制权
• 从设备(模块)响应从主设备发过来的总线命令
• 总线判优控制
  • 集中式
    • 链式查询
    • 计数器定时查询
    • 独立请求方式
  • 分布式

为什么要设置总线判优方式?

因为总线在各设备进行通信时，一次同时只能传输一个。当多个主设备同时要使用总线时，就需要由总线控制器判优、仲裁按一定的优先等级顺序确定哪个主设备能使用总线。

链式查询

链式查询只需要几根线就可以按照一定优先顺序实现总线控制，并且很容易扩充设备，但是线路故障很敏感，且优先级别低的设备很难过得请求

计数器定时查询

计数器定时查询比链式查询多一组地址线，但是少了一根同意线BG。它的计数可以从”0“开始，此时一旦设备的优先级次序被固定，设备的优先级就按0，1···，n的顺序降序排列，而且固定不变；计数也可以从上一次计数的终点开始，即是一次循环的方法，此时设备使用总线的优先级相等；计数器的初始值还可以有程度设定，故优先级次序可以改变。这种方式对电路故障不如链式查询敏感，但增加了控制线(设备地址)数，控制也比较复杂。

独立请求方式

独立请求方式每一台设备都有一对请求线B R i BR_iBRi​和总线同意线B G i BG_iBGi​。它的相应速度快，优先顺序控制灵活，但控制线数多，总线控制更复杂。

典型问题

1. 指令和数据都存与存储器中，计算机如何区分它们？
   用储存单元地址号来区分，将数据和指令都存放在存储体内各自所占的不同单元，当需要使用某个数据或者指令时，只需要指出相应单元地址即可。
2. 串行传输和并行传输有何区别？各用于什么场合。
   串行传输是单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送。并行传输是数据在多条并行一位宽的传输线上，同时传送。
   串行传输用于远距离传输，并行传输用于短距离的数据传输。
3. 设总线的时钟频率为8MHz，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据，试问总线的带宽多少？
   
4. 为什么要设置总线判优?
   因为总线在各设备进行通信时，一次同时只能传输一个。当多个主设备同时要使用总线时，就需要由总线控制器判优、仲裁按一定的优先等级顺序确定哪个主设备能使用总线。