计算机组成原理(2.2)--系统总线
目录
一、总线结构
1.单总线结构
1.1单总线结构框图
编辑1.2单总线性能下降的原因
2.多总线结构
2.1双总线结构
2.2三总线结构
2.3四总线结构
编辑
二、总线结构举例
1. 传统微型机总线结构
2. VL-BUS局部总线结构
3. PCI 总线结构
4. 多层 PCI 总线结构
三、总线控制
1.总线传输周期
2.总线判优控制
2.1链式查询
2.2 计数器定时查询方式
2.3 独立请求方式
3.总线通信控制
3.1同步通信
3.2 异步通信
3.3 半同步通信
一、总线结构
总线结构通常可分为单总线结构和多总线结构两种。
1.单总线结构
1.1单总线结构框图
它是将 CPU 、主存、 I/0 设备(通过 I/0 接口)都挂在一组总线上,允许 I/0 设备之间、I/0 设备与 CPU 之间或 I/0 设备与主存之间直接交换信息。
1.2单总线性能下降的原因
总线上连接的设备越多,传输延迟越大。
总线上挂接设备速度差异越大,效率越差。CPU只能挂接在这个单一的总线上,不能从数据传送操作中解放出来。多总线结构可根据数据传输的不同要求进行分层次互连,且可以多个总线并行传输
2.多总线结构
2.1双总线结构
双总线结构的特点是将速度较低的 I/0 设备从单总线上分离出来,形成主存总线与 I/0总线分开的结构。
2.2三总线结构
主存总线用于 CPU 与主存之间的传输; I/0 总线供 CPU 与各类 I/0 设备之间传递信息; DMA 总线用千高速 I/0 设备(磁盘、磁带等)与主存之间直接交换信息。
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

2.3四总线结构
在这里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/0 设备,如高速局域网、图形工作站、多媒体、 SCSI 等/
二、总线结构举例
1. 传统微型机总线结构
2. VL-BUS局部总线结构
3. PCI 总线结构
4. 多层 PCI 总线结构
三、总线控制
1.总线传输周期
一般来说,总线上完成一次数据传输要经历4个阶段:
1.申请占用总线阶段
需要使用总线的主设备(如CPU或DMA),向总线仲裁机构提出占有总线控制权的申请。总线仲裁机构判别确定后,把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。
2. 寻址阶段
获得总线控制权的主设备,通过地址总线发出本次打算访问的从设备(如存储器或I/O接口)的地址。通过译码使被访问的从设备被选中,而开始启动工作。
3. 传数阶段
主设备与从设备进行数据交换。数据由源设备发出经数据总线流入目的设备。对于读传送,源设备是存储器或I/O接口等从设备,而目的设备是主设备如CPU等;对于写传送,则源设备是主设备(如CPU),而目的设备是存储器或I/O接口等从设备。
4. 结束阶段
主、从设备的有关信息均从总线上撤除,让出总线,以便其它设备能继续使用总线。
2.总线判优控制
总线上所连接的各类设备,按其对总线有无控制功能可分为主设备(模块)和从设备(模块)两种。主设备对总线有控制权,从设备只能响应从主设备发来的总线命令,对总线没有控制权。总线上信息的传送是由主设备启动的,如某个主设备欲与另一个设备(从设备)进行通信时,首先由主设备发出总线请求信号,若多个主设备同时要使用总线时,就由总线控制器的判优、仲裁逻辑按一定的优先等级顺序确定哪个主设备能使用总线。只有获得总线使用权的主设备才能开始传送数据。
总线判优控制可分集中式和分布式两种,前者将控制逻辑集中在一处(如在 CPU 中),后者
将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上。
2.1链式查询
2.2 计数器定时查询方式
2.3 独立请求方式
3.总线通信控制
目的:解决通信双方 协调配合 问题
通常将完成一次总线操作的时间称为总线周期,可分为以下 4个阶段。
@申请分配阶段:由需要使用总线的主模块(或主设备)提出申请,经总线仲裁机构决定下
一传输周期的总线使用权授于某一申请者。
@寻址阶段:取得了使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块(或从设备)的地址
及有关命令,启动参与本次传输的从模块。
@传数阶段:主模块和从模块进行数据交换,数据由源模块发出,经数据总线流入目
的模块。
@结束阶段:主模块的有关信息均从系统总线上撤除,让出总线使用权。
3.1同步通信
在同步方式下,通信双方由统一的时钟控制数据的传送,时钟通常是由CPU发出的,并送到总线上的所有部件。经过一段固定时间,本次总线传送周期结束,开始下一个新的总线传送周期。
3.2 异步通信
利用数据发送部件和接收部件之间的相互‘握手’信号来实现总线数据传送的方式称作异步通信方式。
在异步通信方式下,发送部件将数据放到总线上后经过一定的时间延迟后,在控制线上发出“数据准备好’信号、而接收部件则应发‘数据接收’信号来响应,送此信号到发送部件,并接收数据。发送部件收到这个响应信号后,去除原数据至此结束本次传送。
异步通信方式便于实现不同速度部件之间的数据传送。
3.3 半同步通信
半同步通信既保留了同步通信的基本特点,如所有的地址、命令、数据信号的发出时间,都严格参照系统时钟的某个前沿开始,而接收方都采用系统时钟后沿时刻来进行判断识别;同时又像异步通信那样,允许不同速度的模块和谐地工作。
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