计算机组成原理总线系统

总线是多个系统功能部件进行数据传送的公共通路。

按位置分类：一个单处理器系统中的总线大致分为三类：

(1) 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线

(2) 系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线。

(3) I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线。

总线的特性

物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等。功能特性：描述总线中每一根线的功能。

电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。送入CPU的信号叫输入信号(IN)，从CPU发出的信号叫输出信号(OUT)。

时间特性：定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。

总线评价指标

总线带宽（BW）：总线的带宽指的是单位时间内总线上可传送的数据量。单位是字节/秒（B/s）或兆字节/秒（MB/s）。总线带宽是总线本身所能达到的最高传输速率。 与总线带宽密切相关的两个概念是总线宽度和总线的工作频率。

总线宽度（W）总线的宽度指的是总线能同时传送的数据位数，（通常题目中会有“一个总线周期中并行传输XX个字节的数据” 这类话）

**总线工作频率（f）**总线的工作频率即总线的时钟频率，以MHz为单位。它是指用于协调总线上的各种操作的时钟信号的频率。工作频率越高则总线工作速度越快。

总线带宽的计算公式如下：

BW =（W/8）× f/每个存取周期的时钟数

解释：

（W/8）：如果W用位来表示，除8得到字节数。

每个存取周期的时钟数：题目没写的话就为1.

总线的连接方式

单总线结构 使用一条系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总线结构

多总线结构

总线的内部结构

总线结构实例CPU总线： 也称CPU——存储器总线。此总线可连接主存。PCI总线： 用于连接高速的I/O设备模块。ISA总线： pentium机使用该总线与低速I/O设备连接。

总线接口

信息的传送方式　

计算机系统中，传输信息采用三种方式： 串行传送、并行传送和分时传送。但是出于速度和效率上的考虑，系统总线上传送的信息必须采用并行传送方式。

串行传送

只有一条传输线，有利于长途传送数据。 在串行传送时，被传送的数据需要在发送部件进行并－－串变换，这称为拆卸；而在接收部件又需要进行串－－并变换，这称为装配。 为了区分一段时间内到底传了几个0或1，用到位时间。串行传输时低位在前，高位在后。

例题：采用串行接口进行七位ASCII码传送，带有1位奇偶校验位，1位起始位和1位停止位，当波特率为9600波特时， 字符传送速率为____。 A.960 B.873 C.1371 D.480

答：波特率：每1秒传送9600个bit

由题意：10个bit位=1个字符所以每秒钟传送960个字符 选A

并行传送

用并行方式传送二进制信息时，对每个数据位都需要单独一条传输线。

分时传送

总线接口的基本概念

接口即I/O设备适配器，具体指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。

I/O设备适配器=I/O接口=适配器=I/O功能模块

一个适配器的两个接口：一个同系统总线相连，采用并行方式，另外一个同设备相连，可能采用并行方式或是串行方式。

总线的仲裁　

为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件

按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类。

对于单处理器系统总线而言，总线仲裁器=总线控制器，是CPU的一部分

集中式仲裁

1.链式查询方式：

（1）.菊花链查询方式：

授权信号线（BG）从总线仲裁器出发，每经过一个设备，检查其是否有总线请求，有的话就该I/O接口有总线控制权，且不往下查询，没有就往下查询。所以，离总线仲裁器最近的，有最高优先权。

链式查询是通过接口的优先级排队电路实现的。

缺点：1.对电路故障敏感。2.优先级低的可能一直不能使用总线。

2.计数器定时查询方式

计数器初值也可用程序来设置，这可以方便地改变优先次序，但这种灵活性是以增加线数为代价的。

3,独立请求方式优点：总线请求响应的速度快，用不着一个设备接一个设备地查询。其次，对优先次序的控制相当灵活；缺点：扩充性较差；

分布式仲裁

分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。

当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。

优点：线路可靠性高（个别仲裁故障不会影响整个系统）

缺点：设计复杂

总线的定时

总线的一次信息传送过程，大致可分为如下五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址(目的地址)，信息传送，状态返回(或错误报告)。 定时：事件出现在总线上的时序关系。

数据传送过程中采用的两种定时方式：

1. 同步定时

2.异步定时