系統地址總線

本文轉載自查看原文 2020-05-21 00:24 574 計算機組成原理

1.總線的基本概念

1.什么是總線

總線是連接各個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質。

注意：在任何時刻只能允許一對設備或者部件來使用總線，其他的設備只能等待前者使用完成之后才可以使用總線。

2.為什么要用總線

1.為了更加簡便的連接計算機的各個部件，使得計算機的內部結構更加有序，方便控制器對各個部件的管理。

2.提高計算機系統的可擴展性。

3.可以節約計算機的設計成本。

3.總線上信息的傳送

1.串行：要傳輸的數據在總線上一位位的傳送，接收方一位位的接收。(傳輸距離長，可以使用在計算機與計算機之間的數據傳輸)

2.並行：要傳輸的數據多位一同放到總線上進行傳輸，接收方也同時接收多個數據。(需要多條數據總線，傳輸距離短，一般在計算機內部使用，如果要用於遠距離傳輸需要其他的技術支持)

2.總線的分類

要進行分類，就需要分類的依據，根據總線的位置進行划分有如下的分法：

1.片內總線

芯片內部的總線。

2.系統總線

計算機各部件之間的信息傳輸線

1.數據總線：雙向，一般與機器字長、存儲字長有關。

2.地址總線：單向，與存儲地址、 I/O地址有關

3.控制總線：以CPU為對象有出有入。有出：存儲器讀、存儲器寫總線允許、中斷確認；有入：中斷請求、總線請求；

3.通信總線

用於計算機系統之間或計算機系統與其他系統（如控制儀表、移動通信等）之間的通信。

傳輸方式：串行通信總線、並行通信總線。

3.總線特性及性能指標

1.總線的物理實現(主板)

總線的物理實現就是主板(母板)，主板上留有各個功能部件的接口以供部件的擴展。

2.總線特性

總線為了能夠有效的連接部件需要具有一定的特性：

1. 機械特性：尺寸、形狀、管腳數及排列順序

2. 電氣特性：傳輸方向（數據線雙向、地址線單向只能由CPU發出傳向內存或者是IO設備）和有效的電平范圍（規定什么電壓是低電平、什么電壓是高電平）

3. 功能特性：每根傳輸線的功能：地址、數據、控制等

4. 時間特性：信號的時序關系

3.總線的性能指標

1. 總線寬度：數據線的根數

2. 標准傳輸率：每秒傳輸的最大字節數（MBps）

3. 時鍾同步/異步：同步、不同步

4. 總線復用：地址線與數據線復用（共用），為了減少管腳數，管腳數減小了計算機的封裝體系就會減小。

5. 信號線數：地址線、數據線和控制線的總和

6. 總線控制方式：突發、自動、仲裁、邏輯、計數

7. 其他指標：負載能力（總線可以掛載的IO設備數）

4.總線的標准

為什么需要總線標准？

通過制定一套總線標准來實現分工生產集成。

總線標准

ISA：工業標准體系結構

EISA：對ISA的擴展，兼容ISA

VESA：視頻電子標准協會，實現活動圖像的高速傳輸

PCI：外設部件互聯標准，獨立於處理器，它將CPU處理器與外圍設備分開，使得可以在不同時鍾頻率下任意的添加IO設備而不造成CPU的性能下降。

AGP：英特爾推出的接口，它是點對點的局部總線，主要是為了連接控制芯片和顯卡。

RS-232：串行總線通信標准

USB：通用串行總線標准

4.總線的結構

1.單總線結構

將所有設備都連接到系統總線上，導致系統總線成為系統的瓶頸，具體表現為：1.當總線被其他設備征用時，CPU的運行效率會受到影響；2.當使用總線來連接遠程設備時，總線過長會造成時間延遲。

2.多總線結構

1.雙總線結構

面向 CPU 的雙總線結構

該總線結構具有M總線和I/O總線兩條總線，M總線連接CPU和主存可以減少CPU和主存間數據傳輸的壓力，但是由於主存和其他I/O設備沒有直接連接，所以當其他I/O設備需要訪問主存時就會打斷CPU的執行，從而影響CPU的執行效率。

以存儲器為中心的雙總線結構

以存儲器為中心的雙總線結構擁有存儲總線和系統總線兩條總線，其中存儲總線連接CPU和內存解決CPU和主存間頻繁的數據傳輸問題，減少系統總線的傳輸壓力；系統總線連接CPU、主存和各個I/O設備來保證CPU、主存和I/O設備間的數據傳輸，同時避免了CPU因缺少可使用的總線而被中斷執行。但遺憾的是目前的技術還不能支持系統總線和存儲總線同時工作。

存儲總線和IO總線分離的雙總線結構

存儲總線和IO總線分離的雙總線結構實現了主存總線和I/O總線的分離，主存總線實現CPU和主存間的數據傳輸，I/O總線實現各個I/O設備間的數據傳輸，然后再設計一個通道來將主存總線和I/O總線連接，從而實現各個部件間的數據交互。那么這個通道是個什么樣子的結構呢？其實它就是一個具有特殊功能的處理器，它擁有自己的控制器，擁有自己的指令系統，能夠執行通道程序，並且能夠實現對I/O的統一管理。值得注意的是通道程序通常是由操作系統來編寫的。

2. 三總線結構

三總線結構1

該三總線結構與前面相比多出了一條DMA總線，它支持直接存儲器訪問，外部的高速設備能夠直接訪問計算機的內存，這樣可以調高計算機的效率。當然對於一些低速設備只能通過I/O總線來訪問內存，防止拖累數據傳輸效率。

三總線結構2

由於CPU和內存的運行速度存在一定的差距，所以設計一塊高速存儲結構Cache，來提高CPU和主存間的數據交互。該結構設計一條擴展總線來連接外部擴展設備，由於將快速設備和低速設備都連接到一條擴展總線上所以低速設備會拖累高速設備。

3.四總線結構

下面的四總線結構是在上面三總線結構2的基礎上進行改進，將高速設備和低速設備連接到不同的總線上。其中，擴展總線連接低速設備，高速總線連接高速設備，從而提高數據傳輸效率。

5.總線控制

1.總線判優控制

1. 基本概念

主設備(模塊)：對總線有控制權

從設備(模塊) ：響應從主設備發來的總線命令

2.總線判優控制

分布式：將判優邏輯分布到各個設備上

集中式：將判優邏輯存放在CPU內

鏈式查詢方式

計數器定時查詢

獨立請求方式

2.總線通信控制

1. 目的 ：解決通信雙方協調配合問題
2. 總線傳輸周期
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：主模塊和從模塊交換數據
結束階段：主模塊撤消有關信息
3. 總線通信的四種方式
同步通信：由統一時標控制數據傳送
同步式數據輸入