计算机组成原理学习3笔记1
第三章 系统总线
总线（bus）的概念：总该你是连接 各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质，在任何时候都只能有一个 部件在使用
信息的传输方式：串行（距离较长）、并行（距离较短，常机器内）
总线结构的计算机举例
问题：总线是系统的瓶颈；IO运行时，主存、CPU会停止在运行（同一时刻只有一个设备使用总线）
问题：主存与IO无法直连，当发生外设与主存之间进行交流时，CPU执行的任务会被打断
问题：也不能满足很高要求
总线分类
分类标准：
位置：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；与存储地址、IO地址有关；通常情况下，地址总线条数与地址单元个数相关；地址总线宽度与MAR寄存器的宽度一样）、控制总线（有出 有入）｝）、通信总线（用于计算机系统之间或计算机系统和其他系统之间的通信）
总线的特性及性能指标
总线的物理实现
总线特性：机械特性（尺寸形状管脚数、排列顺序）、电气特性（传输防线和有效的电平范围）、功能特性（没跟传输线的功能）、时间特性（信号的时序关系）
总线性能指标：总线宽度（数据线的根数）、标准传输率（每秒传输的最大字节数）、时钟同步／异步、总线复用（地址线与数据线共用／复用，ｅｇ，８０８６地址线和数据线进行复用，２０个地址线中有１６条也作为数据线，复用目的是减少芯片管脚数）、信号线数（各线路的总和）、总线控制方式（突发、自动、仲裁、逻辑、计数）、其他（ｅｇ，负载能力）
注：总线时钟是挂在总线上的器件之间进行通信所参照的时序，与总线位数无关，总线上的每一位在通信时都要以此时钟为参考。以8086为例，总线接口部件通过总线访问存储器，访问一次需要4个时钟周期，这4个时钟周期成为1个总线周期。
总线上只有在通信时才会出现时钟。
总线标准：
总线结构：单总线结构、多总线结构
双总线结构：常把存储总线和IO总线分离，两者之间通过通道（具有特殊功能的处理器，由通道对IO同意管理，通常由操作系统非人工编写）连接
三总线结构：１.外部设备可直接访问主存
２.另一种（因为CPU运行速度太快，主存跟不上）
四总线结构（高速、低速设备分离）
PCI总线
总线控制（重难点）
1.总线判优控制
分类依据：能否提出总线占用申请
主设备（模块），对总线有控制权，可以提出占用请求
从设备（模块），只能 响应 从主设备发来的总线命令，无法提出占用请求
总线判优控制方法：
集中式：链式查询，计数器定时查询，独立请求
分布式
链式查询（最简单）
电路结构
数据总线，用于信息交换中数据的传输
地址总线，查找从设备地址
BR：总线请求
BS：总线满
BG：总线同意
挂在总线上的IO接口有总线占用请求，就用BR来向总线控制部件提出占用请求；
通过BG逐个向下查询是哪个部件提出了总线占用请求，直到碰到第一个提出占用请求的部件，然后该部件通过BS线设置总线忙；
这个过程中的各设备优先级与BG相关；
缺点，对电路故障特别敏感，尤其是BG这条线
优点，结构简单，增删设备容易，优先级设计容易实现，进行可靠性设计容易实现（将BS/BG换成两条线）
计数器定时查询
电路结构
设备地址线，地址由计数器给出，通过这个地址来查询哪个设备是否发出了总线占用请求
总线控制部件里有一个计数器，初值为0；
当一个设备发出总线占用请求，当可以让出总线使用权时，启动计数器（通过设备地址线向外传输），设计数器初值为0，然后检测IO0，若IO0没有请求，则计数器+1，然后接着查找IO1……
可以通过计数器的初值设定，可以灵活调整优先级顺序
那么需要多少线呢？设备地址线宽度和设备数有关，假设有 n个设备，进行二进制编码，那么至少需要ceil(log2(n))，那么设备地址也至少需要ceil(log2(n))+BR+BS，即ceil(log2(n))+2
独立请求方式
对比，前两种查询方式都是按顺序进行查找，速度慢；独立请求速度更快
结构
任何一个 IO接口都增加了两线：BR、BG
优先级排队是在总线控制部件内部的排队器决定，非常灵活，也可以和其他方式一起混合使用
哪个BG得到应答那么哪个设备得到占用权
缺点：线数多
2.总线通信控制
目的 解决主设备和从设备之间的 协调配合 问题
总线传输周期
申请分配阶段（主模块申请，总线仲裁决定）、寻址阶段（主模块向从模块给出地址和命令）、传数阶段（主从模块 交换数据）、结束阶段（主模块 撤销有关信息）
总线通信方式：同步通信（由同意时标控制数据传送），异步通信（采用应答方式，没有公共时标），半同步通信（同步、异步结合 ），分离式通信（充分挖掘系统总该你每一瞬间的潜力，让系统总线发挥最大的效力）
同步数据输入——定宽定距的时标来控制整个过程；在固定时间点上，要给出固定操作
同步数据输出
对于同步方式：所有从模块都用同一个时标进行控制，在同一个时限内完成规定操作；主从模块是强制同步；对多个不同模块，选择速度最慢的模块进行时标设计 用于速度一致、总线长度较短的情况
异步通信
没有定宽定距的要求，但多了两条线，请求线和应答线
1.不互锁
通信可靠性不足
改进
2.半互锁
如果主设备没有收到从设备的应答信号，那么主设备不撤销请求，反之撤销
半互锁可能引起请求无法撤销
改进，全互锁
主设备只有撤销请求信号，从设备才会撤销应答信号
异步通信：请求、回答
半同步通信（同、异结合）
半同步，允许不同速度的主从设备之间进行信息交流
此时还有一段时间总线空闲，没有充分 利用
改进：分离式通信
分离式通信：充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力
