计算机组成原理05-系统总线(下)

计算机组成原理系统总线(下)

(PS:这章需要记得图很多，偷懒，直接把书上的拍下来了，球球大佬们多带带我)

总线结构

单总线结构

双总线结构

三总线结构

三总线结构的另一种形式

四总线结构

总线控制

由于总线上连接很多部件，什么时候哪个部件发消息等一系列问题都需要总线控制器统一管理，主要包括判优控制和通信控制。

总线判优控制

方便记忆也可以理解为解决总线使用的先后顺序，即优先权。

       总线上连接的设备按照对总线有无控制功能分为主设备和从设备。主设备对总线有控制权，从设备只能响应主设备发来的总线命令，对总线没有控制权。如果多个主设备同时想要使用主线，就得由总线的判优控制来决定使用总线的优先权。

        总线判优控制分为集中式和分布式两种。常见的集中控制优先权的仲裁方式有三种。

1>链式查询

在链式查询中，离总线控制部件最近的设备具有更高的优先级。

链式查询的特点：使用最少的线就能按一定的优先次序实现控制，很容易扩充设备，但对电路故障敏感，而且优先级低的设备很难或得请求。

2>计数器定时查询

计数器定时查询的特点：计数可以从0开始，一旦设备优先次序被固定，设备的优先级就按0，1，···，n的顺序降序排列。计数也可以从上一次计数的结尾重新开始，形成一个循环。这样设备的优先级相等，计数器的初始值还可以由程序设置，因此优先次序可以改变。计数器定时查询方式对电路故障没有链式查询敏感，但增加了控制线束，控制也很复杂。

3>独立请求方式

独立请求方式的特点：响应速度快，优先次序控制灵活(通过程序改变)，但控制线数量多，总线控制复杂。链式查询仅用俩根线确定总线使用权属于哪个设备，在计数器查询中大致用log2 n根线，独立请求方式需要2n根线。(n是允许接纳的最大设备数)

总线通信控制

为了更好的通信，在通信时间上，应该以获得总线使用权的先后顺序分时占用总线，即某一时刻的的通信，由那个时刻获得总线使用权的部件负责，就这样一个个接替传送。

通常完成一次总线操作的时间称为总线周期(机器周期)，分为4个阶段。

1>申请分配阶段

由主模块提出申请，总线仲裁决定

2>寻址阶段

主模块向从模块给出地址和命令

3>传数阶段

主模块和从模块交换数据

4>结束阶段

主模块撤销有关信息，让出总线使用权。

总线通信控制通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

同步通信

通信双方由统一时标控制数据传送称为同步通信。

同步通信优点：规定明确、同意，模块间的配合简单一致。

同步通信缺点：主、从模块时间配合属于强制性同步，必须在限定时间内完成规定的要求。并且对所有从模块都用同一限时，这就造成对不相同速度的部件而言，必须按照最慢速度的零件来设计，缺乏灵活性。

同步通信一般用于总线长度较短、各部件存取时间比较一致的场合。在同步通信的总线系统中，总线传输周期越短，数据线的位数越多，直接影响总线的数据传输率。

异步通信

异步通信允许各模块速度的不一致性，有充分的灵活性。他没有公共的时钟标准，这就要求主、从模块之间增加俩条应答线。

异步通信的应答方式又可分为不互锁、半互锁和全互锁三种类型。

异步通信可用于并行传送或串行传送。异步串行通信的数据传送速率用波特率来衡量。波特率是指单位时间内传输二进制数据的位数，单位用bps(位/秒)表示，记作波特。

半同步通信

分离式通信

分离式通信可以充分挖掘系统总线每瞬间的潜力，对提高系统性能起到极大作用。

分离式通信的特点是各模块有权申请占用总线，采用同步方式传送，不等待对方的回答信号。各模块在准备数据的过程中都不占用总线，总线被占用时都在做工作，不存在空闲。