计算机组成原理学习笔记第7章 系统总线 7.3-7.4 总线连接方式、数据传输方式

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• • • 7.3 总线连接方式
    • • 1.单线总线结构
      • 2.双线总线结构
      • 3.多级总线结构
      • 4.总线中桥的概念
      • 5.总线结构对计算机系统性能的影响
    • 7.4 仲裁和数据传输方式
    • • 1.菊花链式串行总线制裁
      • 2.集中式并行总线仲裁
      • 3.常用的总线仲裁策略
      • 4.总线时序——同步定时
      • 5.同步定时的优缺点
      • 6.总线时序——异步定时
      • 7.异步定时的优缺点
      • 8.总线时序——半同步定时
      • 9.数据传输方式

★观前提示：本专栏笔记内容适合有一定的基础或复习时观看，内容如有错，还请大家评论指出！非常感谢！

7.3 总线连接方式

1.单线总线结构

◆ 访问存储器和访问外设指令相同，由地址来区分；
◆ 总线简单，使用灵活，易于扩展；
◆ 任意两设备之间理论上都可以直接交换信息；
◆ 所有设备分时工作，仅适用于慢速的计算机系统中。

2.双线总线结构

◆ 由于外设和内存分处于不同的总线，需要增加I/O指令；
◆ 存储总线的增加减轻了系统总线的负担，提高了并行性；
◆ 仍然保持了单总线结构的系统简单、易于扩充的优点。

3.多级总线结构

◆ 在双级总线结构的基础上增加I/O总线构成；
◆ 并行性进一步提高，并可以通过增加通道或IO处理机来分担部分CPU的I/O功能，但是总线结构得越来越复杂。

4.总线中桥的概念

◆ 总线桥：是不同速率总线之间的连接器件，起信号速度缓冲、电平转换、控制协议转换等作用。

5.总线结构对计算机系统性能的影响

◆ 对最大存储容量的影响：单总线结构有影响，双总线和多总线结构没有；
◆ 对指令系统的影响：双总线和多总线结构需要增加IO指令；
◆ 吞吐量：单总线结构的吞吐量小，多总线结构的吞吐量大，双总线结构的吞吐量居中。

7.4 仲裁和数据传输方式

1.菊花链式串行总线制裁

①工作过程分析

设备N向总线控制器(CPU)发总线使用请求BR → 总线控制器检查BS信号 → 若BS=0 → 总线控制器发总线应答信号BG → 按照设备的物理连接次序查询,直到找到第一个发出BR的设备 → 置BS=1。

②优缺点
1️⃣优点
a.设备扩充容易；
b.控制器简单。

2️⃣缺点
a.优先级由设备的物理位置确定，设置不灵活；
b.单点故障明显；
c.响应速度慢。

2.集中式并行总线仲裁

优缺点
1️⃣优点
a. 不存在单点故障
b.优先级改变灵活
c.响应速度快
2️⃣缺点
a.线数与设备的数量有关，设备扩充较困难。
b.控制器的设计复杂

3.常用的总线仲裁策略

• 固定优先级总线仲裁
• 轮叫式总线仲裁（Round Robin）
• LRG总线仲裁（Least Recently Granted）
• 混合式总线仲裁

4.总线时序——同步定时

◆ 同步定时：信息传送由公共时钟控制，总线中包含时钟线。

5.同步定时的优缺点

1️⃣优点
时序关系简单，实现简单。

2️⃣缺点
在设备速度不一致时按最坏情况确定，传输线不能太长（时钟相移）。

6.总线时序——异步定时

◆ 异步定时：信息传送的每一个操作都是由主设备或从设备特定信号的跳变所确定，总线上每一个事件的发生取决于前一个事件的发生。

7.异步定时的优缺点

1️⃣优点
数据传输可靠，适用于传输周期不同的设备，对通讯线的长度没有严格的要求。

2️⃣缺点
速度较慢。

8.总线时序——半同步定时

◆ 半同步定时：总线上各操作之间的时间间隔可以变化，但仅允许为公共时钟周期的整数倍。信号的出现、采样和结束仍以公共时钟为基准。

9.数据传输方式

三种数据传送模式：并行传送、串行传送、串并传送。

1️⃣并行传送
同时并行传送的二进位数就是数据宽度；
通常采用应答式的联络信号来协调双方的数据传送操作。

2️⃣串行传送
只使用一根传输线，采用脉冲方式传送信息；
每次传送1位信息；
一次新的传送，一定是以一个电平的跳变开始。

3️⃣串并传送
一次传送多个二进制位，但是同时传送的二进制位数小于数据宽度；
按照串行的方式将整个数据宽度传送完。

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