計(jì)算機(jī)組成原理第四版第六章

1、BackBack總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互連機(jī)構(gòu)，是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。一個(gè)單處理器系統(tǒng)中的總線，大致分為三類(lèi)：(1)內(nèi)部總線內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線。(2)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線：CPU同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他高速功能部件，如存儲(chǔ)器、通道等互相連接的總線。 (3)I/O總線總線：中、低速I(mǎi)/O設(shè)備之間互相連接的總線。Back在許多單處理器的計(jì)算機(jī)中，使用一條單一的系統(tǒng)總線來(lái)連接CPU、主存和I/O設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。 這種連接到總線上的邏輯部件必須高速運(yùn)行，以便在某些設(shè)備需要使用總線時(shí)能迅速獲得總線控制權(quán)；而當(dāng)不再使用總線時(shí)，能迅速放棄總線控制權(quán)。 B

2、ack雙總線結(jié)構(gòu)：雙總線結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)保持了單總線系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)充的優(yōu)點(diǎn)，但又在這種結(jié)構(gòu)保持了單總線系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)充的優(yōu)點(diǎn)，但又在CPU和主存之間專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線，使和主存之間專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線，使CPU可通過(guò)專(zhuān)用總線可通過(guò)專(zhuān)用總線與存儲(chǔ)器交換信息，并減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)，同時(shí)主存仍可通過(guò)系統(tǒng)總與存儲(chǔ)器交換信息，并減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)，同時(shí)主存仍可通過(guò)系統(tǒng)總線與外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)線與外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)DMA操作，而不必經(jīng)過(guò)操作，而不必經(jīng)過(guò)CPU。當(dāng)然這種雙總線系統(tǒng)以增。當(dāng)然這種雙總線系統(tǒng)以增加硬件為代價(jià)。加硬件為代價(jià)。Back三總線結(jié)構(gòu)：三總線結(jié)構(gòu)：它是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加它

3、是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加I/O總線形成的。在總線形成的。在DMA方式中，外設(shè)與存儲(chǔ)器間直接交換數(shù)據(jù)而不經(jīng)過(guò)方式中，外設(shè)與存儲(chǔ)器間直接交換數(shù)據(jù)而不經(jīng)過(guò)CPU，從而減輕了，從而減輕了CPU對(duì)數(shù)據(jù)輸入輸出的控制，而對(duì)數(shù)據(jù)輸入輸出的控制，而“通道通道”方式進(jìn)一步提高了方式進(jìn)一步提高了CPU的效的效率。率。 Back6.1.3 總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的影響總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的影響 1. 最大存儲(chǔ)容量在單總線系統(tǒng)中，最大主存容量必須小于由計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)所決定的可能的地址總數(shù)。在雙總線系統(tǒng)中，對(duì)主存和外設(shè)進(jìn)行存取的判斷是利用各自的指令操作碼。由于主存地址和外設(shè)地址出現(xiàn)于不同的總線上，所以存儲(chǔ)容量不會(huì)受

4、到外圍設(shè)備多少的影響。2 指令系統(tǒng) 在雙總線系統(tǒng)中，CPU對(duì)存儲(chǔ)總線和系統(tǒng)總線必須有不同的指令系統(tǒng)。 在單總線系統(tǒng)中，訪問(wèn)主存和I/O傳送可使用相同的操作碼，使用相同的指令，但它們使用不同的地址。3 吞吐量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的吞吐量是指流入、處理和流出系統(tǒng)的信息的速率。它取決于信息能夠多快地輸入內(nèi)存，CPU能夠多快地取指令，數(shù)據(jù)能夠多快地從內(nèi)存取出或存入，以及所得結(jié)果能夠多快地從內(nèi)存送給一臺(tái)外圍設(shè)備。 由于上述原因，采用雙端口存儲(chǔ)器可以增加主存的有效速度。 早期總線：早期總線：它實(shí)際上是處理器芯片引腳的延伸，是處理器與I/O設(shè)備適配器的通道。這種簡(jiǎn)單的總線一般由50100條線組成，這些線按其功能可分為

5、三類(lèi)：地址線地址線、數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線和控制線控制線。 Back當(dāng)代總線：CPU和它私有的cache一起作為一個(gè)模塊與總線相連。系統(tǒng)中允許有多個(gè)這樣的處理器模塊。而總線控制器完成幾個(gè)總線請(qǐng)求者之間的協(xié)調(diào)與仲裁。 數(shù)據(jù)傳送總線數(shù)據(jù)傳送總線： 由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。 仲裁總線仲裁總線： 包括總線請(qǐng)求線和總線授權(quán)線。 中斷和同步總線中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級(jí)的中斷操作，包括中斷請(qǐng)求線和中斷認(rèn)可線。 公用線公用線： 包括時(shí)鐘信號(hào)線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時(shí)序信號(hào)線等。BackBackBack典型的接口通常具有如下功能：BackBackCPU、接口和外圍設(shè)備之間的連接關(guān)系、接口

6、和外圍設(shè)備之間的連接關(guān)系 Back典型的接口通常具有如下功能：典型的接口通常具有如下功能：1.控制：控制：接口靠程序的指令信息來(lái)控制外圍設(shè)備的動(dòng)作，如啟動(dòng)、關(guān)閉設(shè)備等。2.緩沖：緩沖：接口在外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他部件之間用作為一個(gè)緩沖器，以補(bǔ)償各種設(shè)備在速度上的差異。3.狀態(tài)：狀態(tài)：接口監(jiān)視外圍設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。狀態(tài)信息包括數(shù)據(jù)“準(zhǔn)備就緒”、“忙”、“錯(cuò)誤”等等，供CPU詢問(wèn)外圍設(shè)備時(shí)進(jìn)行分析之用。4.轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：接口可以完成任何要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，例如并串轉(zhuǎn)換或串并轉(zhuǎn)換，因此數(shù)據(jù)能在外圍設(shè)備和CPU之間正確地進(jìn)行傳送。5.整理：整理：接口可以完成一些特別的功能，例如在需要時(shí)可以修改

7、字計(jì)數(shù)器或當(dāng)前內(nèi)存地址寄存器。6.程序中斷：程序中斷：每當(dāng)外圍設(shè)備向CPU請(qǐng)求某種動(dòng)作時(shí)，接口即發(fā)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)到CPU。一個(gè)適配器必有兩個(gè)接口：一是和系統(tǒng)總線的接口，CPU和適配器的數(shù)據(jù)交換一定的是并行方式；二是和外設(shè)的接口，適配器和外設(shè)的數(shù)據(jù)交換可能是并行方式，也可能是串行方式。根據(jù)外圍設(shè)備供求串行數(shù)據(jù)或并行數(shù)據(jù)的方式不同，適配器分為串行數(shù)據(jù)接口串行數(shù)據(jù)接口和并行數(shù)據(jù)接口并行數(shù)據(jù)接口兩大類(lèi)。BackBackBacknextBack6.4 總線的定時(shí)總線的定時(shí)Back1.同步定時(shí)同步定時(shí)在同步定時(shí)協(xié)議中，事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定。由于采用了公共時(shí)鐘，每個(gè)功能模塊什么時(shí)候發(fā)送或接收信息都由統(tǒng)一時(shí)鐘規(guī)定，因此，同步定時(shí)具有較高的傳輸頻率。同步定時(shí)適用于總線長(zhǎng)度較短、各功能模塊存取時(shí)間比較接近的情況。2.異步定時(shí)異步定時(shí)在異步定時(shí)協(xié)議中，后一事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻取決于前一事件的出現(xiàn)，即建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上。在這種系統(tǒng)中，不需要統(tǒng)一的共公時(shí)鐘信號(hào)?？偩€周期的長(zhǎng)度是可變的。 異步定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是總線周期長(zhǎng)度可變，不把響應(yīng)時(shí)間強(qiáng)加到功能模塊上，因而允許快速和慢速的功能模塊都能連接到同一總線上。但這以增加總線的復(fù)雜性和成本為代價(jià)。Back人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書(shū)，廣泛閱讀，古