【2022計(jì)算機(jī)綜合試卷408考研第一輪-組成原理篇】第三章系統(tǒng)總線

【2022計(jì)算機(jī)綜合試卷408考研第?輪_組成原理篇】第三章系統(tǒng)總線【2022計(jì)算機(jī)綜合試卷408考研第?輪_組成原理篇】第三章系統(tǒng)總線3.1總線的基本概念3.3.1為什么要?總線隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)?領(lǐng)域的不斷擴(kuò)?，I/O設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越多，?們希望隨時增添或減撤設(shè)備，?分散連接?式簡直是?籌莫展，由此出現(xiàn)了總線連接?式分散連接：各部件之間使?單獨(dú)的連線總線連接：將各部件連到?組公共信息的傳輸線上3.3.2什么是總線（BUS）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(zhì)在某?時刻，只允許有?個部件向總線發(fā)送信息，?多個部件可以同時從總線上接收相同的信息。3.3.3總線上信息的傳送1.串?：?次可以傳送?個信息2.并?：?次可以傳送多個信息（適?于較短的距離）3.3.4總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例1.單總線結(jié)構(gòu)框圖（只有?條總線，當(dāng)某時刻各部件都需要占?總線時，會發(fā)?沖突。所以設(shè)計(jì)了總線判斷優(yōu)先邏輯，但在整體程度上也會影響整機(jī)的?作效率）2.?向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)框圖（I/O設(shè)備與主存交換信息是仍然要占?CPU，所以還會影響CPU的?作效率）3.以存儲器為中?的雙總線結(jié)構(gòu)框圖（現(xiàn)代計(jì)算機(jī)?多是采?各類總線結(jié)構(gòu)，?前的技術(shù)來說，系統(tǒng)總線和存儲總線還是沒有辦法同時?作）3.2總線的分類從不同?度可以有不同的分類?式，按數(shù)據(jù)傳輸?式可分為并?傳輸總線和串?傳輸總線，按傳輸數(shù)據(jù)寬度可以分為8位、16位、32位、64位等傳輸總線，按總線的使?范圍劃分?有計(jì)算機(jī)（外設(shè)）總線、測控總線、?絡(luò)通信總線等。下?按照連接部件不同介紹三類總線（按總線的位置）：3.2.1?內(nèi)總線指芯?內(nèi)部的總線（如：CPU內(nèi)部、寄存器與寄存器之間、寄存器與算邏輯單元ALU之間）3.2.2系統(tǒng)總線計(jì)算機(jī)個部件之間的信息傳輸線1.數(shù)據(jù)總線：雙向與機(jī)器字長、存儲字長有關(guān)如果數(shù)據(jù)總線的寬度為8位，指令字長為16位，那么CPU在取指階段必須兩次訪問主存。3.地址總線：單向與存儲地址、I/O地址有關(guān)（由CPU發(fā)出，取訪問存儲單元或I/O接?的地址）4.控制總線：有出：存儲器讀、存儲器寫、總線允許、中斷確認(rèn)有?：中斷請求、總線請求3.2.3通信總線?于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信）之間的通信通信總線的傳輸?式包括：串?通信總線和并?通信總線3.3總線特性及性能指標(biāo)3.3.1總線物理實(shí)現(xiàn)從物理?度來看，總線由絮都導(dǎo)線直接印制在電路板上，延伸到各個部件（總線印制在電路板BUS上）3.3.2總線特性1.機(jī)械特性：尺?、形狀、管腳數(shù)、排列順序2.電?特性：傳輸?向、和有效的電平范圍3.功能特性：每根傳輸線的功能功能：地址、數(shù)據(jù)、控制4.時間特性：信號的時序關(guān)系3.3.3總線的性能指標(biāo)1.總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)，?bit（位）來表?，如8位、16位、32位、64位（即8根、16根、32根、64根），總線每次能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)=總線寬度/82.標(biāo)準(zhǔn)傳輸率（總線帶寬）：每秒傳輸?shù)淖?字節(jié)數(shù)（MBps），如總線?作頻率為33MHz，總線寬度為32位（4B），標(biāo)準(zhǔn)傳輸率=總線帶寬=總線?作評率*總線每次能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)=總線?作頻率*(總線寬度/8）=33*（32/8）=132MBps。3.時鐘同步/異步：同步、不同步4.總線復(fù)?：地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)?5.信號線數(shù)：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線三種總線之和6.總線的控制?式：突發(fā)、?動、沖裁、邏輯、計(jì)數(shù)7.其他指標(biāo)：負(fù)載能?、電壓電源、總線寬度能否擴(kuò)展等3.3.4總線標(biāo)準(zhǔn)所謂總線標(biāo)準(zhǔn)，可視為系統(tǒng)與各模塊、模塊和模塊之間的?個互相連接的標(biāo)準(zhǔn)界??前流?的總線標(biāo)準(zhǔn)有?下?種：PCI總線已經(jīng)成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中最常見總線之?，他的主要特點(diǎn)如下：（?重點(diǎn)）1.?性能：不依附于某個具體處理器的局部總線2.良好的兼容性：與ISA、EISA總線均可兼容，可轉(zhuǎn)換位標(biāo)準(zhǔn)的ISA、EISA3.?持即插即?：任何擴(kuò)展卡只要插?系統(tǒng)便可?作4.?持多主設(shè)備能?：永續(xù)任何主設(shè)備和從設(shè)備（對主線沒有控制權(quán)的設(shè)備）實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)對等存取5.具有與處理器和存儲器?系統(tǒng)完全并?的操作能?6.提供數(shù)據(jù)和地址奇偶校驗(yàn)功能，保證率數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確7.?持兩種電壓標(biāo)準(zhǔn)：5V和3.3V8.可擴(kuò)充性好：可以采?多層結(jié)構(gòu)9.軟件兼容性好：設(shè)備驅(qū)動程序可被移植到各類平臺上10.采?多路復(fù)?技術(shù)，減少了總線引腳個數(shù)3.4總線結(jié)構(gòu)3.4.1單總線結(jié)構(gòu)3.4.2多總線結(jié)構(gòu)1.雙總線結(jié)構(gòu)：2.三總線結(jié)構(gòu)：第?種形式：第?種形式：3.四總線結(jié)構(gòu)：3.4.3總線結(jié)構(gòu)舉例4.傳統(tǒng)微型機(jī)總線結(jié)構(gòu)5.VL-BUS局部總線結(jié)構(gòu)6.PCI總線結(jié)構(gòu)7.PCI多層結(jié)構(gòu)3.5總線控制（重點(diǎn)）3.5.1總線的判優(yōu)控制主設(shè)備（模塊）：對總線有控制權(quán)從設(shè)備（模塊）：響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來的總線命令總線判優(yōu)控制：1、集中式：鏈?zhǔn)讲樵?式、計(jì)數(shù)器定時查詢?式、獨(dú)?請求?式2、分布式1、鏈?zhǔn)讲樵?式當(dāng)I/O接?1和I/O接?n發(fā)送BR總線請求后，BG按I/O設(shè)備的連接順序進(jìn)?過濾，確認(rèn)I/O接?1控制總線，I/O接?1發(fā)送BS總線忙信號，并且控制總線進(jìn)?操作，?例圖如下：總線同意（BG）查詢順序是按照I/O設(shè)備的連接順序缺點(diǎn)：對電路故障?常敏感、速度慢有點(diǎn)：結(jié)構(gòu)?常簡單、增刪設(shè)備?常容易、進(jìn)?可靠性設(shè)計(jì)時簡單（?如防治BG故障可以直接增加BG備?線）2、計(jì)數(shù)器定時查詢?式：總線控制部件中有?個計(jì)數(shù)器，I/O接?1和n通過BR發(fā)送總線請求信號，總線控制部件通過設(shè)備地址返回尋找那個接?提出請求，如果沒有則計(jì)數(shù)器加?，知道找到發(fā)送請求的接?，在有該接?發(fā)送BS信號，得到總線控制權(quán)優(yōu)點(diǎn)：計(jì)數(shù)器的初始值可以有程序更改，例如I/O接?1和n同時發(fā)送總線請求，若計(jì)數(shù)器的初始值?于等于1則得到控制權(quán)的接?為I/O接?1，若計(jì)數(shù)器的初始值?于1則得到控制權(quán)的接?為I/O接?n3、獨(dú)?請求?式：總線控制器中有排隊(duì)器，排隊(duì)器可以設(shè)置選擇邏輯，?如設(shè)置邏輯為n，則?論其他I/O設(shè)備是否發(fā)送請求信號，則都不會判定控制權(quán)，控制權(quán)只會判定I/O接?n，如圖所?：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)先級?常容易設(shè)置，排隊(duì)器的邏輯相對?便缺點(diǎn)：線數(shù)?常對，n個設(shè)備就有2n個BG和BR線3.5.2總線通信控制1、?的：解決通信雙?協(xié)調(diào)配合問題2、總線傳輸周期1.申請分配階段：主模塊申請，總線仲裁決定2.尋址階段：主模塊想從模塊給出地址和命令3.傳數(shù)階段：主模塊和從模塊交換數(shù)據(jù)4.結(jié)束階段：主模塊撤銷有關(guān)信息3、總線通信的四種?式1.同步通信：由統(tǒng)?時標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳送（總線長度短，各個模塊存取時長?致）2.異步通信：采?應(yīng)答?式，沒有公共時鐘標(biāo)準(zhǔn)3.半同步通信：同步、異步結(jié)合4.分離式通信：充分挖掘系統(tǒng)總寫每個瞬間的潛?（1）同步通信（a）同步式數(shù)據(jù)輸?T1上升點(diǎn)：CPU給出地址信號T2上升點(diǎn)：主模塊給出讀命令T3上升點(diǎn)：從設(shè)備給出數(shù)據(jù)信號T4上升點(diǎn)：從模塊撤銷數(shù)據(jù)、主模塊撤銷命令，CPU刪除地址信號（b）同步式數(shù)據(jù)輸出T1上升點(diǎn)：CPU給出地址信號T1下降點(diǎn)：主模塊給出寫命令T2上升點(diǎn)：從設(shè)備給出數(shù)據(jù)信號T4上升點(diǎn)：從模塊撤銷數(shù)據(jù)、主模塊撤銷命令，CPU刪除地址信號（2）異步通信通過請求和回答的“握?信號”完成通信（3）半同步通信（同步、異步結(jié)合）按照同步式通信的答題?式，但解決了各模塊存取時長不?致的問題同步：發(fā)送??系統(tǒng)時鐘前?發(fā)信號，接收??系統(tǒng)時鐘后沿判斷、識別異步：允許不同速度的模塊和諧?作，增加?條“等待”相應(yīng)信號WAIT以輸?數(shù)據(jù)為例的半同步通信時序T1：主模塊發(fā)地址T2：主模塊發(fā)命令Tw：當(dāng)WAIT為低電平時，等待?個TTw：當(dāng)WAIT為低電平時，等待?個T……T3：從模塊提供數(shù)據(jù)T4：從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令，CPU刪除地址信號上述三種通信的共同點(diǎn)：?個總線傳輸周期（輸?數(shù)據(jù)）為例主模塊發(fā)地址、命令：占?總線從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：不占?總線，總線空閑從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)：占?總線（4）分離式通信充分挖掘系統(tǒng)總線每個瞬間的潛??個總線傳輸周期：1.?周期1：主模塊申請占?總線，使?完后?即放棄總線的使?權(quán)2.?周期2：從模塊申請占?總線，將各種信息送?總線上分離式通信特點(diǎn)：1.各模塊有權(quán)占?總線2.采?同步?式通信，不等對?回答3.各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)是，不占?總線4.總線被占?時，?空閑例1：在異步串?傳輸系統(tǒng)中，若字符格式為：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇校驗(yàn)位、1位終?位。假設(shè)波特率為1200bps，求這是的?特率。解：由題意得：有效數(shù)據(jù)位為8位，傳輸?個字符需要1+8+1+1=11位，則：1200*（8/11）=872.72pbs例2：在?部串?傳輸系統(tǒng)中，假設(shè)每秒傳輸120個數(shù)據(jù)幀，起字符格式規(guī)定包含1個起始位、7個數(shù)據(jù)位、1個奇校驗(yàn)位、1個終?位，計(jì)算波特率。解：根據(jù)題?給出的字符格式，?幀包含1+7+1+1=10位所以：波特率為10+120=1200bps=1200波特同步通訊計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸率計(jì)算步驟：1個時鐘周期=1/總線時鐘頻率；總線傳輸周期=1個時鐘周期*總線周期包含時鐘周期個數(shù)；總線帶寬=數(shù)據(jù)傳輸率=每個總線周期傳送的數(shù)據(jù)/總線傳輸周期；單位轉(zhuǎn)化：1MHz=1μs；Byte（字節(jié)）可縮寫成B（?寫）；Bit（?特）可縮寫成b（?寫）；1B=8b；1MB=1,000,000（10^6）B；1s=1,000,000（10^6）μs；例題：某系統(tǒng)總線的1個總線周期包含3個時鐘周期，每個總線周期中可以傳送32位數(shù)據(jù)。若總線的時鐘頻率為33MHz，則總線帶寬為多少？1個時鐘周期=1/33MHz=1