组成原理资料1

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1、第六章总线系统总线的概念:是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。一个单处理器系统中的总线,大致分三类:(1)内部总线CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线(2)系统总线CPU同计算机系统的其他高速功能部件如存储器(3)I/O总线中、低速I/O设备之间互相连接的总线总线带宽:衡量总线性能的重要指标,定义为总线本身所能达到的最高传输速率,单位是兆字节每秒(MB/S)。根据连接方式不同,单机系统中采用的总线结构有两种基本类型:1、单总线结构2、多总线结构单总线结构特点:所有的高速设备和低速设备都挂在同一个总线上,且总线只能分时工作,

2、即某一时间只能允许一对设备之间传送数据,这使信息传送的效率和吞吐量受到极大限制。多总线结构特点:高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作,以提高总线的效率和吞吐量,而且处理器结构的变化不影响高速总线。总线的内部组成:①数据传送总线(由地址线、数据线、控制线组成)②仲裁总线(包括总线请求和总线授权)③中断和同步总线(用于处理带优先级的中断操作,如中断请求线、中断认可线)④公用线(包括时钟信号线、电源线、地线等)总线的传送方式:(1)串行传送(特点:信息以串行方式传送,只有一条传输线,且采用脉冲传送。按顺序每次传送一位,以第一个脉冲信号表示数码的最低有效位,以

3、最后一个脉冲信号表示数码的最高有效位。注意:串行传送时低位在前,高位在后。优点:只需要一条传输线,成本比较低廉,对长距离传输特别重要;串行传送的主要缺点:传输速率低。)(2)并行传送(特点:每个数据位都需要单独一条传输线,采用电位传送。最上面的线代表最高有效位,最下面的线代表最低有效位。由于所有的位同时被传送,所以并行数据传送比串行数据传送快得多;缺点:不适合远程传输。出于速度和效率上的考虑,在系统总线上传送信息必须采用并行传送方式。)(3)分时传送(特点:一是采用总线复用方式,即同一套设备在不同时间传送不同信息。另一种概念是分时使用总线,即不同设备在不同时间传送同

4、一类信息)总线的接口接口的作用:消除互连双方之间的差异,使双方能够正常传送数据。互连双方之间可能存在的主要差异包括信号差异、数据格式差异、传输速度的差异。总线的功能。除了起到消除差异的作用之外,接口还要协助控制方对被控方实施控制,同时为被控方向控制方传递状态反馈信息。归纳起来,典型的接口通常具有如下功能:⑴控制:协助控制方对被控方实施控制。⑵状态:为被控方向控制方传递状态反馈信息。⑶转换:进行信号转换、数据格式转换等。起到转换器的作用。⑷缓冲:协调双方在数据传输速度上的差异。起到缓冲器的作用。⑸中断控制:当CPU与其它功能部件之间采用中断方式传送数据时,接口还要具备

5、中断请求、响应、屏蔽等功能。一个适配器必须有两个接口:一是和系统总线的接口,二是和功能部件的接口。总线仲裁的意义:为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题。仲裁的策略:一般采用优先级或公平策略进行仲裁。如:在多处理系统中对各CPU模块的总线请求采用公平原则来处理,而对I/O模块的总线请求采用优先级策略。总线仲裁方式有集中式仲裁和分散式仲裁两类。集中式仲裁的实现方式有链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求方式。链式查询方式主要特点:总线授权信号BG串行地从一个I/O接口传送到下一个I/O接口。链式查询方式优点:仲裁总线简单;容易扩充设备。缺点:响应速度慢;对查询

6、链的电路故障敏感;优先级固定。计数器定时查询方式计数器定时查询方式优点:可以灵活改变优先级。缺点:响应速度慢;仲裁总线较复杂;设备扩充能力受限。独立请求方式特点:每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。优点:响应速度快;对优先级的控制很灵活。缺点:受BR和BG端数的限制,不易扩充设备。总线的定时:是指事件出现在总线上的时序关系。意义:为了同步主、从双方的操作,必须制定定时协议。总线的一次信息传送过程:大致可分为如下五个阶段:请求总线,总线仲裁,寻址(目的地址),信息传送,状态返回(或错误报告)同步定时特点在同步定时协议中,事件出现在总线上的时

7、刻由公共的总线时钟信号来确定。每个事件都被控制在总线时钟信号的上升沿或下降沿出现。异步定时特点:异步定时没有统一的定时时钟,总线上的事件何时发生,何时结束,都没有固定的时间限制。在异步定时协议中,以总线上各事件的发生顺序为基础,规定:只有前一事件在总线上出现了,后一事件才能出现。前后事件之间的这种时间上的制约机制,称为互锁机制。第五章中央处理器CPU的四项基本功能:⑴指令控制:即程序的执行顺序控制。⑵操作控制:产生每条指令所需的操作信号,用以控制相应部件按指令的要求进行操作。⑶时间控制:对各种操作实施时间上的定时。时间控制有两方面的含义:一是控制各种操作的先后次

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