计算机组成原理(2.2)--系统总线

简介: 它是将 CPU 、主存、 I/0 设备(通过 I/0 接口)都挂在一组总线上,允许 I/0 设备之间、I/0 设备与 CPU 之间或 I/0 设备与主存之间直接交换信息。

目录


一、总线结构


1.单总线结构


1.1单总线结构框图


编辑1.2单总线性能下降的原因


2.多总线结构


2.1双总线结构


2.2三总线结构


2.3四总线结构


编辑


二、总线结构举例


1.  传统微型机总线结构


2. VL-BUS局部总线结构


3. PCI 总线结构


4. 多层 PCI 总线结构


三、总线控制


1.总线传输周期


2.总线判优控制


2.1链式查询


2.2 计数器定时查询方式


2.3 独立请求方式


3.总线通信控制


3.1同步通信


3.2 异步通信


3.3 半同步通信


一、总线结构

总线结构通常可分为单总线结构和多总线结构两种。


1.单总线结构

1.1单总线结构框图

它是将 CPU 、主存、 I/0 设备(通过 I/0 接口)都挂在一组总线上,允许 I/0 设备之间、I/0 设备与 CPU 之间或 I/0 设备与主存之间直接交换信息。

487c8d8f153a63885eaa2de266bacff0_0551f06db33e497e9bc66bfa86ee73c6.png

1.2单总线性能下降的原因

总线上连接的设备越多,传输延迟越大。


总线上挂接设备速度差异越大,效率越差。

CPU 只能挂接在这个单一的总线上,不能从数据传送操作中解放出来。

多总线结构可根据数据传输的不同要求进行分层次互连,且可以多个总线并行传输

2.多总线结构

2.1双总线结构

双总线结构的特点是将速度较低的 I/0 设备从单总线上分离出来,形成主存总线与 I/0总线分开的结构。

54e7e91e2d5eb98e75c90c9d31347972_1a9dc5c074ae43f9ae2f658cb83f03be.png



2.2三总线结构

主存总线用于 CPU 与主存之间的传输; I/0 总线供 CPU 与各类 I/0 设备之间传递信息; DMA 总线用千高速 I/0 设备(磁盘、磁带等)与主存之间直接交换信息。

e10774d20570baf143ab0c2ace1ab4ab_23ebcd54ea164e8e8e9f6fad54d37ba1.png



任一时刻只能使用一种总线


主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取


I/O总线只有在CPU执行I/O指令时才用到


0c8ee17c5e974ae2feeee3aefe631da4_5e82b4731b84481bbd6b5529c3bded3b.png

三总线结构的又一形式

2.3四总线结构

在这里又增加了一条与计算机系统紧密相连的高速总线。在高速总线上挂接了一些高速

I/0 设备,如高速局域网、图形工作站、多媒体、 SCSI 等/

e5b24e798eb59d713e4a8e7ea0b4059b_cb4445fbb71047a6bd86550a799a9458.png

二、总线结构举例

1.  传统微型机总线结构

8826303dfb4aff21df629c5f34dbd44e_865a05a34f2b425da4eb37ec29901cf0.png


2. VL-BUS局部总线结构


dfd612589f63c2c77049e3237d4a6dd1_f79fae23fb464c35b1d253d2a1318049.png

3. PCI 总线结构

80ef38977a611230b762c09e4c04baa5_0e0d3c839bca4ff582bea330cae9f4e1.png


4. 多层 PCI 总线结构

45ba86bbb4c396a483bd226e672f62c1_5d4b94795d94449f8bd0f91c6d08cf23.png


三、总线控制

1.总线传输周期

一般来说,总线上完成一次数据传输要经历4个阶段:


1.申请占用总线阶段


需要使用总线的主设备(如CPU或DMA),向总线仲裁机构提出占有总线控制权的申请。总线仲裁机构判别确定后,把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。


2. 寻址阶段


获得总线控制权的主设备,通过地址总线发出本次打算访问的从设备(如存储器或I/O接口)的地址。通过译码使被访问的从设备被选中,而开始启动工作。


3. 传数阶段


主设备与从设备进行数据交换。数据由源设备发出经数据总线流入目的设备。对于读传送,源设备是存储器或I/O接口等从设备,而目的设备是主设备如CPU等;对于写传送,则源设备是主设备(如CPU),而目的设备是存储器或I/O接口等从设备。


4. 结束阶段


主、从设备的有关信息均从总线上撤除,让出总线,以便其它设备能继续使用总线。


2.总线判优控制

总线上所连接的各类设备,按其对总线有无控制功能可分为主设备(模块)和从设备(模块)两种。主设备对总线有控制权,从设备只能响应从主设备发来的总线命令,对总线没有控制权。总线上信息的传送是由主设备启动的,如某个主设备欲与另一个设备(从设备)进行通信时,首先由主设备发出总线请求信号,若多个主设备同时要使用总线时,就由总线控制器的判优、仲裁逻辑按一定的优先等级顺序确定哪个主设备能使用总线。只有获得总线使用权的主设备才能开始传送数据。

总线判优控制可分集中式和分布式两种,前者将控制逻辑集中在一处(如在 CPU 中),后者

将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上。


2.1链式查询

d3e35e1266fd9b3eac2858bc931c3433_a13160f019884da2968c71d16f98c5b5.png


2.2 计数器定时查询方式

c54580c0ecb7d19663748817a393ab61_5edf2059a2344f318d2c31cae020399e.png


2.3 独立请求方式

9bb33ca818f690981e9903bc8fb72418_029bca181434458dbe3ea0754e545198.png


3.总线通信控制

目的:解决通信双方 协调配合 问题


通常将完成一次总线操作的时间称为总线周期,可分为以下 4个阶段。

@申请分配阶段:由需要使用总线的主模块(或主设备)提出申请,经总线仲裁机构决定下

一传输周期的总线使用权授于某一申请者。

@寻址阶段:取得了使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块(或从设备)的地址

及有关命令,启动参与本次传输的从模块。

@传数阶段:主模块和从模块进行数据交换,数据由源模块发出,经数据总线流入目

的模块。

@结束阶段:主模块的有关信息均从系统总线上撤除,让出总线使用权。


3.1同步通信

在同步方式下,通信双方由统一的时钟控制数据的传送,时钟通常是由CPU发出的,并送到总线上的所有部件。经过一段固定时间,本次总线传送周期结束,开始下一个新的总线传送周期。


3.2 异步通信

   利用数据发送部件和接收部件之间的相互‘握手’信号来实现总线数据传送的方式称作异步通信方式。


   在异步通信方式下,发送部件将数据放到总线上后经过一定的时间延迟后,在控制线上发出“数据准备好’信号、而接收部件则应发‘数据接收’信号来响应,送此信号到发送部件,并接收数据。发送部件收到这个响应信号后,去除原数据至此结束本次传送。


   异步通信方式便于实现不同速度部件之间的数据传送。


3.3 半同步通信

半同步通信既保留了同步通信的基本特点,如所有的地址、命令、数据信号的发出时间,都严格参照系统时钟的某个前沿开始,而接收方都采用系统时钟后沿时刻来进行判断识别;同时又像异步通信那样,允许不同速度的模块和谐地工作。

相关文章
|
分布式计算 大数据 Apache
【大数据技术】流数据、流计算、Spark Streaming、DStream的讲解(图文解释 超详细)
【大数据技术】流数据、流计算、Spark Streaming、DStream的讲解(图文解释 超详细)
586 0
|
C语言
带你熟知关键字static用法——C语言(举例及通俗易懂)
带你熟知关键字static用法——C语言(举例及通俗易懂)
586 0
|
10月前
|
机器学习/深度学习 算法 5G
基于MIMO系统的SDR-AltMin混合预编码算法matlab性能仿真
基于MIMO系统的SDR-AltMin混合预编码算法通过结合半定松弛和交替最小化技术,优化大规模MIMO系统的预编码矩阵,提高信号质量。Matlab 2022a仿真结果显示,该算法能有效提升系统性能并降低计算复杂度。核心程序包括预编码和接收矩阵的设计,以及不同信噪比下的性能评估。
240 3
|
存储 缓存 算法
带你理清CPU,cache和存储器之间的逻辑运作
带你理清CPU,cache和存储器之间的逻辑运作
3085 3
|
10月前
|
安全 API UED
WebSocket API 中的 close 事件是如何触发的?
【10月更文挑战第26天】close事件的触发涵盖了从正常的连接关闭到各种异常情况导致的连接中断等多种场景。通过监听close事件,开发人员可以在连接关闭时进行相应的处理,如清理资源、更新界面状态或尝试重新连接等,以确保应用程序的稳定性和良好的用户体验。
|
供应链 物联网 区块链
未来已来:探索新兴技术的融合趋势与创新应用
随着科技的迅猛发展,区块链、物联网、虚拟现实等新技术正在重塑我们的世界。本文将深入探讨这些技术的独特发展趋势和它们如何相互融合,创造出前所未有的应用场景。从智能家居到虚拟办公,从供应链管理到沉浸式娱乐体验,我们将一同见证这些技术如何在各自的轨道上加速前进,同时携手开启全新的数字化时代大门。
261 3
|
数据采集 IDE 开发工具
Python期末复习题库(上)——“Python”
Python期末复习题库(上)——“Python”
|
存储 算法 NoSQL
数据结构和算法——哈希查找冲突处理方法(开放地址法-线性探测、平方探测、双散列探测、再散列,分离链接法)
数据结构和算法——哈希查找冲突处理方法(开放地址法-线性探测、平方探测、双散列探测、再散列,分离链接法)
661 1
|
安全 Java 数据库连接
如何在Java中实现资源管理与释放?
如何在Java中实现资源管理与释放?
|
机器学习/深度学习 存储 人工智能
蛋白质界的 ChatGPT:AlphaFold1 论文必备知识,不会有人还不知道吧
AlphaFold1是一种人工智能模型,由DeepMind公司开发,用于预测蛋白质的三维结构。它是基于深度学习的方法,使用了神经网络来预测蛋白质的结构。AlphaFold1的预测准确率非常高,已经被证明可以在很短的时间内预测出数千个蛋白质的结构。 AlphaFold1的核心思想是将蛋白质的结构预测问题转化为一个优化问题。具体来说,它使用了一种称为“残基-残基接触预测”的方法,通过预测蛋白质中不同残基之间的接触情况来推断出蛋白质的三维结构。这种方法需要大量的训练数据和计算资源,但是它可以在很短的时间内预测出高质量的蛋白质结构
709 0
蛋白质界的 ChatGPT:AlphaFold1 论文必备知识,不会有人还不知道吧

热门文章

最新文章