计算机的总线

总线的概述

举个栗子：

USB-> Universal Serial Bus(通用串行总线)

1. 提供了对外连接的接口
2. 不同设备可以通过USB接口进行连接
3. 连接的标准，促使外围设备接口的统一

总线除了上面的USB，还有PCI总线，ISA总线，THunderbolt总线等等

在没有总线时候，每个设备之间要互相连接，非常复杂

出现总线之后：

总线的分类

片内总线

高集成度芯片内部的信息传输线

1. 芯片内部的总线
2. 寄存器与寄存器之间
3. 寄存器与控制器、运算器之间

系统总线

CPU、主内存、IO设备、各组件之间的信息传输线

数据总线

一般与CPU位数相同(32位，64位)

1. 双向传输各个部件的数据信息
2. 数据总线的位数（总线宽度)是数据总线的重要参数

地址总线

地址总线位数=n，寻址范围：0~2�

1. 指定源数据或目的数据在内存中的地址
2. 地址总线的位数与存储单元有关

控制总线

1. 控制总线是用来发出各种控制信号的传输线
2. 控制信号经由控制总线从一个组件发给另外一个组件

1. 比如从CPU发送到键盘

3. 控制总线可以监视不同组件之间的状态（就绪/未就绪)

总线的仲裁

仲裁就是为了解决不同设备使用总线的先后冲突问题

我们有以下几种方法：

链式查询

假设设备2需要使用总线，就像仲裁控制器发送请求，得到请求后，会先发给设备1，看他用不用，他不用，就到接下来给设备2，发现设备2使用。同理，设备1和2同时发送，设备1先获取资格。

好处: 电路复杂度低，仲裁方式简单（串联的方式）

坏处: 优先级低的设备难以获得总线使用权

计时器定时查询

1. 仲裁控制器对设备编号并使用计数器累计计数
2. 接收到仲裁信号后，往所有设备发出计数值
3. 计数值与设备编号一致则获得总线使用权

设备3要使用，顺着仲裁控制线请求，控制器收到后同时给3个设备发1，设备1没有使用，继续+1，设备2没有使用，继续+1，设备3使用，获得总线的使用权，（每次+1，都给这几个设备发送）

独立请求

1. 每个设备均有总线独立连接仲裁器
2. 设备可单独向仲裁器发送请求和接收请求
3. 当同时收到多个请求信号，仲裁器有权按优先级分配使用权

好处：响应速度快，优先顺序可动态改变

坏处：设备连线多，总线控制复杂

计算机的输入输出设备

常见的输入输出设备

字符输入设备

键盘

薄膜键盘

机械键盘

黑轴

红轴

青轴

茶轴

图像输入设备

鼠标

数位板

扫描仪

图像输出设备

显示器

打印机

投影仪

输入输出接口的通用设计

数据线

是I/O设备与主机之间进行数据交换的传送线

单向传输数据线

双向传输数据线

状态线

1. IO设备状态向主机报告的信号线
2. 查询设备是否已经正常连接并就绪
3. 查询设备是否已经被占用

命令线

1. CPU向设备发送命令的信号线
2. 发送读写信号
3. 发送启动停止信号

设备选择线

1. 主机选择l/O设备进行操作的信号线
2. 对连在总线上的设备进行选择

例如对U盘进行操作

CPU与IO设备的通信

CPU速度与IO设备速度不一致

程序中断

提供低速设备通知CPU的一种异步的方式CPU可以高速运转同时兼顾低速设备的响应

1. 当外围IO设备就绪时，向CPU发出中断信号
2. CPU有专门的电路响应中断信号

注意：响应中断不一定是及时的。

DMA(直接存储器访问)

DMA直接连接主存与lO设备DMA工作时不需要CPU的参与

当主存与IO设备交换信息时，不需要中断CPU，可以提高CPU的效率

硬盘，显卡都使用

计算机存储器

存储器的分类

按存储介质分类：

半导体存储器

内存，U盘，固态硬盘

磁存储器

磁带，磁盘

_

按存取方式分类：

随机存储器（RAM)

随机读取

与位置无关

串行存储器

与位置有关

按顺序查找

只读存储器(ROM)

只读不写

存储器的层次结构

读写速度↑，存储容量↑，价格↓

容量+价格 => 位价：每比特位价格

容量从上到下增加

主存是上面提到的RAM与ROM

缓存-主存层次

原理:局部性原理实现:在CPU与主存之间增加一层速度快(容量小)的Cache 目的:解决主存速度不足的问题

局部性原理是指CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。

计算机原理组成篇(1)： https://developer.aliyun.com/article/1387186