《计组》 总线系统

计组

0. 总线的基本概念

1. 总线是多个部件所共享的传输线
2. 任意时刻只能有一个设备向总线发送信息
3. 多个部件可以同时接受总线信息

1. 总线特性

物理特性：总线根数，插头插座形状，引脚线的排列方式等
时间特性：每根线什么时间有效
电气特性：每一个线的信号传递方向以及电压范围
功能特性：每一根线的功能

2. 总线的连接方式

高速的CPU通过适配器来与低速的外设进行连接，以获得工作速度上的同步和匹配。

1. 单总线结构

   • 要求：连接到总线上的逻辑部件必须高速运行。
   • 工作方式：外围设备与总线控制部件交换信号 --> 某外围设备获得总线控制权 --> 该设备向总线发出地址信号 --> 所有设备收到地址信号 --> 外设与地址相匹配的设备进行数据交换
   • 工作原理：分时复用总线

2. 多总线结构

   • 四总线结构：CPU总线，系统总线，高速总线，扩充总线。
   • 特点：通过桥来对不同总线进行连接。桥是具有缓冲，电平转换以及控制协议的转换作用。
   • CPU总线：连接CPU与cache。
   • 系统总线：连接主存。
   • 高速总线：连接的视频，图形，SCSI等接口。
   • 扩充总线：连接串行工作的IO设备。
   • 优点：可以同时接入高速中速低速设备到不同的设备上来。这些设备可以同时工作，提高系统的效率和吞吐量。CPU结构改变不影响高速总线。

3. 总线结构

• 早期的总线结构：
  特点：是处理器芯片引荐的延伸，是处理IO设备适配器的通道。
  构成：地址线，数据线，控制线。
  缺点：总线结构和CPU紧密相连，通用性差。不能满足多CPU的环境要求。
• 现代的总线结构：
  特点：与CPU的结构无关，可以满足多CPU的工作环境。
  构成：数据传送总线，仲裁总线，中断总线和同步总线，公用总线。

4. 总线仲裁

1. 集中式仲裁

   控制线：BS总线是否空闲，BR总线请求数据线，BG总线授权数据线。

   • 链式查询仲裁
     工作方式：BG串行的从IO接口 到下一个IO接口进行查询。
     特点：链式查询，距离总线仲裁器最近的优先级最高。
     优点：使用的线少，扩充设备简单。
     缺点：固定优先级，高优先级设备不断请求可能造成低优先级设备饿死。前面的设备故障会影响后面的设备。
   • 计数器定时查询仲裁
     特点：优先级由计数的起始点决定。计数器从中止点开始，则各设备优先级一样。计数器从0开始计数吗，则优先级跟链式查询优先级一样。
   • 独立请求仲裁
     特点：每个设备有一对BS和BG线和总线仲裁器相连。
     工作方式：设备可以通过该设备的BR线发出请求，多个请求会在仲裁器内形成一个队列，仲裁器会根据优先级对某个设备进行响应。
     优点：可以灵活改变设备优先级次序。
2. 分布式仲裁