03-第3章总线总结(考试用)

计算机上的总线知识计算机上的总线知识一、什么是总线总体上来说，总线是PC机的一种内部结构，它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道。

总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。

通俗的说,就是多个部件间的公共连线,用于在各个部件之间传输信息。

1、计算机工作原理大家可能都知道，我们现在使用的计算机是基于提出的"存储程序计算机(Stored Program Computer)"，又称冯·诺依曼结构。

冯·诺依曼结构具有两个特点：1.使用二进制；2.全部指令和数据存放在存储器中，数据处理单元到存储器中读取指令并顺序执行。

冯·诺依曼结构的核心思想就是"存储程序"，其最大的优点在于结构比较简单，便于控制。

基于这种结构，1949年制造出了电子计算机EDIAC(而非1946年制造的ENIAC)，宣告人类历史上的电子计算机时代开始了。

尽管经过了近60年的发展，计算机经历了4代的变迁，发展到了我们今天所使用的微型计算机时代，但是计算机的基本结构没有太大的变化，基本延续了冯·诺依曼当初的设计思想：如上图所示的计算机工作原理，计算机核心部件是运算器和控制器，我们想要处理的信息指令通过输入设备进入存储器，再由存储器进入运算器，运算结果从输出设备反馈给我们，当然这一切都是在控制器的指挥下完成的。

在实际应用中，控制器和运算器构成了我们通常所说的CPU，存储器就是内存、硬盘、光盘、U盘，当然还有一些老掉牙的设备(软盘、磁带、磁鼓…)；输入设备就是鼠标键盘，当然还有一些不常用的如扫描仪、光笔等等；输出设备则是显示器、打印机等等。

那么CPU和这些设备之间的信息交换是如何完成的呢?有的读者可能说：是通过主板完成的！这个答案可以算对，但是不太精确，其实CPU和外部设备之间的信息指令通讯是通过总线完成的。

2、总线的概念正如我们上面所说的，PC机的各个部件都要通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再于总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。

计算机组成原理第一章—计算机系统概论1.1计算机系统的简介1. 计算机系统由硬件与软件两大部分组成2. 将高级程序语言翻译成机器语言的程序称为翻译程序，翻译程序有两种，一种是编译程序，一种是解释程序，编译与解释的区别在于，编译程序是将高级语言程序一次性翻译为机器语言程序，而解释程序是翻译一句，执行一句。

3. 高级语言经过编译程序翻译为汇编语言，汇编语言经汇编程序，翻译为机器语言程序1.2计算机的基本组成1.1945年冯诺依曼提出了"存储程序"的概念，冯诺依曼机特点：1. 计算机由存储器，运算器，控制器，输入设备与输出设备组成2. 指令与数据以同等地位存放在存储器内，按地址寻访3. 指令与数据均按二进制数表示4. 指令由操作码与地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置5. 指令在存储器内按顺序存放6. 计算机以运算器为中心，输入设备与输出设备的数据传送通过运算器来完成2.冯诺依曼机是由运算器为中心的，现代计算机是以存储器为中心的3.计算机的工作过程（必考）涉及的元器件：MAR(地址寄存器)，MDR(指令寄存器)，ALU(算数逻辑单元)，ACC(累加器)，MQ(乘商寄存器)，PC(程序计数器)，IR(指令寄存器)（掌握执行指令的全过程）4.机器字长：机器字长是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关5.存储容量：存储容量存储单元个数存储字长6.运算速度(可能出计算)：Vm = 1 / Tm 单位MIPS(百万指令每秒)CPI （执行每条指令所需要的时钟周期）= 1 / IPC(CPU每一周期执行指令的条数，一旦CPU设计完成，IPC的值不会变)第三章—系统总线3.1总线的基本概念总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的介质（总线的每条传输线可以传输1位二进制代码）3.2总线的分类总线按照数据传送方式可分为两类：1. 并行传输总线2. 串行传输总线按连接部件的不同可以分为三类（掌握加粗部分）：1. 片内总线(指芯片内部的总线)2. 系统总线3. 通信总线3.2.1片内总线概念：片内总线是指芯片内部的总线3.2.2系统总线系统总线是指CPU,I/O设备，主存各大部件的信息传输线按照系统总线的传输信息不同，可分为三类：1. 数据总线2. 地址总线3. 控制总线1.数据总线：双向传输总线，与机器字长与存储字长有关2.地址总线：单向传输总线，由CPU发出，主存的地址线位数与存储单元的个数有关3.控制总线：从单个来说传输是单向的，从总体来说传输的双向的3.2.3通信总线（了解即可）这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他操作系统之间的通信3.3总线特征与性能指标3.3.2总线性能指标1.总线宽度：总线宽度可以数据总线的宽度，用位来表示，例如8位，16位，32位2.总线带宽（要求会计算，且掌握提高总线速率的方式）：总线带宽可以理解为总线的传输速率，即单位时间上的传输数据的位数，通常用每秒传输的字节数来衡量，单位Mbps(兆字节每秒)例子：总线的频率为33Hz，总线宽度为32位，求总线带宽？33*（32/8）=132MBps3.总线复用：一条信号线上传输两种线号，例如，一条总线上即可传输地址信号，又可传输数据信号，此称之为总线复用3.3.3总线标准（掌握PCI,USB）1.PCI总线：为了提升总线性能，由Intel首先提出，PCI中文名称为外围部件互连，其最出名的特性为即插即用，即任何扩展卡插入系统便可直接工作，现在已推出了PCI-ExpressB总线：通用串行总线，真正的即插即用，这里的串行指的是串行通信，即使用一条数据线，将数据1位1位的进行传输，不可同时传输2位数据3.5总线控制1.为何使用总线控制？由于总线上连接着多个部件，什么时候由哪个部件发送信息，如何给信息传送定时，如何防止信息丢失，如何避免多个部件同时发送，如何规定接受信息的部件等一系列问题，都需要由总线控制器统一管理。

计算机总线的知识点总结一、概念计算机总线是一种用于传输数据的物理通道，连接计算机各部件和外设的通信线路。

计算机总线的作用是将CPU、内存、输入输出设备等部件连接起来，实现数据的传输和交换。

在计算机系统中，总线是实现不同部件之间数据交换和传输的重要结构。

二、分类1. 按照传输能力分为：（1）数据总线：用于传输数据和地址信息，是计算机内各部件之间进行数据传输的通道。

（2）控制总线：用于传输控制信号，控制数据的传输和操作。

2. 按照功能分为：（1）地址总线：用于传输内存或I/O设备地址信息，决定数据存储或传输的位置。

（2）数据总线：用于传输二进制数据。

（3）控制总线：用于传输控制信号，控制数据的传输和操作。

3. 按照传输速度分为：（1） ISA总线：传输速度为8MHz。

（2） PCI总线：传输速度为33MHz。

（3） AGP总线：传输速度为266MHz。

三、作用1. 连接各种部件和外设：总线连接了CPU、内存、显卡、硬盘、光驱、网卡等计算机部件和外设。

2. 数据传输和交换：总线承载了计算机内各部件之间的数据传输和交换，例如CPU读写内存、显卡输出图像信号等。

3. 控制信号传输：总线传输了各种控制信号，控制数据的读写、传输和操作。

四、结构1. 内部总线：连接CPU、内存、显示控制器等内部部件。

2. 外部总线：连接输入输出设备、扩展卡、外部存储设备等外部设备。

五、总线标准1. ISA总线：Industry Standard Architecture，是IBM PC/AT计算机使用的一种总线标准，传输速度为8MHz。

2. PCI总线：Peripheral Component Interconnect，是一种计算机内部总线标准，传输速度为33MHz。

3. AGP总线：Accelerated Graphics Port，用于连接显卡的总线标准，传输速度为266MHz。

4. USB总线：Universal Serial Bus，是一种用于连接外部设备的总线标准，传输速度可达5Gbps。

关于总线的总结单机上的系统总线总线(bus)是⼀种通信系统，⽤于携带各种类型的数据，在各组件之间传递数据(可以理解为快递员。

按照bus的字⾯意思理解更好，公共汽车，公共的携带数据的交通⼯具)。

在⼤概念上分三种总线：系统总线(前端总线)、内部总线和外部总线。

系统总线：计算机内部主要设备之间的连接。

内部总线：直接或⼏乎直接和CPU相连的设备之间的连接总线，⽐如STAT、PCI-E。

外部总线：也称扩展总线，离CPU较远的外部设备(如打印机/USB)连接到计算机进⾏通信的总线。

系统总线：包含控制总线、数据总线、地址总线。

也称为前端总线。

地址总线：携带了处理器和内存之间通信的地址。

⽐如要指定从内存中哪个地址处访问数据。

32地址总线的宽度决定了可寻址的范围⼤⼩。

例如32位地址总线可寻址的范围⼤⼩为2(4,294,967,296)字节，即4G⼤⼩。

数据总线：携带了处理器和内存单元、IO设备之间传输的数据。

⽤于传输数据。

数据总线的宽度决定了总线上⼀次性能传输的数据量，它直接影响计算机的性能。

例如64位数据总线⼀次性能传输64⽐特，即8字节数据。

⽽8位数据总线⼀次只能传输1字节数据，所以在数据传输上它的性能⽐64位差8倍。

地址总线和数据总线的宽度可以不⼀样，⽽且通常数据总线的宽度要⼤于地址总线宽度，这样可以⼀次性多传输⼀点数据控制总线：携带了CPU发出的控制信号或其它设备反馈给CPU的状态信号，以便控制和协调计算机中各设备的活动传输CPU发出的控制信号，⽐如告诉内存要执⾏什么操作(read、write或其它？)还传输⼀些其它设备反馈给CPU的状态信号，⽐如ACK。

例如内存写数据完成后，将发送⼀个ACK信号告诉CPU完成写⼊操作前端总线：CPU就是通过前端总线（FSB）连接到北桥芯⽚，进⽽通过北桥芯⽚和内存、显卡交换数据。

北桥芯⽚负责联系内存、显卡等数据吞吐量最⼤的部件，并和南桥芯⽚连接。

前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能⼒对计算机整体性能作⽤很⼤，如果没⾜够快的前端总线，再强的CPU也不能明显提⾼计算机整体速度。

计算机总线部分1、计算机总线的分类按照总线内部信息传输的性质，总线可分为数据总线:DB 用于传送数据信息；地址总线:AB 是专门用来传送地址的；控制总线:CB 控制总线包括控制、时序和中断信号线；电源总线:PB 用于向系统提供电源；按照总线在系统结构中的层次位置，总线可分为片内总线(On-Chip Bus) 在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路内部总线(Internal Bus) 用于计算机内部模块（板）之间通信外部总线(External Bus)：又称通讯总线用于计算机之间或计算机与设备之间通信根据总线的数据传输方式，总线可分为并行总线：每个信号都有自己的信号线；串行总线：所有信号复用一对信号线2、总线的主要性能指标•总线频率即总线工作时钟频率，单位为MHz，它是影响总线传输速率的重要因素之一。

•总线宽度又称总线位宽，是总线可同时传输的数据位数，用bit（位）表示，如8位、16位、32位等。

显然，总线的宽度越大，它在同一时刻就能够传输更多的数据。

•总线带宽又称总线传输率，表示在总线上每秒传输字节的多少，单位是MB/S。

影响总线传输率的因素有总线宽度、总线频率等。

总线带宽（MB/S）= 1/8×总线宽度×总线频率•同步方式可分为同步方式和异步方式。

在同步方式下，总线上主模块与从模块进行一数据传输的时间是固定的，并严格按照系统时钟来统一定时主模块、从模块之间的传输操作，只要总线上的设备都是高速的，就可达到很高的总线带宽。

•总线复用采用多路复用技术，可以减少总线的数目。

•信号线数表明总线拥有多少信号线，是数据总线、地址总线、控制总线和电源总线的和。

信号线数与总线性能不成正比，但一般与复杂度成正比。

•总线控制方式包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。

3、总线的两种控制方式集中式将控制逻辑集中在一处(如在CPU中) 。

集中控制是单总线、双总线和三总线结构计算机主要采用的方式，常见的集中控制方式主要有链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求总线控制方式。

第三章总线、中断与输入输出系统历年真题精选1. 通道程序执行结束后引发的中断是（ B ）。

A. 外中断B. I/O中断C. 程序性中断D. 机械校验中断2．磁盘外部设备适合于连接到（ B ）。

A. 字节多路通道B. 数组多路通道或选择通道C. 选择通道或字节多路通道D. 数组多路通道或字节多路通道3. 总线控制机构为解决N个部件利用总线时优先顺序的裁决，集中式按时查询，需外加控制线线数为（ D ）。

N]A．3 B. N+2 C. 2N+1 D. 2+[log24. 虽然中断响应顺序由硬件排队器固定好，但中断实际处置完的顺序是可以通过（系统软件）修改各中断级处置程序的（中断屏蔽）位，而动态改变。

5. 在知足通道设计流量不低于设备工作时的最大流量时，为使微观上不丢失设备信息，可以加设（数据缓冲器）或动态提高响应的（优先级）来弥补。

6. 总线控制方式有哪三种？各需要增加几根用于总线控制的控制线？并说明每种方式优先级的灵活性。

（P64-65）7.（（1）20,20,25,40,40,100 us （2）200 B/ms （3）5 us ）8.（1）1-3-4-2同步强化练习一、填空题。

1. 中断响应就是允许其中断CPU（现行程序）运行，转去对该请求进行预处置，包括保留（断点及其现场），调出有关处置该中断服务程序，准备运行。

2. 中断系统软硬件功能分派实质是中断（响应）硬件和中断（处置平衡）软件的功能分派。

3. 数组多路通道适用于连接多台（高）速设备，其通道“数据宽度”为（定长块）。

4. 输入输出系统包括输入输出设备、（设备控制器）及输入输出操作有关的（软硬件）。

5. 总线控制机构集中在一处的称（集中）式控制，分散在各部件的称（散布）式控制。

6. 多数低性能单用户计算机的输入输出由（程序员）安排，I/O系统设计主要解决CPU、主存和I/O设备在（速度）上的庞大不同。

7. 信息在总线上的双向传输有（半）双向和（全）双向两种。

关于计组中总线的知识点总结《关于计组中总线的知识点总结》整体感受：想起学习计算机组成中的总线这部分知识，感觉就像是在探索一座庞大建筑里复杂的管道系统。

一开始有点晕头转向，但越深入越觉得妙趣横生。

具体收获：首先就是总线的概念了，它就像是信息的高速公路，连接着计算机各个部件，让数据、地址和控制信号能够在不同部件之间来回穿梭。

比如说，在电脑中CPU和内存、硬盘这些部件要通信，就得靠总线这个中间人。

数据总线负责传输数据，就像是运货的卡车，不同宽度的数据总线能载的数据量也不一样，像8位数据总线一次能运送8个比特的数据。

地址总线呢，像是寄送快递时的地址，它用来确定数据在存储器或者I/O设备中的位置，地址总线的线数决定了可寻址的范围。

控制总线就像交通信号灯，控制着数据传输的方向、何时开始传输等等操作。

重要发现：等等，还有个重要的点。

在总线传输过程中，有同步和异步的区别。

同步传输就像是整齐划一的军队行军，信号传输按照固定的时钟节拍，这样各部件间协调很方便，但是受时钟频率限制得多。

异步传输就更灵活一点，类似个人根据自己的节奏做事，各部件之间相互确认状态之后再进行数据传输，虽然复杂些但是适应性强。

还有一个发现就是，总线传输的带宽这个概念很重要，它反映了总线在单位时间内能够传输的数据量。

原来如此，这就好比一条公路，带宽大就像宽阔的多车道公路，能同时让很多车辆（数据）通过。

反思：回想起来才发现自己当初学习的时候在一些概念理解上有些粗糙。

比如在弄清楚不同类型总线功能的时候，只是机械性的记忆，没有真正去思考为什么要有这样的功能分配。

这样在做复杂系统涉及到多个部件交互通信的时候就有点迷糊，不能将实际问题快速和总线这些知识联系起来。

这方面可能需要在之后加强理解，多做一些实际设备运作与总线联系的思考练习。

总结启示：这部分知识的学习让我明白在学习计组里的概念时不仅仅是要记住，更要理解背后的机理。

每一个部件每一根线所承担的角色都是为了整个计算机系统的高效运行。