计算机组成原理 第三章系统总线 第六节总线通讯控制

《计算机组成原理》第6章：总线第6章：总线6.1 总线概述总线的定义总线是⼀组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。

分时和共享是总线的两个特点。

分时是指同⼀时刻只允许有⼀个部件向总线发送信息，如果系统中有多个部件，则它们只能分时地向总线发送信息。

共享是指总线上可以挂接多个部件，各个部件之间交换的信息都可以通过这组路线分时共享，在某⼀时刻只允许有⼀个部件向总线发送信息，但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。

总线设备总线上所连接的设备，按其对总线有⽆控制功能可分为主设备和从设备。

1) 主设备：指获得总线控制权的设备。

2) 从设备：总线的从设备是指被主设备访问的设备，只能响应从主设备发来的各种总线命令。

总线特性总线特性是指机械特性（尺⼨、形状）、电⽓特性（传输⽅向和有效电平范围）、功能特性（每根传输线的功能）和时间特性。

总线的猝发传输⽅式⼀个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字的总线传输⽅式叫猝发传送。

总线的分类按总线功能划分：1) ⽚内总线：芯⽚内部的总线，是CPU芯⽚内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。

2) 系统总线：是计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接⼝）之间相互连接的总线。

按系统总线传输信息内容的不同分为：a) 数据总线：⽤来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关。

b) 地址总线：⽤来指出数据总线上的源数据或⽬的数据所在的主存单元或I/O端⼝的地址，是单向传输总线，地址总线的位数与内存地址空间的⼤⼩有关。

c) 控制总线：控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外设）返回CPU的反馈信号。

各功能部件通过数据总线连接形成的数据传输路径称为数据通路。

数据通路表⽰数据流经的路径，⽽数据总线是承载的媒介。

3) 通信总线：⽤于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信设备、测试设备）之间信息传送的总线，通信总线也称为外部总线。

第3章系统总线1. 什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？P41答：总线是连接多个部件共享的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

总线传输的特点是：某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。

2.总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用,是单向的，还是双向的，他们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？答：总线的分类：（1）按数据传送方式分：并行传输总线和串行传输总线；（2）按总线的使用范围分：计算机总线、测控总线、网络通信总线等；（3）按连接部件分：片内总线、系统总线和通信总线。

系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。

按系统总线传输信息不同，可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。

（1）数据总线：数据总线是用来传输个功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位、16位或32位。

（2）地址总线：地址总线主要是用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址，地址总线上的代码是用来指明CPU欲访问的存储单元或I/O端口的地址，由CPU输出，是单向的，地址线的位数与存储单元的个数有关，如地址线有20根，则对应的存储单元个数为220。

（3）控制总线：控制总线是用来发出各种控制信号的传输线，其传输是单向的。

3.常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。

答：总线结构通常有单总线结构和多总线结构。

（1）单总线结构是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O 设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。

这种4.为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？答：总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求；特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

计算机组成原理部分答案1. 什么是总线判优？为什么需要总线判优？答：总线判优就是当总线上各个主设备同时要求占用总线时，通过总线控制器，按一定的优先等级顺序确定某个主设备可以占用总线。

因为总线传输的特点就是在某一时刻，只允许一个部件向总线发送信息，如果有两个以上的部件同时向总线发送信息，势必导致信号冲突传输无效，故需用判优来解决。

1. 什么是总线通信控制？为什么需要总线通信控制？答：总线通信主要解决双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调配合。

因为总线时众多部件共享的，在传送时间上只能用分时方式来解决，所以通信双方必须按某种约定的方式进行通信。

1. 什么是总线标准？为什么要制定总线标准？答：总线标准是国际公布或推荐的互联各个模块的标准，这个标准为各模块互联提供一个标准界面（接口），这个界面对两端的模块都是透明的，即界面的任一方只需根据总线标准的要求来完成自身一方接口的功能，而不必考虑对方与界面的接口方式。

制定总线标准使系统设计简化，便于模块生产批量化，确保其性能稳定，质量可靠，实现可移化，便于维护等，较好的解决了系统、模块、设备与总线之间不适应、不通用及不匹配等问题。

1.计算机中采用总线结构有何优点？答：计算机中采用总线结构便于故障诊断与维护，便于模块化结果设计和简化系统设计，便于系统扩展和升级，便于生产各种兼容的软、硬件。

1. 串行传输和并行传输有何区别？各应用于什么场合？答：串行传输是指数据在一条线路上按位依次进行传输，线路成本低，但速度慢，适合于远距离的数据传输。

并行传输是每个数据位都有一条独立的传输线，所有的数据位同时传输，其传输速度快、成本高，适应于近距离、高速传输的场合。

1. 存储芯片内的地址译码有几种方式？试分析它们各自的特点及应用场合。

答：存储芯片内的地址译码有两种方式，一种是线选法，适用于地址线较少的芯片。

其特点是地址信号只须经过一个方向的译码就可以选中某一存储单元的所有位。

计算机组成原理——第三章系统总线3.1 总线的基本概念1. 为什么要⽤总线计算机系统五⼤部件之间的互连⽅式有两种：分散连接——各部件之间使⽤单独的连线总线连接——各部件连到⼀组公共信息传输线上早期的计算机⼤多采⽤分散连接⽅式，内部连线⼗分复杂，尤其当I/O与存储器交换信息时都需要经过运算器，使运算器停⽌运算，严重影响CPU的⼯作效率。

2. 什么是总线总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质3. 总线上的信息传送串⾏并⾏3.2 总线的分类1. ⽚内总线芯⽚内部的总线CPU芯⽚内部寄存器之间寄存器与算逻单元ALU之间2. 系统总线计算机各部件（CPU、主存、I/O设备）之间的信息传输线按系统总线传输信息不同分为：数据总线——传输各功能部件之间的数据信息双向与机器字长、存储字长有关数据总线宽度——数据总线的位数地址总线——⽤来指出数据总线上的源数据或⽬的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址单向（由CPU输出）与存储地址、I/O地址有关地址线位数(2n)与存储单元的个数(n)有关控制总线——⽤来发出各种控制信号的传输线出——中断请求、总线请求⼊——存储器读/写、总线允许、中断确认常见控制信号：时钟：⽤来同步各种操作复位：初始化所有部件总线请求：表⽰某部件需获得总线使⽤权总线允许：表⽰需要获得总线使⽤权的部件已获得了控制权中断请求：表⽰某部件提出中断申请中断响应：表⽰中断请求已被接收存储器写：将数据总线上的数据写⾄存储器的指定地址单元内存储器读：将指定存储单元中的数据读到数据总线上I/O读：从指定的I/O端⼝将数据读到数据总线上I/O写：将数据总线上的数据输出到指定的I/O端⼝内传输响应：表⽰数据已被接收，或已将数据送⾄数据总线上3. 通信总线⽤于计算机系统之间或计算机系统与其它系统（控制仪器、移动通信等）之间的通信通信⽅式：串⾏通信数据在单条1位宽的传输线上，⼀位⼀位地按顺序分时传送。

2017.0613.《计算机组成原理》总线控制-通信控制同步通信控制1.同步通信控制中，总线的传输周期的时间长是⼤于时钟周期的。

怎么来理解这个，时钟是数字电路中，控制着信号的每次传输，很短暂，但是总线的传输周期很长，因为其中涉及很多操作。

2.整个传输周期过程的时间是定宽，定距的（定宽，定距的是时钟），并且在对应的时间点上，必须完成相应的操作命令。

3.总线的控制分为两种：判优控制和通信控制。

我们换⼀种通俗的说法来叙述这两种控制，判优控制就是多个设备争抢对总线的控制权，就好⽐多个出租车在车站抢第⼀个车位，但是如何决定这些不同出租车对第⼀车位的所有权，就要看哪个出租车的优先级⽐较⾼了，优先级⾼的占有第⼀个位⼦。

判优控制是决定主设备对总线的占有权。

随着时间的发展，⼀个主设备不可能⼀直占有总线，当它放弃总线控制权时，通过判优控制，会有另⼀个主设备获得总线的占有权。

如何对先后顺序不同的主设备进⾏安排，这就是通信控制来决定的，在不同的时刻安排不同的主设备和其从设备之间进⾏通信。

然⽽通信控制的讲解重点不在于对不同的主设备（获得控制权）的先后安排，⽽在于在⼀个主设备的总线传输周期内，该主设备是如何⼯作的。

4.完成⼀次总线操作的时间称为总线周期（也可以是总线传输周期）。

这⾥还有⼀个重点，⽆论是说总线周期还是总线传输周期，都是⼈为设定的。

在构成总线的硬件电路中，有⼀些东西是构造好的电路早就确定的，如总线时钟周期，总线频率，这些都是电路决定的。

在后⾯的讲解中，以这些定宽，定距的时钟周期来规定总线周期。

5.在通信控制中谈论了好⼏种不同类别的通信控制，通信是主设备和从设备之间的信号交流，控制是对两者间的交流过程进⾏⼈为地控制。

怎么⼈为地控制，当然存在各种各样的控制，有同步的，异步的，半同步....6.是不是可以这么说，每⼀个总线周期都由四个阶段组成，申请分配（获得总线占有权），寻址（和从设备建⽴联系，并发出命令），传输数据，结束阶段。

第六章系统总线第一节总线的基本概念一、总线的分类1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。

2．系统总线：连接计算机系统中各个功能模块或设备的总线，作为计算机硬件系统的主干。

3．内部总线：连接CPU内部各部件的总线。

4．总线的分类：①按传送格式分为：串行总线、并行总线；②按时序控制方式分为：同步总线、异步总线；③按功能分为：系统总线、CPU内部总线、各种局部总线。

④按数据传输方向分为：单工总线和双工总线，双工总线又分为半双工总线和全双工总线。

历年真题1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。

（2001年）2．下列说法中正确的是（）。

（2003年）A．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息B．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息C．半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息D．半双工总线可以在两个方向上同时传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息【分析】根据总线上信号的传递方向，总线可分为单向传输（单工）总线和双向传输（双工）总线，而双工总线又可分为半双工总线和全双工总线。

其中单工总线只能向一个方向传递信号，半双工总线可以在两个方向上轮流传递信号，全双工总线可以在两个方向上同时传递信号。

【答案】C二、总线的信息传输方式1．串行传输：是指数据的传输在一条线路上按位进行。

（只需一条数据传输线，线路的成本低，适合于长距离的数据传输）。

在串行传输时，被传输的数据在发送设备中进行并行到串行的变换，在接收设备中进行串行到并行的变换。

2．并行传输：每个数据位都需要单独一条传输线，所有的数据位同时进行传输。

3．复合传输：又称总线复用的传输方式，它使不同的信号在同一条信号线上传输，不同的信号在不同的时间片中轮流地身总线的同一条信号线上发出。