电脑硬件的总线
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发布时间：2022-04-24 07:19
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时间：2022-06-17 12:11
总线是构成计机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线。
一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：
(1)内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。
(2)系统总线：CPU同计算 (3)I/O总线：中、低速I/O算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。
设备之间互相连接的总线。
1.总线的特性
物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等。
功能特性：描述总线中每一根线的功能。
电气特性：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。送入CPU的信号叫输入信号(IN)，从CPU发出的信号叫输出信号(OUT)。
时间特性：定义了每根线在什么时间有效。规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误地使用。
2.总线的标准化
相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的，但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因在于它们都遵守了相同的系统总线的要求，这就是系统总线的标准化问题。 1.单总线结构
在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总线结构。CAI演示如图所示点击演示
此时要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线时能迅速获得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控制权。
(1)取指令：当CPU取一条指令时，首先把程序计数器PC中的地址同控制信息一起送至总线上。在“取指令”情况下的地址是主存地址，此时该地址所指定的主存单元的内容一定是一条指令，而且将被传送给CPU。
(2)传送数据：取出指令之后，CPU将检查操作码。操作码规定了对数据要执行什么操作，以及数据是流进CPU还是流出CPU。
(3)I/O操作：如果该指令地址字段对应的是外围设备地址，则外围设备译码器予以响应，从而在CPU和与该地址相对应的外围设备之间发生数据传送，而数据传送的方向由指令操作码决定。
(4)DMA操作: 某些外围设备也可以指定地址。如果一个由外围设备指定的地址对应于一个主存单元，则主存予以响应，于是在主存和外设间将进行直接存储器传送(DMA)。
(5)单总线结构容易扩展成多CPU系统：这只要在系统总线上挂接多个CPU即可。
2.双总线结构
这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线与存储器交换信息，并减轻了系统总线的负担，同时主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU。当然这种双总线系统以增加硬件为代价。 早期总线的内部结构
它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与I/O设备适配器的通道。这种简单的总线一般由50—100条线组成，这些线按其功能可分为三类：地址线、数据线和控制线。
简单总线结构的不足之处在于：
第一 CPU是总线上的唯一主控者。
第二 总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。
当代流行的总线内部结构它是一些标准总线，追求与结构、CPU、技术无关的开发标准，并满足包括多个CPU在内的主控者环境需求。
在当代总线结构中，CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连。系统中允许有多个这样的处理器模块。而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁。
整个总线分成如下四部分：
1.数据传送总线：由地址线、数据线、控制线组成。
2.仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。
3.中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线。
4.公用线;包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等。
