24.第24节课第六章系统总线

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 09:11:33

同学们大家好我们来接着进行第六章内容的学习简章内容咱们主要是系统总线，我们将从以下三个方面来给大家进行讲解第一节内容是系统的是系统总线的基本概念，第二节是总线的特性及它的性能指标第三节是总线的控制好那我们，接着往下看我们每一章当中的内容我们首先来看一下，总线的基本概念，首先我们要知道总线的基本概念那总线的定义是什么呢，总线它是指连接各个部件的信息传输的线，是各个部件共享的传输介质，如果多个部件连接总线两个以上的部件同时发送信息那么信号就会发生冲突这样的话，传输就无效，同时我们还需要知道什么是分时什么是共享那分时它指的是，一个时刻只允许一个部件儿向准时向总线发送信息多个部件儿只能分时的向总线发送信息，就是某一时刻我在这个时刻只能允许一个部件想，总线发送信息那多个部件的话只能是分别在不同的时刻向总线去发送信息，但多个部件儿可以同时接收信息就我在发送信息的时候我在多个部件儿我可以同时去接收一个信息但是，

我只能呃分时的去向总线发送信息嗯，共享它指的是总线可以挂接多个部件各个部件之间相互交换，的信息都可以通过这个子线来进行分享来进行真实共享，这就是我们的分时和共享，我们来看一下总线上信息的一个传输过程它可以是串行的同时也可以是我们的并行的啊，在我们cpu和主存还有我们输入输出感是通过插头与主存方向的总线槽进行相，连接的这个是主板主板然后我们输出插板组成插板还有l插板通过我们的插头与水平方向的总线我们把，主板分为总线数据总线进行一个连接是进行这样连接的同时信息上的传送可以通过，串行啊也可以通过并行这种方式进行传送，这是我们cpu总线的概念那么我们看第二个在cpu总线当中我们还有对它进行了一个分类，我们cpu总线进行了一个分类主要是线内总线和系统总线的一个划分，片内总线指的是芯片内部的总线顾名思义哈片内就是芯片内部的总线，系统总线它是计算机各个部件之间的信息传输的线就叫做板间总线或板级总线是我们计算机各个部件，之间的一个信息传输的线我们各个部件之间需要进行传输数据那就需要我们的，系统总线来进行一个传输数据还有系统总线又包括了三个和三种，

就包括数据总线和我们的，地址总线和控制总线他们这个系统总线的划分是根据信息传输的内容来进行划分的，划分成了数据总线意识总线和控制总线数据总线它是一个双向的啊，是位数它的位数与机器正常存储正常是有关的数据总线的宽度啊就是我们数据总线的位数，是一个双向的传输的，地址总线是单向的啊它的位数与存储器的地址io地址有关比如说二十根句子，线可以访问多少个分子单元是二的二十二二的二十次方个存储单元，控制总线是它的每一根都是单向的它有出有入出的话是存储器读存储器写啊总线允许总线输入总线，中断运行确认，引入引入的是中断请求总线请求各种请求出的就是存储器的读和写总线的允许和中断的一个确认，这是我们总线的一个分类分为线内总线系统总线系统总线根据传输的信息的内容，来进一步的进行划分划分为数据总线地理总线和控制总线数据总线地理总线控制总线他们的特征是什么？他们的位数有哪些有关我们要进行掌握和理解，我们再来看一下数据的通通信总线啊还有通信总线除了我们刚刚说的线内总线系统总线之外还有我们的通信总线，通信文件它是用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统比如说控制仪表移动通信设备等等，

他们之间的一个通信也称为是外部总线外部总线是计算机之间或计算机系统与其他设备的一个通信啊，我们称为通信路线还有就是一些其他的分类方式比如说我们按照传输方式进行分划分，可以分为串行通信中线和并行通信中线按照使用范围划分按照时序控制方式划分，按照持续控制方式划分的话我们可以划分为，同步总线和异步总线，按使用范围划分我们划分为机器总线计算机总线测控总线和网络通信总线那么以上就是我们讲到的，计算因素，总线的分类方式啊分按大类分的话它有四种和片面总线系统总线和，通讯文件和以及其他分类，在它的内部我们系统总线按照系统总线又可以划分为三种数据总线控制总线，还有等等这是我们总线的一个分类方式啊接着往下看我们，第三个内容就是要讲到的总线的组成和它的一个性能，指标那我们先看一下总线的组成，总线的组成有什么呢总线的组成我们先看一个面向cpu的双线双总线结构框图，啊面向cpu的比如第一块我们中央处理器然后由我们的输入输出总线啊还有我们的m总线m总线访问的数据是组是组成，

它连接的是中央处理器我们的cpu和主存之间的一个通道，输入输出总线啊就是我们l总线他是用于建立cpu我们的cpu和各个接口，之间交换信息的一个通道我们cpu与输入输出之间的接口怎么样去交换信息，啊它交换信息通过的是我们的输入输出总线而中央处理器啊cpu和主存之间的一个数据交换的通道，是m中线啊这里我们的io设备，在l设备它是通过l接口，是通过io接口在io总线上进行一个交换信息这样的话就便于增设我们的设备啊便于增设设备，当设备与主存交换信息时我们与主存交换信息时需要通过中央处理器然后再通过m点线去访问我们的主存，这样的话就会影响我们cpu的处理数据的一个效率我们在cpu处理数据的时候不光要，进行处理数据他还要去访问我们的存存去读取我们储存的一些信息按输入输出设备和储存之间交换信息，要经过我们中央处理器这样的话就降低了我们中央处理器的一个处理数据的效率，啊这是我们总线组成当中面向cpu的一个双向总线的结构框图啊，能知道我们在双向总线结构构图当中有两套总线一个是输入输出总线一个是m总线，m总线是用来处理cpu和主频之间数据的输入输出总线是处于我们建立，cpu和输入输出设备之间一个数据的交换信息数据的一个通道，

这是我们念了cpu的双向走线交互方程组这里io设备与组成交换信息时要占用cpu会影响cpu工作效率这是它的一个特点，那我们除了面向cpu的一个数据型双向型数据型线之外还有，一些其他的比如说我们单项，单种线结构框图啊单种线结构框图它是cpu什么是单种线结构框图呢cpu储存和io设备挂到一组，线上并形成了单种性结构的计算机啊比如说细分数据地址控件控制线，啊我们在单独线上他挂了什么挂了我们的cpu挂了我们的储存还挂了我们的输入输出设备，都在我们的单种设备系统里面上啊这就是我们单种结构的一个框图l设备与组成交换信息时原则上它不影响cpu的一个工作效率它与，cpu仍可处理，数据他不访问底层或者io设备操作可提高，这里设备的一个操作他就提高了qq的一个处理数据的效率因为他在和组成之间交换数据的时候他经io设备经过io接口访问我们的系统总线，通过这种组件直接访问组存这样的话它不访问不经过cpu这样就提高了cpu的一个，嗯效率，若某时刻多个部件需要用组件的时候我们在知道在单组件结构上cpu组成和输入数据设备都在这个组件上，那如果说在某一时刻我们这几个部件都需要去访问嗯总线的时候那这个时候就会产生冲突产生冲突我们怎么办呢，就必须去设置总线的，

看业务逻辑我们优先去处理哪个数据优先处理cpu的数据还是优先处理底层的数据还是优先处理，输入输输入输出设备的数据呢那就要设设设置优先级按优先级去使用啊去访问，这里我们单种结构通常是运用到小型计算机a型计算机当中多采用子结构啊，单组件结构处于那个他提高了我们的cpu的一个效率啊提高了我们cpu的效率，除了单总线结构之外啊我们还有一些其他结构我们但是我们要记住单总线结构它的一个特点是，不允许两个以上的部件在同一时刻向总线传输信息传输信息的时候他就会产产生一个冲突啊产生冲突我们就要设立优先级啊，没问题主存和外设可以统一编制也可以独立编制就是三种线型构的一个特点，除了单总线结构之外还有以存储器为中心的双总线结构框图我们来看一下以存储器为中心的双总总线结构框图，这里有我们的有两个总线哈一个是系统总线一个是存储总线，以存储器为中心我们注意我们的就需要我们的存储总线在单组件的基础上我们开辟了一条存储总线啊就是我们，除去如果说不算我们的程序文件的话我们就跟你跟之前是一样的是一个单独性结构，那这里我们加了一条什么在cpu和主存之间加了一条存储文件啊存储文件它是cpu与主存之间的一个总线，存储总线的速度高啊速度高只供组存与cpu之间传送信息是组存和cpu之间的一个专用信息通道，啊他提高了组成和cpu之间产生数据的一个效率减轻了系统总线的一个负担，这里io设备与存储设备交换信息也不需要请访问我们的cpu啊同样cpu，

处理数据的效率更高同时我们增设了存储总线他就提高了什么他就减轻了我们系统总线的一个负担啊减轻了系统总线的一个负担，这是以存储器为中心的双准总线结构框图除此之外我们第四种方式是带通道的双准线结构，什么是带通道的双选项结构呢，主存和cpu之间速度高啊io设备速度低主存总线与io总线分开，好我们将组成总线和io总线进行分开cpu将一部分功能下放，下放由通道对io进行统一的管理完成外设和组成之间的一个传送，完成了外侧和组成一部分的传统我们可以看到这个结构框图当中我们有组成总线还有一个通道，啊这个通道是具有特殊功能的一个处理器由通道对io进行一个统一的管理，啊这里是有两个总线组成总线和io总线在组成总线和io总线之间我们增设了一个通道，这个通道是有一个特殊的是一个特殊的处理器它统一对我们的一个输入，输出设备进行一个管理，进行一个管理这里我们在组成文件它同样是io设备是不访问我们cpu的，不管sb ocu的效率依然是很高，通道又专门进行了对io数据进行处理我们的系统总线呢负负同样也是，相机的，

在通道的双总分结构这是我们讲到的三种双总分结构那除了双总分结构之后呢我们还有三种分结构，我们来看一下啊三种结构有l总线有组成总线和dma总线啊那分别是连接的什么呢，组成组件肯定是连系了cpu和组成之间的l组件连接的是输入输出接口和cpu啊，输入嗯输入设备啊输入设备输出设备我们的相关设备，输入输出接口和cpu之间进行一个连接通过l的进行连接l的线和高度外设啊我们专门设置了一个dma总线，dma组件它是用于高速io设备啊比如说我们磁盘磁带与主存之间交换信息的一个，啊总线啊我们高速外设有我们经经过我们的dma总线然后连接我们的l接口再连接我们的主存，啊在三种线结构当中任意时刻只能使用一种总线组成总线与dma总线不能同时对组成进行访问，啊我们在访问组存的时候我们看到组存它有两个组线进行连接一个是组存总线一个是dma总线，但是在同一在任意时刻我们只能用一种文件啊只能用一种文件就是储存的时候我们只能有一种文件对他进行的访问，存取io总线只有在cpu执行io应用时才能够用到啊我们的io总线只有在cpu执行命令的时候才进行一个使用这是我们三种结构，除了我们三种结构之外我们还看还有我们三种结构的另外的一种形式啊就用了一个局部的总线用局部的线，局部总线系统总线和扩展总线的三种结构局部总线它是用于处理以高速缓存我们的或更多结构设备之间的一个交换信息，扩展总线适用于连接局域网啊串行啊串行接口还有我们的，一些什么scsi扩展总线接口m猫，

等等这些这些设备之间进行一个连接扩展连接，还有就是四种线结构我们说完三种线结构还有四种线结构啊，四种线结构当中有系统总线局部总线高速总线和扩展总线但是这里的高高速总线他是，挂接高速io设备io设备密切，cpu与高速设备cpu啊我们的cpu与高速设备的联系啊并扩展并连接到我们的扩展引线啊是我们的四根线结构，好我们知道了以上七种总线的结构我们来进行一个对比对比一下我们的三种线结构双种线和三种线结构，三种结构的优点显而易见它的成本低啊便于扩展新的设备因为是我们的，l总线啊结构也简单就有一条l总线啊成本低便于扩展我们的新设备但是它的缺点是带宽低负载重多个部件，征用唯一的总线不仅不支持并发传送操作不支持并发传送操作，呃综合性结构当中嗯它将较低的，还有设备从单种线上分离出来去提高我们的系统的冲突能力啊，缺点是增加通道等硬件设备不同io设备速度相差很大就是我们的索性结构，在三种性结构当中它的优点是能够提高io设备的性能使其更快的响应应用提高我们系统的通勤量，缺点是系统工作效率比较低就是我们的那个总线的基本结构它的优缺点的对比啊以上就是我们讲到的，嗯在一个小题当中的内容好我们接着往下看，

看一下总线的性能指标啊我们第二块内容是我们看到它的结构基本结构之后我们来看一下它的性能指标，它的性能指标我们有以下几点来进行表示，第一是它的工作频率二是它的总线的宽度啊三是总线的带宽这三个，性能指标我们来分别看一下工作频率指的是什么呢是总线上各个操作的频率，总线周期的一个倒数也就是我们一秒内传输几次数据总线周期为n个时空周期那么我们总线的工作，频率就等于时钟频率除以n就是时钟总是出频率除以就是我们工作的频率，那总线的宽度也称为总线的位宽是指的总线上同时传输数据的位置，通常指数据总线的根数啊数据总线的根数那总线的带宽指的是什么呢，是总线本身所能达到的总线高度，呃高速，总线的带宽指的是总线本身所能达到的最高数据传输速率，即单位时间内总线上传输数据的位置，衡量总线性能的重要指标他是衡量总线性能的重要指标通常每秒传输信息的字节数来衡量，总线的再宽就等于总线的工作频率乘以总线，宽度除以八，

第三位是d大b零秒就是我们主线性能指标的三个啊性能指标工作频率以及带宽，主线宽度啊，除了之外还有我们的总线负面啊信号限制总线控制方式还有一些其他的指标，总线的复用指的是一种信号在不同时间传输的不同信息较早的线传输更多的信息来节省空间和成本，用较短的线去传入更多的信息来节省时间和空和成本信号的线索啊包括我们地质总线数据总线，控制线三种，限速的总和成为信号的限速我们进入我们的数据中心控制里面这三种数据线索的总和我们称为信号的限速，首先的控制方式啊有并发自动仲裁逻辑技术啊其他指标包括我们的负载能力电压等等，对我们总线的性能指标，好这就是我们以上第一小节当中的主要内容那接下来我们来看一下我们第二小节啊他讲的主要是总线的操作和定时，那总线传输它的四个阶段有哪些呢总线传输指的是什么呢它是总线的一次信息传输的过程，还有四个阶段第一个阶段就是申请分布阶段啊第二个阶段是寻址阶段第三个阶段是传输阶段第四个阶段是结束阶段，申请分配阶段是指的由，使用总线的主模块或者主设备辅助相关的申请，经总线仲裁机构来决定，

将下一传输周期的总线使用授权于某一申请者，我们可以分为请求总线和总线仲裁两个阶段这是我们申请分配阶段就是我们申请，嗯将下一个论三下一传输周期的总线使用授权某一申请者，寻址阶段取得使用权的主模块通过总线发出本次访问的同模块，及相关的秘密，启动参与本次传输的模块啊，传输阶段主模块和同模块进行数据交换可单向或双向进行数据传输，结束阶段主模块的有关信息从系统引擎上测图让主线让出线线的使用权啊，我们在总线传输我们需要先申请分配然后再寻址然后再传输传输完之后我们任意使用完该怎么样我们需要撤出，啊然后让出总线的一个使用权以及一些其他的来使用这是主线传输的四个阶段，总线的定时啊总线的定时指的是总线通信的控制啊总线通信双方如何获知传输开始传输时间限行，如何进行其他分配啊，总线在双方交换数据的过程当中，需需要对组方同方进行一个有序的操作我们为什么要定时呢我们就要啊对它进行一个通信的控制啊我们在，在什么时间段使用什么样的操作啊主方和同方操作进行要有序的进行一个控制，

其次我们必须定制要必须定时协议进行时间上配合关系的控制这种控制称为总线定时，必须定制必须定制定时协议我们要定制一个定时协议来进行时间上的分配，和关系的一个控制这样的话我们就称之为控制嗯这样各种控制我们称之为总线的一个定时，也就是也就是事件出现在总线上的一个时序关系它是时序的关系实质上是一种协议或者一种规则，啊主要有同步和异步两种的基本定时方式那么我们接下来看一下什么是同步的定时方式和什么是异步定时方式，

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