计算机的总线

总线的概述

总线解决不同设备之间的通信问题。

  • USB(通用串行总线)

    • 提供了对外连接的接口
    • 不同设备可以通过USB接口进行连接
    • 连接的标准,促使外围设备接口的统一
  • PCI总线
  • ISA总线
  • Thunderbolt总线

片内总线

  • 芯片内部的总线
  • 寄存器与寄存器之间
  • 寄存器与控制器、运算器之间

系统总线

  • 数据总线

    • 一般与CPU位数相同
    • 双向传输各个部件的数据信息
    • 数据总线的位数(总线宽度)是数据总线的重要参数
  • 地址总线

    • 地址总线位数=n,寻址范围:$0\sim2^n$
    • 地址总线的位数与存储单元有关系
  • 控制总线

    • 控制总线是用来发初各种控制信号的传输线
    • 控制信号经由控制总线从一个组件发给另一个组件
    • 控制总线可以监视不同组件之间的状态(就绪/未就绪)

总线的仲裁

为什么需要总线的仲裁

总线的仲裁是为了解决总线使用权冲突的问题。

总线仲裁的方法

  • 链式查询

好处:电路复杂度低,仲裁方式简单

坏处:优先级低的设备难以获得总线的使用权、对电路故障敏感

  • 计时器定时查询

仲裁控制器对设备编号并使用计时器累计计数,接收到仲裁信号后,往所有设备发出计数值,计数值与设备编号一致则获得总线使用权。

  • 独立请求

每个设备均有总线独立连接仲裁器,设备可单独向仲裁器发送请求和接收请求,当同时收到多个请求信号,仲裁器有权按优先级分配使用权。

好处:响应速度快,优先顺序可动态改变

坏处:设备连线多,总线控制复杂

计算机的输入输出设备

常见的输入设备有字符输入设备和图像输入设备,常见的输出设备有图像输出设备。

输入输出设备的通用设计

数据线

  • 是I/O设备与主机之间进行数据交换的传送线
  • 单向传输数据线/双向传输数据线

状态线

  • I/O设备状态向主机报告的信号线
  • 查询设备是否已经正常连接并就绪
  • 查询设备是否已经被占用

命令线

  • CPU向设备发送命令的信号线
  • 发送读写信号
  • 发送启动停止信号

设备选择线

  • 主机选择与I/O设备进行操作的信号线
  • 对连在总线上的设备进行选择

CPU与IO设备的通信

程序中断

  • 当外围I/O设备准备就绪时,向CPU发出中断信号
  • CPU有专门的电路响应中断信号

程序中断提供低速设备通知CPU的一种异步的方式,CPU可以高速运转同时兼顾低速设备的响应。

DMA(直接存储器访问)

  • DMA直接连接主存与I/O设备
  • DMA工作时不需要CPU参与

Last modification:June 4th, 2020 at 02:41 am