计算机组成原理之总线篇

Posted 2022-03-07 爱上口袋的天空

一、计算机总线的概述

•  1.1 提供对外连接的接口
•  1.2 不同设备可以通过USB接口连接
•  1.3 成为连接的标准，促使外围设备接口的统一

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二、计算机总线的分类

• 片内总线:：芯片内部的总线，寄存器、运算器、控制器之间的信息传输线。
• 系统总线： 数据总线、地址总线、控制总线。
• 数据总线： 其中数据总线一般和cpu位数相同，数据总线是32位表示数据总线 一次可以传输32位的4个字节，是64位表示一次能够传输64位的8个字节。
• 地址总线： 指定目的数据或者源数据在内存当中的地址，地址总线位数为n的话，寻址范围为0~2^n。
• 控制总线： 控制总线是用来发出各种控制信号的传输线，组件通过控制总线来发送控制信号到另外一个组件，控制总线可以监听不同组件之间的状态(就绪/未就绪)。

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三、为什么需要总线的仲裁

• 因为多个设备就绪想同时使用总线，这个时候会发生冲突，所以需要总线的仲裁，总线的仲裁目的就是为了解决总线使用权的冲突问题。

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四、总线的仲裁方法

链式查询：也就是某个设备需要使用总线，会通过仲裁控制线发出一个请求到仲裁控制器，仲裁控制器会进行链式查询，比如有三个设备1、2、3，如果设备2发出请求，那么仲裁控制器首先会发出一个允许使用的信号到达设备1，设备1不需要使用就会达到设备2，然后设备2拿到信号就会获得总线的使用权，存在问题如果设备1和设备2同时发出请求，那么允许使用的信号就会被设备1先拿到就会先使用，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取总线使用权。

计时器查询：仲裁控制器对设备编号并使用计数器累计计数，接收到仲裁信号后，往所有的设备发出计数值，计算值与设备编号一致则获得总线使用权，比如下图我有三个设备1、2、3，如果设备2需要使用总线那么发出一个请求，那么仲裁控制器有个计数器一开始是1，那么假设设备2需要使用，那么会通过仲裁控制线发送一个请求到仲裁控制器，这个时候仲裁控制器就会将计数器的值为1发送到每一个设备由于值1和设备1的编号相等，但是设备1没有发送请求信号，所以这一次仲裁控制器发送的1是没有用的，那么仲裁控制器计数器累计加1发送2，那么2刚好和设备2的编号相等，设备2获得总线的使用权，此时设备3想使用通过仲裁控制线发送请求，仲裁控制器计数器累计加1为3发出计数值到每个设备，刚好值和设备3编号相等，设备3获得总线的使用权。

• 独立请求: 每个设备均有总线独立连接仲裁控制器，设备可单独向仲裁控制器发送请求和接收请求，当同时接收多个请求信号时，仲裁控制器会按优先级分配使用权 ，好处就是响应速度快，优先顺序可以动态改变，坏处就是设备连接多，总线控制复杂。