第3章：系统总线
总线结构计算机举例
（1）面向CPU的双总线结构框图（不常用）
I/O总线和I/O设备之间用I/O接口连接。
缺点：访问主存须经过CPU
（2）单总线结构框图（不常用）
优点：访问主存无需经过CPU
缺点：传输数据时完全占用了总线，CPU无法工作。
（3）以存储器为中心的双总线结构框图
优点：传输数据时CPU仍然可以工作。
总线的分类
（1）片内总线
芯片内部的总线
（2） 系统总线/板间总线
计算机各部件之间的信息传输线，包括三部分：
- 数据总线：双向，与机器字长、存储字长有关
- 地址总线：单向，与存储地址、I/O地址有关
- 控制总线：有出有入
出：存储器读、存储器写、总线允许、总线确认
入：中断请求、总线请求
（3） 通信总线（很少）
用于计算机系统之间或计算机系统与与其他系统之间的通信，包括：
- 串行通信总线
- 并行通信总线
总线特性
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
- 时间特性
总线结构
单总线结构
缺点显而易见，一个I/O设备就把系统总线给占了，所以引入了双总线结构。
双总线结构
将总线分为：
- 主存总线
- I/O总线
注意
通道不是一个端口，而是一个具有特殊功能的处理器。上世纪的术语翻译很容易误解人
三总线结构
三总线有两种形式
第一种形式：
DMA总线以数据块为单位进行传送
高速外设：指硬盘一类的I/O设备
第二种形式：
在扩展总线上挂一些慢速的I/O设备。
四总线结构
高速总线：搭载高速通讯设备
低速设备仍然通过扩展总线接口挂载到扩展总线上。
计算机系统的演变趋势
其实从总线结构的演变，也看出了计算机系统和操作系统的趋势：按照设备的速度进行分层管理；越靠近CPU的层级速度越快。
PCI总线结构
计算机系统至今仍在遵循该标准。
总线控制
计算机总线具有独占性，最多只允许一个发送设备在主线上发送信息（不过接收设备可以有多个）。所以要强调总线的控制权。
总线判优控制
用于确定按什么样的等级顺序确定哪个主设备能使用总线。
主设备：对总线有控制权
从设备：相应从主设备发来的总线命令。
链式查询方式
三根总线：
- 地址线是单向的
- 数据线是双向的
- 控制线有入有出，但单根只有一根方向。
总线控制：
BS：总线忙
BR：总线请求
BG：总线同意
具体流程：
- I/O接口1想要占用总线，发送BR（总线请求）
- 总线为了判断当前总线是否空闲，接收BS（总线忙）
- 若BS=0，则总线发送BG（总线同意）至I/O接口0；
- I/O接口0发给I/O接口1；不断传给下一个I/O接口，所以叫链式查询
- I/O接口1收到BG后，发送BS=1，停止发送BR，开始占用总线。
- 在I/O接口1占用总线时，若其他I/O接口发送BR至总线控制部件，此时总线检测BS=1（总线忙），控制部件不响应BG，直到I/O接口1释放总线。
优点：
- 简单，只需要几根线就能按一定的优先次序实现总线控制
- 很容易扩充I/O设备
缺点：
- 对电路故障敏感，一个设备崩溃，后面优先级低的设备全部崩溃。
- 优先级别低的设备很难获得请求。
计数器定时查询
在总线控制部件中增加了计数器。
线路介绍：
- 数据线
- 地址线
- 设备地址线
流程：
- I/O接口1想要占用总线，发送BR（总线请求）
- 总线判断BS，若BS=0，开始下一步
- 总线控制部件的计数器开始计数，通过设备地址线向各设备发送地址信号
- 某个设备的设备地址=计数值时，该设备获得总线使用权，此时终止计数查询。
优点：
- 循环方法，设备优先级相等
- 计数器的初始值可由程序控制，故优先次序可以改变。
- 对电路故障不如链式查询方式敏感（一个I/O设备坏了，不影响其他设备）
缺点：
- 控制线增加，不易控制
独立请求方式
在总线控制部件中增加了排队器。设备之间的优先级由排队器确定，按照设置好的顺序挨个查询。
线路介绍：每个设备都有一对这两条线
- BG（总线同意）
- BR（总线请求）
优点：
- 响应速度快
- 优先次序控制灵活
缺点：
- 控制线数量多，总线控制更复杂
总线通信控制
目的：解决通信双方协调配合的问题
总线通信的四种方式
- 同步通信
- 异步通信
- 半同步通信
- 分离式通信
同步通信
同步式数据输出
同步式数据输入
异步通信
应答方式：
- 不互锁
- 半互锁
- 全互锁
| 不互锁 | 半互锁 | 全互锁 |
|---|---|---|
 |  |  |
| 主模块发出请求信号后，不必等待接到从模块的回答信号，便撤销其请求信号 | 主模块发出请求信号，必须待接到从模块的回答信号后再撤销其请求信号；但从模块隔一段时间后自动撤销其回答信号 | 双方有两次锁定 |
| 不可靠 | 能够保证一对一通信；三次握手信号 |
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