系统结构第三章-总线系统

2021/02/01

总线系统

总线(BUS)是计算机的各种部件连接线,作用是传输:数据、地址、电流、指令

若是把数据当成水,那河床就是总线。水不可能悬空流的啊,那不符合当今科学,底下总要有载体啊

基本概念

  • 位:计算机传输着01的比特流,一根线只能传输一个0或者1,一根线就相当一位
  • 字:一个字节八个比特组成,那八根组成一字
  • 宽度:总线的根数,可传输的位数,向上面的一字或者163264

总线类型

传输物质分类

  • 单双向:传输的方向,双向就一根水管,既可以你传给我,也可以我传给你。单向就是只能你传

  • 数据总线:传输数据,双向。
  • 地址总线:单向,只能由CPU发出,指定信息源或目的地。有20根、24根、32
  • 控制总线:单双向都有,传输一些指令,控制计算机的元器件,控制读写
  • 供电总线:专职供电几十年

所处位置分类

  • 片内总线:CPU芯片内的总线,CPU多核的情况下,有片内总线进行连接各个核心数
  • 内部总线:计算机里的总线,计算机的元器件之间靠内部总线维持,如:存储器到CPU之间
  • 外部总线:外部的总线,电脑提供给显示器、打印机这种对外的接口

总线频率

  • 频率:我简单的视为收发的速度。具体的详情参考百度词条HZ

  • 异步:CPU到存储器之间拉取数据,那CPU和存储器之间的收发速度不一致,那就要进行前置交流。

    速度较慢、传输时有损耗,实现难度小

    若无交流,那存储器发十次,处理器那边只接收了九次,那就会丢掉一次的数据
sequenceDiagram
	存储器->>处理器:可以发送数据了吗?
	处理器->>存储器:可以了,你发过来吧。
	存储器-->>处理器:传数据过去
	Note right of 处理器: 处理数据中
	处理器->>存储器:我处理完了,再来
  • 同步:频率相同可进行直接进行收发。
    • 速度快、成本低,实现难度大

总线的部署方式

  • 集中式总线:总线控制逻辑全部集中在一处,由它进行管理,要传输时就直接去一个总线控制器,查看能否可以 传输
  • 分布式总线:总线的控制逻辑分布式在计算机各个位置,每个位置都有一个总线控制器,如:我CPU有一个总线控制器,CPU需要数据时,就需要CPU那一块的总线控制器去询问内存的总线控制器。

总线系统的中间件

  • 总线适配器:各个部件之间的传输数据格式不一样,需要通过总线控制器进行一个转换
  • I/O控制器:总线与外部硬件之间传输数据的一个转换,类似鼠标、键盘这些外设都有I/O控制器。

I/O系统软件层次结构图

每个外设都有一个驱动,每个驱动都对接中断,然后每次外设发送指令时,都会触发中断。

一个I/O请求会经过下图的各个层次

I/O软件的层次
用户空间软件(应用层)
与设备无关软件(如:操作系统)
驱动软件(操作系统调用的程序)
中断程序(驱动会调用中断程序)
硬件(打印机、鼠标、键盘)

总线的性能指标

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