计算机组成原理知识点汇总（考研用）——第六章：总线

计算机组成原理知识点汇总（考研用）——第六章：总线

 本文参考于《2021年计算机组成原理考研复习指导》（王道考研），《计算机组成原理》
思维导图：

6.总线

6.1 总线概述

 6.1.1 总线基本概念

  1.总线的定义

  总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。分时和共享是总线的两个特点。
  分时是指同一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，若系统中有多个部件，则它们只能分时地向总线发送信息。
  共享是指总线上可以挂接多个部件，各个部件之间互相交换的信息都可通过这组线路分时共享。 在某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，但多个部件可同时从总线上接收相同的信息。

  2.总线设备

  总线上所连接的设备，按其对总线有无控制功能可分为主设备和从设备两种。
  主设备：总线的主设备是指获得总线控制权的设备
  从设备：总线的从设备是指被主设备访问的设备，它只能响应从主设备发来的各种总线命令。

  3.总线特性

  总线特性是指机械特性（尺寸、形状）、电气特性（传输方向和有效的电平范围）、功能特性（每根传输线的功能）和时间特性（信号和时序的关系）

  4.总线的猝发传输方式

  在一个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字的总线传输方式，称为猝发传送。

 6.1.2 总线的分类

  计算机系统中的总线，按功能划分为以下3类

  1.片内总线

  片内总线是芯片内部的总线，它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。

  2.系统总线

  系统总线是计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之间相互连接的总线。
  按系统总线传输信息内容的不同，又可分为三类：数据总线、地址总线、控制总线
  a.数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关。
  b.地址总线用来指出数据总线上的源数据或目的数据所在的主存单元或I/O端口的地址，它是单向传输总线，地址总线的位数与主存地址空间的大小有关
  c.控制总线传输的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外设）返回CPU的反馈信号
  注意区分数据通路和数据总线：各个功能部件通过数据总线连接形成的数据传输路径称为数据通路。数据通路表示的是数据流经的路径，而数据总线是承载的媒介。

  3.通信总线

  通信总线是在计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信设备、测试设备）之间传送信息的总线，通信总线也称外部总线。

  此外，按时序控制方式可将总线分为同步和异步总线，还可按数据传输格式将总线划分为并行总线和串行总线

 6.1.3 系统总线的结构

  总线结构通常分为单总线结构、双总线结构和三总线结构等。

  1.单总线结构

  单总线结构将CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）都挂在一组总线上，允许I/O设备之间、I/O设备与主存之间直接交换信息。CPU与主存、CPU与外设之间可直接进行信息交换，而无须经过中间设备的干预。

  单总线结构并不是指只有一根信号线，系统总线按传送信息的不同可细分为地址总线、数据总线和控制总线。
  单总线结构优点：结构简单，成本低，易于接入新的设备；缺点：带宽低、负载重，多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作。

  2.双总线结构

  双总线结构有两条总线：一条是主存总线，用于在CPU、主存和通道之间传送数据；另一条是I/O总线，用于在多个外部设备与通道之间传送数据。

  双总线结构优点：将低速I/O设备从单总线上分离出来，实现了存储器总线和I/O总线分离。 缺点：需要增加通道等硬件设备。

  3.三总线结构

  三总线结构是在计算机系统各部件之间采用3条各自独立的总线来构成信息通路，这三条总线分别为主存总线、I/O总线和直接内存访问（DMA）总线

  主存总线用于在CPU和内存之间传送地址、数据和控制信息。I/O总线用于在CPU和各类外设之间通信。DMA总线用于在内存和高速外设之间直接传送数据。 在三总线结构中，任一时刻只能使用一种总线。
  三总线结构优点：提高了I/O设备的性能，使其更快地响应命令，提高系统吞吐量。 缺点：系统工作效率较低。

 6.1.4 总线的性能指标

  （1）总线的传输周期
  指一次总线操作所需的时间（包括申请阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段），简称总线周期。总线传输周期通常由若干总线时钟周期构成。
  （2）总线时钟周期
  即机器的时钟周期。 计算机有一个统一