计算机组成原理--系统总线

计算机系统的五大部件之前的互联方式有两种,一种是各部件之间使用单独的连线,成为分散连接,另一种是将各部件连到一组公共信息传输线上,成为总线连接。

早期的计算机大多数用分散连接方式

如图1.7所示,它是以运算器为中心的结构,其内部连线十分复杂,尤其是当IO与存储器交换信息时,都需要经过运算器,致使运算器停止运算,严重影响了CPU的工作效率,后来虽然改进为以存储器为中心的如图1.8所示的分散连接结构,IO与主存交换信息可以不经过运算器,又采用了中断DMA等技术,使CPU工作效率得到了很大的提高,但是仍然无法解决IO设备与主机之间连接的灵活性,随着计算机应用领域的不断扩大,IO设备的种类和数量也越来越多,人们希望随时可以曾填或者删减设备,用分散连接的方式兼职是一筹莫展,由此出现了总线的链接方式。

总线是链接多个部件的信息传输线,是各个部件共享的传输介质,当多个部件与总线相连时,如果出现了两个或者两个以上部件同时向总线发送信息,势必导致信号冲突,传输无效,因此在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信息,而多个部件可以同时从总显示接收相同的信息。

总线实际上是由许多传输线或通路组成,每条线可以一位一位的传输二进制代码,一串二进制代码可在一段时间内逐一完成,若干条传输线可以同时传输若干位二进制代码,例如16条总线传输可以同时传输16位二进制代码。

采用总线链接的计算机结构如图3.1所示,它是以CPU为中心的双总线结构。

其中一组总线链接CPU和主存,成为存储总线,另一组用来建立CPU和各IO设备之间交换信息的通道,成为输入输出总线,各种IO设备通过IO接口挂到IO总线上,更便于增删设备,这种结构在IO设备与主存交换信息时仍然要占用CPU,因此还会影响CPU工作效率。

如果将CPU 主存 IO设备都挂到一组总线上,便形成了单总线结构的计算机如图3.2所示

图3.2和图3.1最明显的特点是IO设备与主存交换信息时,原则上不影响CPU的工作,CPU可以继续处理不访问主存或者IO设备的操作,这就使得CPU工作效率有所提高,但是因为只有一组总线,当某一时刻各部件都要占用总线时,这也会影响整机的工作效率,还有一种是以存储器为中心的双总线结构如图3.3

它在单总线的基础上有开辟出了一条CPU与主存之间的总线,成为存储总线,这组总线速度搞,只供主存和CPU之间的传输信息,这样既提高了传输效率,又减去了系统总线的负担,还保留了IO设备与存储器交换信息时不经过CPU 的特点。

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