总线概述。在计算机中总线是用于在各功能部件如CPU主存I/O设备之间传输数据的一组公共通信路线。总线有两个主要特点1、共享所有功能部件都挂在总线上基于总线传输数据。2、分时为了避免信号冲突碰撞同一时刻只允许一个功能部件向总线发送数据因多个功能部件可以同时从总线上接收相同的数据。在基于总线的通信工程中不同部件的角色是不同的。主设备拥有控制权能够主动发起一次数据传输操作的功能部件如CPU、DMA控制器。从设备没有总线控制权只能响应主设备发起的请求如被读取或写入数据的功能部件如主存外设。各种总线标准中规定总线接D以下四个特性机械特性电气特性功能特性时序特性。当功能部件或I/O设备的接口标准与所要连接的总线不匹配时两者无法直接相连此时需要在两面之间增加桥接转换接口以实现不同总线间的互连和通信。总线分类。1、按传输方向分为单向传输总线和双向传输方向。2、按时序控制方式分为同步总线和异步总线。3、按总线功能分为总线控制器负责总线控制权的总裁总线资源分配和管理数据总线用于各功能部件之间传输信息属于双向传输总线地址总线用于传输主存单元或I/O端口中的地址属于单向传输总线控制总线用于传输控制信号、状态信号、请求信号、应答信号、时序信号等。4、按信息传输模式分为并行传输总线和串行传输总线。5、按总线所处位置分为片内总线指芯片内部各功能部件之间连接线也称为片上总线系统总线是连接CPU、主存、I/O模块等主要功能部件的“信息主干道”与CPU引脚直接相连。I/O总线是计算机系统中连接各类中低速I/O设备的重要通道。外部总线用于实现计算机与外部系统或独立设备之间的数据通信。性能指标。1、传统并行传输总线总线宽度是位宽和时钟频率、时钟同步机制是独立时钟线现代串行传输总线总线宽度是单通道工作频率和聚合通道数量、时钟同步机制是内嵌时钟。2、总线时钟频率总线时钟频率是总线时钟周期的倒数。3、总线工作频率是指一个总线时钟周期内传输数据的次数也称为有效频率、等效频率、数据传输率、单位通常表示为MT/S每秒百万次传输或GT/S每秒十亿次传输4、总线传输周期是指完成一次总线操作所耗费的时间包括以下4个阶段的时间。申请、寻址、传输、结束。5、总线带宽是指数据总线上最大数据传输速率。总线带宽常用单位为MB/S或GB/S。总线传输的相关基本原理。总线是指总线上的一对主/从设备之间完成一次信息交换的过程。一般情况下总线事务包括一个寻址阶段一个传输阶段数据阶段。突发传输模式一个寻址阶段多个传输阶段。总线仲裁。是计算机系统中协调多个主设备访问共享总线资源的关键机制也称为总线控制或总线裁决/判优。总线仲裁策略应考虑的问题各主设备的优先级兼顾系统的公平性为提升系统整体效率。仲裁过程本身应尽快处理。总线仲裁分为集中式仲裁链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式分布式仲裁自举分散方式、并行竞争方式、冲突检测分散方式。总线定时分为同步通信、异步通信非互锁、半互锁、全互锁、半周通信将同步通信方式与异步通信方式相结合、分离事务通信。总线上信息的传送方式。分为并行传送、串行传送同步串行通信、异步串行通信、并串行传送是对传输速率与传输数量进行折中的一种传送方式。待传送信息分为若干组组内采用并行传送、组间采用串行传送。系统总线结构分为单总线结构优点结构简单、易于扩充设备、成本较低、灵活性高。缺点;带宽瓶颈、通信冲突、系统性能受限、可靠性低。双总线结构将总线中的慢速数据传输与高速数据度输进行分离减少速度差异对整体性能的影响。三总线结构三总线结构将不同传输速率的数据传输进一步细分。CPU主存连接在系统总线上显卡、磁盘、网卡等高速设备连接在PCL总线上高性能总线采用分层的多总线结构将处理器与I/O设备之间活动与I/O设备与主存之间数据传输分离开来。输入输出系统概述。输入输出I/O)系统的作用CPU与外部设备I/O设备之间的信息交换。外部设备I/O设备与主存之间信息交换。构成I/O硬件系统I/O设备、I/O接口、I/O管理部件总线。I/O软件系统。设备及其特性。输入输出设备是计算机与人进行数据交互的装置也称为外部设备简称外设。I/O设备特性异步性、实时性、独立性。I/O接口功能设备寻址、设备控制、状态检测、数据交互、数据缓冲、格式转换中断时。I/O接口的编制统一编制I/O设备地址与主存地址统一编址按不同地址区域来区分。独立编址I/O地址空间与主存地址空间相互独立。I/O接口的软件架构现代计算机系统中用户不能直接访问I/O设备必须通过操作系统间接访问并控制具体I/O设备。I/O系统概述。I/O控制方式是指CPU与I/O设备进行信息交互是所采用的控制方式。随着计算机和I/O设备的发展I/O控制方式经历了由简单到复杂由低效到高效由CPU集中控制到分散控制的发展过程相似发展出了以下I/O控制方式。程序直接控制(查询方式中断驱动方式直接存储器的存取方式通道控制方式。程序的直接控制方式。基本思想CPU通过执行一段I/O程序来实现I/O设备的数据交换还是最原始最简单的I/O控制方式。两种主要方式程序查询方式通道控制方式I/O处理机方式。