根据连接方式的不同，单机系统中采用的总线结构可分成三种基本类型：单总线结构、双总线结构、三总线结构

（1）.单总线结构：在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备。



如图所示，在单总线系统中，对输入/输出设备的操作与主存的操作方法完全一样，当CPU把指令的地址字段送到总线上时，如果该地址字段对应的地址是主存地址，则主存予以响应，在CPU和主存间发生数据传送，数据传送的方向由指令操作码决定。

如果该地址字段对应的地址是外围设备地址，则外围设备予以响应，在CPU和对应的外围设备间发生数据传送，数据传送的方向也由指令操作码决定。


	
单总线结构的优点：容易扩展成多CPU系统，只要在系统总线上挂接多个CPU即可。
	
	

	
单总线结构的缺点：由于所有逻辑部件都挂在同一个总线上，因此总线只能分时工作，即某一个时间只能允许一对部件之间传送数据，这就使信息传送的吞吐量受到限制。
	
2.双总线系统结构

如图所示，在CPU和主存间设置了一组高速的存储总线，存储总线与存储器换信息，减轻系统总线的负担，同时主存仍可通过系统总线与外设进行DMA操作，而不必经过CPU，当然，这种双总线系统是以增加硬件为代价的。



3.三总线系统结构

如图所示，在双总线系统基础上增加I/O总线形成的，系统总线是CPU、主存 和通道（IOP）之间进行数据传送的公共通路，I/O总线是多个外围设备与通道之间进行数据传送的公共通路。



 

外总线标准多样，仅介绍以下几种。

RS－232C总线：是一条串行外总线。
	
SCSI总线：小型计算机系统接口是一条并行外总线，广泛用于连接软硬磁盘、光盘等。该总线上最多可接63种外设。
	
USB：通用串行总线。由4条信号线组成，两条用于传送数据，另外两条传送电流。支持即插即用和热插拔。
	
IEEE－1394：串行外总线，由6条信号线组成。两条传送数据，两条传送控制信号，2条传送电流。支持即插即用和热插拔。
	
如用于连接并行打印机的Centronics总线；
	
用于硬磁盘接口的IDE等。
●(2016年上)以下关于总线的叙述中，不正确的是（6）。

（6）A. 并行总线适合近距离高速数据传输                B. 串行总线适合长距离数据传输

     C. 单总线结构在一个总线上适应不同种类的设备，设计简单且性能很高

 D. 专用总线在设计上可以与连接设备实现最佳匹配

●(2015年上)总线宽度为32bit，时钟频率为200MHz,若总线上每5个时钟周期传送一个32bit的字，则该总线的带宽为(5)MB/S。

(5)A.40           B.80            C.160        D.200

32bit / 8 = 4Byte,

200MHz / 5 * 4Byte = 40MHz * 4Byte =160MB/s

●（2014年下）三总线结构的计算机总线系统由  (1)  组成。

(1)A.CPU总线、内存总线和IO总线        B.数据总线、地址总线和控制总线

C.系统总线、内部总线和外部总线      D.串行总线、并行总线和PCI总线

●  (6) 不属于系统总线。

(6)A．ISA       B．EISA        C．SCSI    D．PCI

●（2011年下）总线复用方式可以 （4） 。

（4）A.提高总线的传输带宽     B.增加总线的功能     C.减少总线中信号线的数量     D.提高CPU利用率

●（2011年上）在计算机系统中采用总线结构，便于实现系统的积木化构造，同时可以 （3）。

（3）A.提高数据传输速度  B.提高数据传输量   C.减少信息传输线的数量   D.减少指令系统的复杂性

●（2009年上）处理机主要由处理器、存储器和总线组成，总线包括访（4 ）。

（4）A.数据总线、地址总线、控制总线    B.并行总线、串行总线、逻辑总线

C.单工总线、双工总线、外部总线  D.逻辑总线、物理总线、内部总线

结构




总线通过光刻机刻在主板上


概念



串行总线和并行总线

片内总线，系统总线，通信总线

系统总线（数据总线，地址总线，控制总线）


单总线结构使cpu利用率低 因为需要等待慢速的IO设备






四总线结构（现代计算机多用）



性能指标









仲裁（总线争用）

集中仲裁方式
链式查询方式


计数定时器查询方式

独立请求方式



分布仲裁方式

总结

操作与定时

同步通信



异步通信


半同步通信
在准备数据的过程中，有可能从设备满足不了主设备的速度，可以通过wait线来让主设备等待一下


分离式通信



标准





真题
2019：假定一台计算机采用N通道存储器总线，则总带宽=Nx工作评率x总线宽度

CPU主要包括控制器、运算器、寄存器组和内部总线构成。

寄存器：可用来暂存指令、数据等处理对象，可以将其看做是内存的一种。根据种类的不同，一个CPU内部会有20~100个寄存器。

下图的中断系统可以包含在CU内。



总线是一组可为多个功能部件共享的公共信息传送线路。为保证总线上信息不至于冲突，共享总线的各个部件必须分时使用总线发送信息，以保证总线上信息每时每刻都是唯一的，但是总线上的各部件可同时接受总线上的信息。
控制器
控制器也称为控制单元control unit

控制器是CPU的组成部分，主要任务是根据事先编好并存放在存储器中的程序，有序地读入指令，根据不同的指令，不同的状态条件，在不同的时间产生不同的信号，控制计算机各部位有条不紊地、自动协调地进行工作。也即控制器是按照取指令、分析指令（形成操作码和地址码）、执行指令的基本步骤控制程序的执行。

主要的功能包括：

1.控制指令的正确执行；

2.控制程序和数据的输入及结果的输出；

3.控制对异常情况和特殊情况的处理。

具体可查看

CU的基本组成：

1.指令部件：

（1）程序计数器PC

Program Counter简称PC，用来存储从内存提取的下一条指令的地址。

（2）指令寄存器IR

Instruction Register简称IR，用于暂存当前正在执行的指令。

（3）指令译码器ID

Instruction Decoder简称ID。计算机能且只能执行“指令”。指令由操作码和地址码组成。操作码表示要执行的操作性质，即执行什么操作或做什么；地址码是操作码执行时的操作对象的地址。指令的操作码被送到指令译码器中译码，操作控制器根据指令译码器对于指令的译码，产生出实现指令功能所需要的全部动作的控制信号。

（4）地址形成部件：地址形成部件根据指令特征将地址码形成有效地址EA，送外主存的地址寄存器。

2.时序控制部件

用于产生一系列的时序信号，为各种微操作定时以保证微操作执行的顺序。

3.操作部件

操作控制器：用于根据指令部件提供的输入控制信号、时序部件提供的各种时序信号及有关状态条件，产生机器所需要的各种微操作控制信号。

4.中断控制逻辑

用于实现对各种异常情况和特殊请求的处理。

5.程序状态寄存器PSR

程序状态寄存器用以存放程序的工作状态（如管态、目态等）和指令执行的结果特征（如ALU运算的结果为零、负、结果溢出等），把它所存放的内容称为程序状态字（PSW）。PSW表明了系统的基本状态，是控制程序执行的重要依据。不同的机器其PSW的格式及内容并不相同。
运算器
运算器：arithmetic unit，计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑运算，以及位移、比较和传达等操作，亦称为算术逻辑部件ALU。



累加寄存器ACC

乘商寄存器MQ

操作符寄存器X

状态字寄存器PSW
数据从内存到CPU的过程：

PC（程序计数器）–>MAR（地址寄存器）–>M–>MDR(数据寄存器)—>IR

地址寄存器MAR和数据寄存器MDR用作主存接口的寄存器。MAR用以存放所要访问的主存单元的地址。它可以接收来自PC的指令地址，或接受来自地址形成部件的操作数地址。数据寄存器MDR用来存放想主存写入的信息或从主存中读出的信息。

通用寄存器是一组程序可访问的、具有多种功能的寄存器。在指令系统中为这些寄存器分配了编号（活成寄存器的地址），可以编程指定寄存器，它们自身的逻辑往往比较简单且统一、甚至是快速的小规模存储器的一些单元，但通过编程，与元算器配合，可指定其实现多种功能，如提供操作数、保存中间结果（即做累加器），或用作指针地址，或作为基址寄存器、变址寄存器、计数器等，因而被称为通用寄存器。

除了上述提到的寄存器外，CPU中还常设置一些程序不能直接访问、用于暂存操作数据或中间结果的寄存器，称为暂存器。

8088内部结构


执行单元就是执行程序用的

总线接口单元是用于访问内存和访问接口的

图中的实线都是总线，就是CPU的内部通道

执行单元


上图中

ALU是算术逻辑单元的缩写，主要用来运算或执行指令的，运算器的核心部件就在这里了
FLAGS是标志寄存器，用来保留运算结果的特征，也就是两个数相加，有没有进位啊，结果是不是0，有没有溢出等等这些特征都保留在FLAGS里
执行单元的一些控制逻辑负责指令译码的


执行单元的主要构成和功能




指令执行是在运算器中也就是ALU中完成
中间运算结果的暂存是在8个通用寄存器中完成
运算结果的特征是在FLAGS里完成



总线接口单元


*总线接口单元中有一个部件叫指令预取队列

CPU读取一条指令，把指令读过来之后并不是直接把指令经过译码之后送给运算器去执行，
而是先放到一个预取队列里
预取队列的作用就是用来暂时存放指令




在这里插入图片描述

BIU取指令的时候，EU可以同时进行指令译码和指令执行