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  • 1.总线基本概念 (1)总线:构成计算机系统的互联机构,是系统内各功能部件... 特点 地址总线 (1)单向,三态总线,用于传送地址信息 (2)其位数决定可直接寻址的范围 数据总线 (...

    1.总线基本概念

    (1)总线:构成计算机系统的互联机构,是系统内各功能部件之间进行信息传送的公共通路。

    (2)总线分类:

                  1)按传送的信息分:数据总线、地址总线、控制总线

                  2)按连接部分分:内部总线、局部总线、系统总线、通信总线

                  3)总线分类:

    总线分类特点
    地址总线

    (1)单向,三态总线,用于传送地址信息

    (2)其位数决定可直接寻址的范围

    数据总线

    (1)双向,三态总线,用于传送数据信息

    (2)其位数有8位、16位、32位、64位

    控制总线

    (1)传送控制、状态信息

    (2)其类型决定计算机特色,位数不定

    内部总线

    (1)各芯片内部逻辑器件的连接总线

    局部总线

    (1)CPU与其他部件的连接总线

    (2)介于CPU内部总线和系统总线之间,可高速传输数据

    系统总线(1)计算机各功能部件的连接总线
    通信总线(1)微机系统与微机系统、其他设备之间的连接总线

     

    (3)总线特性:

            1)物理特性:总线的位数,总线插头、插座的形状,引脚的排列方式等

            2)功能特性:确定每一根总线的名称、定义、功能与逻辑关系等,如传送数据、地址、控制信号。

            3)电气特性:规定每一根总线上信号的传送方向及有效电平范围等内容。

            4)时间特性:总线上各信号有效的时序关系。

     

    (4)总线性能指标:

             1)总线宽度:一次总线操作中,最多可传送的数据位数。

             2)总线周期:一次总线操作所需要的最小时间间隔。

             3)总线带宽:单位时间内通过总线的数据位数,总线的数据传输率。

     

    (5)总线的连接方式:

            1)适配器:又称接口,实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步,并完成计算机和外设之间的所有数据传送和控制。

            2)总线结构类型:

    总线结构内容 特点
    单总线结构(1)系统内的所有部件均由系统总线连接

    (1)各部件之间可直接进行通信,系统易于扩充

    (2)总线负载重

    (3)若有慢速设备,则会产生较大的时间延迟,降低系统的工作效率

    双总线结构

    (1)系统内的所有部件均由系统总线连接

    (2)在CPU和主存之间再专门设置了一组高速的存储总线

    (1)保持单总线的优点

    (2)减轻了系统总线的工作负担,使CPU工作效率有所提高

    (3)增加了硬件成本

    三总线结构

    (1)系统总线负责CPU、主存、I/O通道

    (2)存储总线负责连接CPU和主存

    (3)I/O总线负责连接各I/O适配器

    (1)设置了通道,对外设进行统一的管理,分担了CPU的工作

    (2)提高了CPU工作效率,同时也大幅度的提高了外设的工作速度

    (3)硬件成本进一步增加

     

    多总线结构(1)通过桥将多总线彼此相连 

     

     

    2.总线接口

    (1)信息的传送方式:

    串行传送

    (1)使用一条传输线,采用脉冲传送

    (2)成本比较低廉,信息传送速度慢

    并行传送

    (1)每一数据位需要一条纯属先,一般采用电位传送

    (2)系统总线的信息传送方式

    分时传送

    (1)总线传送信息的分时复用

    (2)共享总线部件对总线的分时复用

    (2)接口:

           1)I/O适配器,指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件

           2)接口的典型功能:控制、缓冲、状态、转换、中断等

           3)适配器:一个适配器必有两个接口:1.一个同系统总线相连,采用并行方式;2.另外一个同设备连,可能采用并行方式或者串行方式。

     

    3.总线仲裁

     (1)为什么需要总线仲裁:连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态;主方可以启动一个总线周期,从方只能响应主方请求,每次总线操作,只能有一个主方,但是可以有多个从方。因此多个功能模块争用总线时必须由总线仲裁部件选择一个设备使用总线。

    (2)总线仲裁方式:

           1)集中式:由中央仲裁器决定总线使用权的归属

           2)分布式:多个仲裁器竞争使用总线

           3)集中式仲裁的分类:

    集中式仲裁方法设备优先权特点连接方式和工作方式
    链式查询方式设备的优先权与总线控制器的距离有关

    (1)硬件连接简单,判优容易,设备增删容易

    (2)对电路故障敏感,优先级固定

    连接方式:

    (1)采用菊花链的方式连接所有具有总线使用能力的部件(2)各设备共用一根总线请求信号线BR、总线授权信号线BG、总线忙信号线BS与中央仲裁器连接

    工作方式:

    (1)总线授权信号BG串行的从一个I/O接口传送到下一个I/O接口

    计数器定时查询方式设备优先权由计数值决定,计数值为0时同链式查询方式

    (1)优先权控制灵活,对电路故障不敏感

    (2)硬件成本增加,控制复杂度高

    连接方式:(1)省去总线授权信号BG(2)增加计数器和设备地址线号线,每次相应总线申请,由计数值决定响应的顺序。

    工作方式:(1)有总线请求时,发出计数值,选择设备查询请求状态,依次查询每一个设备

    独立请求方式设备优先权由中央仲裁器的内部排队逻辑决定

    (1)响应时间快,确定优先响应的设备花费的时间少,对优先次序的控制也是相当灵活的

    (2)硬件复杂度高

    连接方式:每个部件均有独立的请求和响应信号线,由中央仲裁器的内部排队逻辑决定响应顺序。

     

                   4)分布式仲裁:分布式仲裁不需要中央仲裁,由分布再各部件中的多个仲裁器竞争使用总线。每个潜在的主模块都有自己的仲裁器和唯一的仲裁号,通过将仲裁号发送到共享仲裁总线上,仲裁总线上仲裁号比较,决定可占用总线的部件。分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。

     

    4.总线定时

     (1)总线信息传送过程:请求总线->总线仲裁->寻址->信息传送->状态返回

     (2)定时:确定事件出现在总线上的时序关系

     (3)定时的分类:

    名称内容特点适用
    同步定时系统采用统一的时钟信号,所有事件的出现时间均有该时钟信号确定

    (1)各模块配合简单一致

    (2)数据传输的效率高

    (3)各模块的速度差异较大时,会影响系统整体工作效率

    (4)时钟信号受到干扰时,会引起错误的同步

    适用于总线长度较短,各功能模块速度相差不多的系统
    异步定时系统依靠应答方式或者互锁机制来决定事件出现的时间

    (1)总线周期长度可变

    (2)增加了总线的复杂性和成本

     

    适用于设备工作速度不一致的系统

     

     

    5.总线数据传送模式:

    (1)读写操作:主设备利用系统总线,完成与从设备直接的数据传送

    (2)块传送操作:只需要给出块的起始地址,然后对固定块长度的数据一个接一个地读出或写入

    (3)写后读、读修改写操作:只给出地址一次,或先写后读,或先读后写

    (4)广播、广集操作:

                1)广播:总线允许一个主方对多个从方进行写操作

                2)广集:与广播相反地操作,它将选定地多个从方数据在总线上完成AND或OR操作,用以检测多个中断源。

              

         

     

     


     

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  • 总线型拓扑结构优缺点是什么

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    现在最主要的拓扑结构总线型拓扑、星形拓扑、环形拓扑、树形拓扑(由总线型演变而来)以及它们的混合型。顾名思义,总线型其实就是将文件服务器和工作站都连在称为总线的一条公共电缆上,且总线两端必须有终结器;星...

    什么是拓扑结构

    计算机网络拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式,在局域网中明确一点讲就是文件服务器、工作站和电缆等的连接形式。现在最主要的拓扑结构有总线型拓扑、星形拓扑、环形拓扑、树形拓扑(由总线型演变而来)以及它们的混合型。顾名思义,总线型其实就是将文件服务器和工作站都连在称为总线的一条公共电缆上,且总线两端必须有终结器;星形拓扑则是以一台设备作为中央连接点,各工作站都与它直接相连形成星型;而环形拓扑就是将所有站点彼此串行连接,像链子一样构成一个环形回路;把这三种最基本的拓扑结构混合起来运用自然就是混合型了!

    计算机网络的拓扑结构是引用拓扑学中研究与大小、形状无关的点、线关系的方法,把网络中的计算机和通信设备抽象为一个点,把传输介质抽象为一条线,由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。

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    拓扑结构的分类

    1、总线型拓扑

    总线型拓扑是一种基于多点连接的拓扑结构, 是将网络中的所有的设备通过相应的硬件接口直接连接在共同的传输介质上。总线拓扑结构使用一条所有PC都可访问的公共通道,每台PC只要连一条线缆即可。在总线型拓扑结构中,所有网上微机都通过相应的硬件接口直接连在总线上, 任何一个结点的信息都可以沿着总线向两个方向传输扩散,并且能被总线中任何一个结点所接收。由于其信息向四周传播,类似于广播电台,故总线型网络也被称为广播式网络。 总线有一定的负载能力,因此,总线长度有一定限制,一条总线也只能连接一定数量的结点。 最著名的总线拓扑结构是以太网(Ethernet)。

    总线布局的特点:结构简单灵活,非常便于扩充;可靠性高,网络响应速度快;设备量少、价格低、安装使用方便;共享资源能力强,非常便于广播式工作,即一个结点发送所有结点都可接收。

    在总线两端连接的器件称为端结器(末端阻抗匹配器、或终止器),主要与总线进行阻抗匹配,最大限度地吸收传送端部的能量,避免信号反射回总线产生不必要的干扰。总线型网络结构是目前使用最广泛的结构,也是最传统的一种主流网络结构,适合于信息管理系统、办公自动化系统领域的应用。

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    2、环型拓扑

    环形网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中,就是把每台PC连接起来,数据沿着环依次通过每台PC直接到达目的地,环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦被批准,便可以向环路发送信息。环形网中的数据可以是单向也可是双向传输。信息在每台设备上的延时时间是固定的。 由于环线公用,一个结点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口,信息流中目的地址与环上某结点地址相符时,信息被该结点的环路接口所接收,而后信息继续流向下一环路接口,一直流回到发送该信息的环路接口结点为止。 特别适合实时控制的局域网系统。 在环行结构中每台PC都与另两台PC相连每台PC的接口适配器必须接收数据再传往另一台。因为两台PC之间都有电缆,所以能获得好的性能。 最著名的环形拓扑结构网络是令牌环网(Token Ring)。

    3、树形拓扑结构

    树形拓扑从总线拓扑演变而来,形状像一棵倒置的树,顶端是树根,树根以下带分支,每个分支还可再带子分支。 它是总线型结构的扩展,它是在总线网上加上分支形成的,其传输介质可有多条分支,但不形成闭合回路,树形网是一种分层网,其结构可以对称,联系固定,具有一定容错能力,一般一个分支和结点的故障不影响另一分支结点的工作,任何一个结点送出的信息都可以传遍整个传输介质,也是广播式网络。一般树形网上的链路相对具有一定的专用性,无须对原网做任何改动就可以扩充工作站。 它是一种层次结构,结点按层次连结,信息交换主要在上下结点之间进行,相邻结点或 同层结点之间一般不进行数据交换。把整个电缆连接成树型,树枝分层每个分至点都有一台计算机,数据依次往下传优点是布局灵活但是故障检测较为复杂,PC环不会影响全局。

    4、星形拓扑结构

    星形拓扑结构是一种以中央节点为中心,把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构,各结点与中央结点通过点与点方式连接,中央结点执行集中式通信控制策略,因此中央结点相当复杂,负担也重。 这种结构适用于局域网,特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。在中心放一台中心计算机,每个臂的端点放置一台PC,所有的数据包及报文通过中心计算机来通信,除了中心机外每台PC仅有一条连接,这种结构需要大量的电缆,星形拓扑可以看成一层的树形结构,不需要多层PC的访问权争用。星形拓扑结构在网络布线中较为常见。

    以星形拓扑结构组网,其中任何两个站点要进行通信都要经过中央结点控制。中央节点的主要功能有:为需要通信的设备建立物理连接;为两台设备通信过程中维持这一通路;在完成通信或不成功时,拆除通道。在文件服务器/工作站(File Servers/WorkstaTIon)局域网模式中,中心点为文件服务器,存放共享资源。由于这种拓扑结构,中心点与多台工作站相连,为便于集中连线,目前多采用集线器(HUB)。

    5、网状拓扑

    网状拓扑又称作无规则结构,结点之间的联结是任意的,没有规律。就是将多个子网或多个局域网连接起来构成网际拓扑结构。在一个子网中,集线器、中继器将多个设备连接起来,而桥接器、路由器及网关则将子网连接起来。根据组网硬件不同,主要有三种网际拓扑。

    总线型拓扑结构优缺点

    优点:

    (1)网络结构简单,节点的插入、删除比较方便,易于网络扩展。

    (2)设备少、造价低,安装和使用方便。

    (3)具有较高的可靠性。因为单个节点的故障不会涉及整个网络。

    缺点:

    (1)总线传输距离有限,通信范围受到限制。

    (2)故障诊断和隔离比较困难。故障隔离困难。当节点发生故障,隔离起来还比较方便,一旦传输介质出现故障时,就需要将整个总线切断。

    (3)易于发生数据碰撞,线路争用现象比较严重。分布式协议不能保证信息的及时传送,不具有实时功能,站点必须有介质访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件开销。

    (4)分布式协议不能保证信息的及时传送,不具有实时功能,站点必须有介质访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件开销。

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    总线型拓扑结构适用场景

    总线型拓扑结构适用于计算机数目相对较少的局域网络,通常这种局域网络、的传输速率在100Mbps,网络连接选用同轴电缆。主要适用于家庭、宿舍等网络规模较小的场所。总线型拓扑结构曾流行了一段时间,典型的总线型局域网有以太网。

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    (截图来自MOOC平台华中科技大学计算机组成原理课程)

    数据通路分为共享通路和专用通路两种类型,专用通路可以看作多总线结构。而单总线的情况下,总线上的数据传输权成为稀缺资源,各部件需要分时使用总线,效率低下。

    以如下单总线结构为例:

    通用寄存器堆用于存储ALU要是用的操作数和计算结果,当接收一个读操作指令,即将选择的数据通过总线IB传输出去,接收一个写操作指令,即将数据写入寄存器中。

    LA和LB两个锁存器用于锁存从寄存器中读出的操作数,因为总线不能同时传输两个操作数,所以必须用锁存器暂时存储起来。

    以Add R0,R1为例:

    寄存器接收读命令,将R0中的数据通过IB送到LA的输入端,第一个时钟触发沿来临后,LA写入操作数;再将操作数从R1中取出,第二个时钟触发沿来临后,写入LB。而经过ALU运算的结果通过IB在第三个时钟触发沿到来时写入寄存器。

    这种单总线结构一共需要两个锁存器,完成一条加法指令需要三个时钟周期。

    对于双总线结构来说,可以用一个时钟周期完成R0的传输,R1的出书和结果的传输可以在第二个时钟周期内完成。

    对于三总线结构,上述的操作都可以在一个时钟周期内完成。

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  • 总线协议

    2021-10-05 19:45:43
    2.特点:这是由达拉斯半导体公司推出的一项通信技术。它采用单根信号线,既可传输时钟,又能传输数据,而且数据传输是双向的。 3.优点:单总线技术具有线路简单,硬件开销少,成本低廉,便于总线扩展和维护等。 二、...
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  • CAN总线布线规范

    2020-12-18 21:46:00
    摘自:周立功致远电子一、 导线选型1、 导线类型CAN总线布线时必须采用绞线,且需采用特征阻抗约120Ω的绞线,在通信距离较长或电磁环境恶劣的情况下最好用屏蔽绞线,这样可以有效抑制电磁干扰,保证可靠的...
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  • 总线是什么 总线是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质. 总线可以传输的原理 总线实际上是由许多传输线或通路组成,每条线上保持的电平高低即是所传输的信号,每条线可一位一位地传输二进制代码.一串二...

空空如也

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双总线结构的特点