第二篇 計算機系統的硬體結構

計算機硬體系統由中央處理器、儲存器、I/O系統以及連線它們的匯流排組成。

第三章 系統匯流排

3.1 匯流排的基本概念

計算機系統的五大部件之間的互連方式有兩種，一種是各部件之間使用單獨的連線，稱為分散連線；另一種是將各部件連到一組公共資訊傳輸線上，稱為匯流排連線。 匯流排是連線多個部件的資訊傳輸線，由許多傳輸線或通路組成，每條線可以一位一位的傳輸二進位制程式碼。

1. 雙匯流排結構：一組匯流排連線CPU和主存(M匯流排)；另一組建立CPU和I/O裝置之間交換資訊的通道(I/O匯流排)。這種結構在I/O裝置與主存交換資訊時仍然要佔用CPU，還會影響CPU的工作效率。
2. 單匯流排結構：將主存，CPU和I/O裝置掛到一組總線上，便形成單匯流排結構的計算機。
   單匯流排結構最明顯的特點是當IO裝置與主存交換資訊時，原則上不影響CPU的工作，CPU仍可繼續處理不訪問主存或IO裝置的操作，使得CPU工作效率有所提高。但是，只有一組匯流排，當某一時刻各部件都要佔用匯流排時，就會發生衝突。必須設定匯流排判優邏輯，讓各部件按優先順序高低來佔用匯流排，這會影響整機的工作速度。
3. 以儲存器為中心的雙匯流排結構（現代計算機常用） 在單匯流排基礎上又開闢出一條CPU與主存之間的儲存匯流排。這組匯流排速度高，只供主存與CPU之間傳輸資訊。這樣既提高了傳輸效率，又減輕了系統匯流排的負擔，還保留了IO裝置與儲存器交換資訊時不經過CPU的特點。

3.2 匯流排的分類

按連線部件不同，分以下三類匯流排：

3.2.1 片內匯流排

晶片內部的匯流排，如在CPU晶片內部，暫存器與暫存器之間，暫存器與ALU之間都由片內匯流排連線。

3.2.2 系統匯流排

系統匯流排是指CPU、主存、IO裝置各大部件之間的資訊傳輸線。按傳輸資訊的不同，分為三類：資料匯流排、地址匯流排和控制匯流排

1. 資料匯流排 雙向傳輸匯流排，用來傳輸各功能部件之間的資料資訊。位數與機器字長，儲存字長有關。資料匯流排的位數稱為資料匯流排寬度。
2. 地址匯流排 地址匯流排主要用來指出資料匯流排上的源資料或目的資料在主存單元的地址或IO裝置的地址。地址總線上的程式碼用來指明CPU要訪問的儲存單元或IO埠的地址，由CPU輸出，單向傳輸。地址匯流排的位數與儲存單元的個數有關。
3. 控制匯流排 資料匯流排、地址匯流排都是被掛在總線上的所有部件共享的，對匯流排使用權的調配依靠控制匯流排完成。控制匯流排用來發出各種控制訊號，通常對任一控制線而言，傳輸的單向的。 常見的控制訊號： 　　時鐘：用來同步各種操作 　　復位：初始化所有部件 　　匯流排請求：某部件需獲得匯流排使用權 　　匯流排允許：需要獲得匯流排使用權的部件已獲得了控制權 　　中斷請求：某部件提出中斷請求 　　中斷響應：中斷請求已被接受 　　儲存器寫：將資料匯流排上的資料寫到儲存器的指定地址單元內 　　儲存器讀：將指定儲存單元中的資料讀到資料匯流排上 　　I/O讀：從指定的IO埠將資料讀到資料匯流排上 　　I/O寫：將資料匯流排上的資料輸出到指定的IO埠內 　　傳輸響應：資料已被接受或已將資料送至資料匯流排上

3.2.3 通訊匯流排

這類匯流排用於計算機系統之間或計算機系統與其他系統通訊。按傳輸方式可分為兩種：序列通訊和並行通訊 序列通訊：資料在單條1位寬的傳輸線上，一位一位順序分時傳送。 並行通訊：資料在多條並行1位寬的傳輸線上，同是由源傳送到目的地。 並行通訊適宜於近距離的資料傳輸，通常30米以內；序列通訊適宜於遠距離傳送。 序列和並行通訊的資料傳送速率都與距離成反比。

中秋節，就這麼多吧。