总线

总线分类（从CPU到外设）

• 中央处理器内部总线：内部各部件间的信息传送线，例如各寄存器之间，寄存器和运算器之间信息传送线。
• 部件内总线：又称为片级总线，一块插卡的内部总线。例如显卡，多功能卡等插卡都使用了部件内总线。
• 系统总线：计算机系统内各功能部件之间相互连接的总线。部件包括CPU，存储器和外设等。
• 外总线：计算机系统之间或者计算机和其他设备通信的总线。

系统总线

从位置上说，系统总线位于计算机系统的主板上，从功能上说，可以分为以下3类。

（1）数据总线：一般有三态门控制的双向数据信道，中央处理器通过数据总线和内存，外设交换数据。

（2）地址总线：常由三态门控制的单向数据通道，由中央处理器“点名”取数的位置。

（3）控制总线：用来传递控制信号，例如读/写信号，中断请求，复位信号等

三态门

定义：三态指其输出既可以是一般二值逻辑电路的正常的高电平或低电平，又可以保持特有的高阻抗状态。实现三状态的逻辑电路称为三态门。

特点：和0、1两个状态的门电路相比，三态门增加了一个高阻状态，又称为“悬空”、“断开”等。如上图所示，当E=1时，图（a）中D0=D1 ，图（b）中则为反相。当E=0时，D0 为高阻状态。

意义：处于高阻抗状态时，输出电阻很大，相当于开路，没有任何逻辑控制功能。高阻态的意义在于实际电路中不可能断开电路。      

总线仲裁

背景：总线由多个部件和设备共享，需要有一个总线控制机构，对总线使用进行合理分配和管理，避免使用过程中发生冲突。

仲裁方式：

链式查询方式

如图所示：总线控制器和设备之间有3根信号线：

（1）总线请求：表示至少有一个设备在请求使用总线。

（2）总线忙：表示正在被系统中某个设备使用，此时，总线请求的信号时不会被总线控制器响应的。

（3）总线批准：表示总线控制器响应总线请求，总线可以被使用。

分析：该方法优点是实现简单，容易扩充，但是优先级固定，不能更改，可能出现低优先级的设备长时间无法得到总线控制权的情况。

计数器定时查询方式

分析：该方法可以灵活改变设备优先级，与链式查询方式相比，没有了总线批准信号线，取而代之的是定时器查询计数。

实现方式：当总线控制器收到总线请求时，如果总线空闲，则启动计数器，开始计数；当定时查询计数信号线上的计数值和请求总线的设备一致的时候，该设备设置总线忙，获得控制权，总线控制器收到总线忙，则计数停止。

独立请求方式

分析：如图所示，与前两种方式不同，该方式中每个设备有专门的信号线，并不是所有的设备共享信号线。

代价：该方式以增加控制线数和硬件电路为代价来得到响应时间短的优点，同时总线控制器可以由程序控制响应这些请求，可以灵活地制定优先级，能够动态地改变优先级。

指令流和数据流

• 指令流：机器执行的指令序列。
• 数据流：由指令流电泳的数据序列，包括输入数据和中间结果。

计算机分类-根据多倍性分类

按照计算机同时处于一个执行阶段的指令或数据的最大可能个数，把计算机分为以下4种。

（1）SISD：单指令流单数据流，最简单的方式，计算机每次处理一条指令，只对一个操作部件分配数据。例如流水线技术的计算机。

（2）SIMD：单指令流多数据流，一般为并行处理机，具备多个处理单元，每次都执行同样的命令，对不同的数据单元进行处理，适合处理矩阵计算。

（3）MISD：多指令流单数据流，有多个处理单元，同时执行不同的指令，针对的是单一的指令。

（4）MIMD：多指令流多数据流，是一种全面的并行处理机，典型的机型是多处理机。

计算机分类-按照程序流程机制分类

控制流计算机：较常见，使用程序计数器来确定下一条指令的地址。指令程序流由程序员直接控制，共享主存，存储区可被多指令修改，容易产生数据相关性，对并行不利。

数据流计算机：数据不在共享的存储器中，而是在指令间传送。该方式不需要程序计数器和共享的存储器，但需要监测数据可用性的专门部件。程序调试和诊断比较困难，无法支持数组和递归操作。

归约机：又称为需求驱动，由对一个操作结果的需求而启动的。操作只有在另一条指令需要这个操作的结果时才执行。归约机是以函数式语言为机器语言的机器。