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总线结构、数据流和指令流
上一篇 / 下一篇 2013-04-26 13:28:10 / 个人分类：2013评测师考试复习
总线结构、指令流和数据流
1. 总线是计算机中各个部件相连的通信线。
2. 从中央处理器到外设，总线可以分为：中央处理器内部总线（内部各部件之间的信息传输线，如寄存器与寄存器之间、各寄存器与运算器之间的信息传送线）、部件内总线（一块插卡的内部总线，又称为片级总线，如显卡，实现本卡上的各种芯片互连）、系统总线（计算机系统内各功能部件，如中央处理器、存储器等之间的互连接线，从功能上分为数据总线、地址总线、控制总线）、外总线（计算机系统之间，或者是计算机和其他设备通信的总线）。
3. 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，即CPU能够使用多大容量的内存。若地址线的宽度为32位，最多可以直接访问232(4GB)的物理空间。
4. 数据总线负责整个系统的数据流量的大小，如果数据总线的宽度为32，则字长为32。
5. 总线控制方式分为集中式控制和分布式控制。
6. 分布式总线控制常用于称为现场总线的工业控制应用中，其监视、控制设备相对简单。
7. 集中式控制的总线控制逻辑常常用在中央处理器，所有需要使用总线的设备必须向总线控制器提出请求。当多个设备请求总线控制权时，总线控制器必须采用某种方式来进行仲裁，常见的方式有：链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式。
8. 链式查询方式：总控制器和设备之间有总线请求、总线忙、总线批准3根信号线，当某个设备需要使用总线时，发出总线请求信号，如果此时总线空闲（总线忙时信号无效），总线控制器响应该总线请求信号，并发出总线批准信号，这个信号按照次序经过每一个设备。对于某个设备而言，收到总线的批准信号时如果自身没有发出总线请求信号，就把总线批准信号向下一个设备传递，直到传到一个发出总线请求信号的设备。而这个设备停止传递总线请求信号，并获得总线的使用权。如果这个设备后面的设备也发出过总线的请求信号，那个设备就得不到总线指认信号，当然也就无法使用总线，这样在硬件结构上实现了总线使用的优先级。
9. 链式查询方式的优点是实现简单，容易扩充，但是优先级固定，不能更改，而且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。
10. 计数器定时查询方式是一种可以灵活改变设备优先级的方式，没有了总线批准信号，取而代之的是定时器查询计数。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，该设备就置总线忙，并获得总线的控制权。总线控制器收到总线忙，则计数停止。这种方式利用计数器的起始值来获得设备的优先级，如果每次计数都从0开始，那么优先级划分和链式是相同的；如果每一次从上一次停止的位置开始计数，则各设备的优先级相同。如果由程序控制计数器的初值则能动态地改变各设备的优先级，从而提高系统的灵活性。
11. 独立请求方式中每个设备有专门的信号线，取得控制权的设备称为主设备，总线的控制权决定后，主设备就开始和别一个设备开始通过总线进行数据通信，这个设备称为从设备 。一个设备这次是主设备下次可能就是从设备。
12. 指令流：机器执行的指令序列。
13. 数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。
14. 按照计算机同时处于一个执行的指令或数据的最大可能个数，计算机分成SISD、SIMD、MISD、MIMD。
15. SISD（单指令流单数据流）是最简单的方式，计算机每次只处理一条指令，并只对一个操作部件分配数据。一般认为流水线技术的计算机仍然属于SISD。
16. SIMD（单指令流多数据流）：并行处理机，每次都执行相同的指令，对不同的数据进行处理。这种计算机适合处理矩阵计算等。
17. 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，针对的是单一数据。
18. MIMD（多指令流多数据流）：是一种全面的并行处理机，这种计算机的设计和控制都很复杂。
19. 按照程序流程机制的分类，计算机分为：控制流计算机、数据流计算机、归约机。
20. 控制流计算机：这是通常见到的计算机，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，其主存是共享的，存储区可以被多指令修改，容易产生数据相关性，对并行性不利。
21. 数据流计算机：一旦数据准备好，马上开始执行相关的指令，属于数据驱动。数据不在共享的存储器中，而是在指令间传送，成为令牌，当需要该数据的指令收到令牌，开始执行之后，该令牌即消失，执行的指令将执行的结果数据当做新的令牌发送。数据流计算机中由于没有程序计数器，使得程序的调试和诊断变得困难，没有共享的存储器，也就无法控制其分配，无法支持数组、递归等操作。
22. 归约机：又称为需求驱动，是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。是一种面向函数式的语言，或以函数式语言为机器语言的机器，操作和数据合并存储。
1. 总线是计算机中各个部件相连的通信线。
2. 从中央处理器到外设，总线可以分为：中央处理器内部总线（内部各部件之间的信息传输线，如寄存器与寄存器之间、各寄存器与运算器之间的信息传送线）、部件内总线（一块插卡的内部总线，又称为片级总线，如显卡，实现本卡上的各种芯片互连）、系统总线（计算机系统内各功能部件，如中央处理器、存储器等之间的互连接线，从功能上分为数据总线、地址总线、控制总线）、外总线（计算机系统之间，或者是计算机和其他设备通信的总线）。
3. 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，即CPU能够使用多大容量的内存。若地址线的宽度为32位，最多可以直接访问232(4GB)的物理空间。
4. 数据总线负责整个系统的数据流量的大小，如果数据总线的宽度为32，则字长为32。
5. 总线控制方式分为集中式控制和分布式控制。
6. 分布式总线控制常用于称为现场总线的工业控制应用中，其监视、控制设备相对简单。
7. 集中式控制的总线控制逻辑常常用在中央处理器，所有需要使用总线的设备必须向总线控制器提出请求。当多个设备请求总线控制权时，总线控制器必须采用某种方式来进行仲裁，常见的方式有：链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式。
8. 链式查询方式：总控制器和设备之间有总线请求、总线忙、总线批准3根信号线，当某个设备需要使用总线时，发出总线请求信号，如果此时总线空闲（总线忙时信号无效），总线控制器响应该总线请求信号，并发出总线批准信号，这个信号按照次序经过每一个设备。对于某个设备而言，收到总线的批准信号时如果自身没有发出总线请求信号，就把总线批准信号向下一个设备传递，直到传到一个发出总线请求信号的设备。而这个设备停止传递总线请求信号，并获得总线的使用权。如果这个设备后面的设备也发出过总线的请求信号，那个设备就得不到总线指认信号，当然也就无法使用总线，这样在硬件结构上实现了总线使用的优先级。
9. 链式查询方式的优点是实现简单，容易扩充，但是优先级固定，不能更改，而且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。
10. 计数器定时查询方式是一种可以灵活改变设备优先级的方式，没有了总线批准信号，取而代之的是定时器查询计数。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，该设备就置总线忙，并获得总线的控制权。总线控制器收到总线忙，则计数停止。这种方式利用计数器的起始值来获得设备的优先级，如果每次计数都从0开始，那么优先级划分和链式是相同的；如果每一次从上一次停止的位置开始计数，则各设备的优先级相同。如果由程序控制计数器的初值则能动态地改变各设备的优先级，从而提高系统的灵活性。
11. 独立请求方式中每个设备有专门的信号线，取得控制权的设备称为主设备，总线的控制权决定后，主设备就开始和别一个设备开始通过总线进行数据通信，这个设备称为从设备 。一个设备这次是主设备下次可能就是从设备。
12. 指令流：机器执行的指令序列。
13. 数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。
14. 按照计算机同时处于一个执行的指令或数据的最大可能个数，计算机分成SISD、SIMD、MISD、MIMD。
15. SISD（单指令流单数据流）是最简单的方式，计算机每次只处理一条指令，并只对一个操作部件分配数据。一般认为流水线技术的计算机仍然属于SISD。
16. SIMD（单指令流多数据流）：并行处理机，每次都执行相同的指令，对不同的数据进行处理。这种计算机适合处理矩阵计算等。
17. 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，针对的是单一数据。
18. MIMD（多指令流多数据流）：是一种全面的并行处理机，这种计算机的设计和控制都很复杂。
19. 按照程序流程机制的分类，计算机分为：控制流计算机、数据流计算机、归约机。
20. 控制流计算机：这是通常见到的计算机，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，其主存是共享的，存储区可以被多指令修改，容易产生数据相关性，对并行性不利。
21. 数据流计算机：一旦数据准备好，马上开始执行相关的指令，属于数据驱动。数据不在共享的存储器中，而是在指令间传送，成为令牌，当需要该数据的指令收到令牌，开始执行之后，该令牌即消失，执行的指令将执行的结果数据当做新的令牌发送。数据流计算机中由于没有程序计数器，使得程序的调试和诊断变得困难，没有共享的存储器，也就无法控制其分配，无法支持数组、递归等操作。
22. 归约机：又称为需求驱动，是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。是一种面向函数式的语言，或以函数式语言为机器语言的机器，操作和数据合并存储。
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