單匯流排系統

單匯流排(Uni Bus)系統是最簡單的匯流排系統，是指僅由一條匯流排構成的計算機系統。使用單匯流排構成的計算機系統中，除了匯流排以外，還包括有中央處理器(CPU)、存儲器設備、輸入輸出設備等，它們都以匯流排設備的形式連線到匯流排上。

基本介紹

• 中文名：單匯流排系統
• 外文名：unibus system
• 定義：由一條匯流排構成的的計算機系統
• 特點：部件獨立性等
• 缺點：工作效率低
• 所屬學科：計算機科學

原理

在單匯流排系統中，當CPU取一條指令時，首先把PC(程式計數器)中的地址：同控制信息一起送至匯流排上。該地址不僅加至記憶體，同時也加至匯流排上的所有外部設備，但是，只有與出現在匯流排上的地址相對直的沒備，才執行數據傳送操做。由於在取指情況下的地址是記憶體地址。所以，此時該地址所指定的記憶體單元的內容(一條指令)將被取出送給CPU，指令取出之後，CPU將查操作碼以確定下一次要執行什麼操作。對採用單匯流排的計算機來講，操作碼規定了對數據要執行什麼操作以及數據是流進還是流出CPU。

在單匯流排系統中，訪內指令同輸入/輸出指令的區別僅僅在於地址的數值。因此， CPU只要把指令的地址段送到匯流排上，並依靠相應的設備作出回響就可以了。

如果該地址對應的地址是記憶體地址，則記憶體將回響，這時，在CPU和記憶體之間將發生數據傳送。

如果該指令地址對應的是外部設備地址，則外部設備將回響，這時，CPU和與該地址相對應的外部設備之間，將發生數據傳送。

組成

單匯流排系統由硬體配置、處理次序和單匯流排信號三部分組成。系統按單匯流排協定規定的時序和信號波形完成初始化、識別器件和數據交換。

1．硬體配置

單匯流排系統定義了一根信號線，匯流排上的每個器件都能驅動它。為了區分不同的晶片，廠家為每個晶片都編制了唯一的序列號，用雷射刻錄的一個64位二進制ROM代碼，從最低位開始前8位是族碼錶示產品的分類編號，接著的48位是一個唯一的序列號，最後8位是前56位的CRC校驗碼。當有多個器件連線在一根信號線上進行串列分時數據交換時，就能通過定址把晶片識別出來。

2、單匯流排信號

單匯流排傳送數據或命令是由一系列時序信號組成的。通常，單匯流排上共有以下四種時序信號。初始化信號；寫0信號；寫1信號；讀信號。設計中可以用單片機的彙編語言編程以確保指令執行時間小於或等於時序信號中的最小時間，尤其注意當單片機工作頻率不同時，單匯流排的時延也不同的。

3、處理次序

在單匯流排系統中軟體設計的處理次序是關鍵。單片機做主控機時，依據單匯流排協定，處理次序要保證數據可靠的傳送，並且任一時刻單匯流排上只有一個控制信號或數據。

特點

1、部件獨立性

採取異步工作方式各部件的運行速度可以與匯流排上其他部件完全無關，而不是一切以存貯器周期為轉移。因此可以局部更新，增強系統適應性延長系統使用壽命。積木化也有利於各部件獨立地設計、生產、調試和改進。

2、面向外圍

單匯流排結構是一種面向外圍的系統組織方法。I/O設備“直接存貯器存取"(DMA)可以繞過CPU；外圍設備之間可以直接通信，例如顯示器可從磁碟直接獲得畫面數據形成與CPU獨立的I/O子系統；與另一台單匯流排計算機互連，也只要兩者的匯流排互連，易於擴充為多機系統。

3、匯流排限制

系統中所有設備都連線在單匯流排上，使匯流排實際上比較長，電氣負載很重，決定了單匯流排不能成為高速匯流排。而匯流排速率限制了系統性能，限制了可擴充性。匯流排可靠性則限制了系統可靠性。事實上，CPU和主存之間的信息交換是系統中最經常的事件，並主要由它決定了整個系統性能。可是單匯流排系統卻忽視了主存的特殊地位，只放在外圍設備同等地位。因此改進單匯流排系統性能的途逕自然是在主存與CPU之間增加一條獨立的高速匯流排，實際上部分地轉移到以存貯器為中心組織系統。

缺陷

採用簡單的單匯流排結構，雖然可以構成計算機系統，但是它的工作效率和計算機的使用範圍受到很大的限制。

例如，目前的計算機系統中都設有顯示子系統。顯示子系統主要包括顯示控制器、顯示數據存儲器和顯示器等。為了保證顯示內容的正確性，顯示控制器需要不斷從顯示數據存儲器中讀取數據送顯示器，這個過程就是我們通常所說的顯示器刷新。顯示器刷新和中央處理器使用存儲器將競爭使用匯流排，這對於中央處理器和顯示刷新的效率都會產生影響，尤其對於高速的中央處理器，將會嚴重地影響運行效率。

又如在計算機系統中都設有鍵盤，它的速度是人的手指動作的速度，一般為每分鐘兩百次以內。如果將鍵盤和存儲器連線在同一條匯流排上，顯然中央處理器訪問存儲器的工做效率將受倒影響。