总线

总线判优（总线仲裁）总线上连接的各种设备，一些是对总线有控制权的，称为主设备（主模块）；另一类则对总线没有控制权，只能响应从主设备发来的命令，称为从设备（从模块）。总线上信息的传递都是由主设备发起的；当某个主设备需要占用总线向另一个设备发送信息时，首先需要发出总线请求信号。如果多个主设备同时发出请求、希望占用总线，就需要一个专门的总线控制器来做出判断，按照一定的优先级确定哪个主设备可以使用总线。这个过程就称为总线判优，或者总线仲裁。总线判优的实现可以分为两种形式：

集中式：将控制逻辑集中在一处（比如 CPU 中）；
分布式：将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或者设备上。以集中式为例，常见的总线判优方式有以下三种。（1）链式查询顾名思义，链式查询的硬件连接方式就是将设备接口电路排成一条链，依次进行查询。原理跟中断判优的 ”链式排队器“ 类似。

上图中，控制总线中有 3 根线专门用于总线的控制：

BS（Bus State，总线状态）：为 1 时表示 ”总线忙“，即总线已被占用；为 0 时表示 ”总线空闲“；
BR（Bus Request，总线请求）：传递各设备接口电路发来的总线请求信号；
BG（Bus Grant，总线同意）：由总线控制器经过总线判优之后、发出的允许某个设备使用总线的信号。

（2）计数器定时查询

（3）独立请求方式

总线事务和总线周期从一个设备发出总线请求、获取到总线使用权，到使用完成、将总线释放，这个完整的过程就是一次总线操作，一般称为总线事务。完成一次总线事务的时间，就称为总线周期。总线事务中包括一些具体操作，对应着总线周期中的不同阶段：

申请分配阶段：主设备发出总线请求，经过总线控制器中总线仲裁机构的判优，决定将总线使用权交给某个设备（申请者）；
寻址阶段：取得使用权的主设备，通过总线发出要访问的从设备地址和有关命令，启动从设备；
传输阶段：主设备和从设备进行数据交换，数据从源模块发出，经数据总线流入目的模块；
结束阶段：系统总线上撤除主设备的有关信息，让出总线的使用权。

总线通信控制（总线定时）在总线周期中，核心阶段是数据的传输。由于涉及到两个不同模块，因此双方在交换数据时什么时候传输开始、什么时候传输结束，以及如何进行协调配合，应该有一个统一的规则。这被称为总线通信控制；因为主要涉及的是时间上的控制协调，所以也叫总线定时。总线通信控制通常有四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

I/O 系统

（1）I/O 系统发展

（2）I/O 系统组成

I/O 软件

生活中常见的计算机一般采用接口模块方式，指令系统中需要设置专门的 I/O 指令；调用 I/O 指令并配合系统软件中的管理程序，就可以实现 I/O 设备与主机的协调工作。如果采用通道管理方式，除 I/O 指令外，还需要有通道指令和相应的操作系统。

I/O 指令

通道指令

IO 硬件