怎样将计算机内部总线扩展为外部网络？

姜咏江

透明计算公示成果的第一条就是“将原来计算机的内部总线扩展为外部网络”。现在我们来谈谈能不能将计算机内部总线扩展成外部网络。

1.              什么是计算机内部总线？

所谓计算机内部总线是在计算机核内传输地址数据、指令数据和计算对象数据的公共线路（见图1中的bus）。内部总线导线的数量多少与计算机数据字长及直接访问存储器的容量编址有关。一般所说的控制总线（图1中短线集成部分）在核（core）内不与内部总线混淆。

图1  核的内部总线bus

内部总线可以双向以广播式传输数据，因而必须分时使用。为此，计算机内部总线一般采用与运算器速度匹配的高频时钟节拍统一控制，采用同时同步数据共享传输是其最大的特征。内部总线数据传输的线延时几乎为零。

2.              外部总线

由于内部总线频速超高，而外部设备处理数据的速度远不及核内部的速度，因而不能够将外设的传输线路与内部总线直接相连。如此必须设置缓冲区（存储器）来协调内部总线和外部线路数据处理速度的不同。这样一来，在接口处就要另加协调设备，例如状态寄存器、数据寄存器、模数转换器等，还要配置接口硬软件驱动程序等。由于速度的差异，外设与内存的数据交换，大部分都采用异步通信的方式，极少数的高速设备（例如DMA）才会采用同步传输方式。为了能够与多种变化的外部设备互连，计算机核设计的时候会设计出一些不同的外部总线端口，并设计好相应的端口协议。外部设备添加之后只要遵守端口协议操作，通过缓冲区就可以实现与计算机核进行数据交换。

3.              内部总线扩展为外部网络的条件

网络是通过外部总线连接做成的。内部总线如何能够扩展为外部网络？这首先要改变计算机内部总线或外部网络线路的数据传输方式，将它们的数据传输方式或者都改成同步传输，或者都改成异步传输。显然，计算机核内部的数据传输不能够用异步传输的方式，因为那样太慢。而外部网络在地域广大的范围内，线路产生的时延很大，加上路由等一系列问题，不可能实现同时同步传输。因而在广域网上现在要作到将计算机的内部总线扩展为外部网络是不可能完成的事情。

在局域网上能否实现内部总线扩展为外部网络？这要看互连的设备是否能够工作在相同的时钟频率之上。例如，现在设计在同一个芯片上的SOC，将许多外部设备内部化了，因而速度获得了与处理器一般的提升，这样的条件下可以实现同时同步数据交换。再如，片上多处理器CMP，或者叫片上多核，由于多个计算机核集中在方寸之间的集成电路芯片上，器件及线路延时都可以短到忽略不计的程度，各核互连形成的网络在高层逻辑控制之下，可以实现同频率时钟同步工作，每个核就可以如同图1中的部件连接在可控通断的内部总线上，核之间可以形成网络连接。片上多核系统的微网结构和现在的广域网是有很大不同的，如果什么时候在广域网上能够实现同时同步传输数据，那么才有可能将计算机的内部总线扩展为外部网络。

4.              内部总线特征

计算机内部总线工作的特点非常明确，那就是总线上的数据传输是通过计算机的机器指令控制执行的。如果任何的线路连接系统的数据传输，可以用机器指令来直接指挥一次完成，那么就可以认定这种线路连接结构就是一种内部总线结构了。

2015-01-27