安阳工学院《计算机基础》课件-总线控制

安阳工学院总线控制

总线控制一、总线判优控制

连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态，其中主方可以启动一个总线周期，而从方只能响应主方请求。每次总线操作，只能有一个主方，但是可以有多个从方。为了解决多个功能模块争用总线的问题，必须设置总线仲裁部件。

主设备(模块)对总线有控制权

从设备(模块)响应

从主设备发来的总线命令1.基本概念总线占用期：主方持续控制总线的时间

按照总线仲裁电路的位置不同分布式集中式链式查询计数器定时查询独立请求方式

总线判优控制2.链式查询方式总线控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG数据线地址线BS

－总线忙BR－总线请求BG－总线同意I/O接口1

链式查询方式：离中央仲裁器最近的设备具有最高优先权，离总线控制器越远，优先权越低。优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。缺点：是对询问链的电路故障很敏感，优先级固定。0BS

－总线忙BR－总线请求总线控制部件数据线地址线I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n设备地址3.计数器定时查询方式I/O接口1

计数器设备地址1优点：从0开始计数，优先级固定从上次终点开始计数，优先级循环，所以优先级相等优先级还可以由程序设置，优先次序可以改变缺点：增加设备控制线(log2n)，控制比链式电路复杂

排队器排队器4.独立请求方式总线控制部件数据线地址线I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG－总线同意BR－总线请求优点：1.独立请求方式的优点是响应时间快.

2.对优先次序的控制相当灵活。

可以预先固定:如BR0优先级最高，BR1次之…BRn最低；可以通过程序来改变优先次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。因此当代总线标准普遍采用独立请求方式。缺点：控制线数量多(2n)，总线控制逻辑更复杂5.分布式仲裁分布式仲裁：不需要中央仲裁器，而是多个仲裁器竞争使用总线。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。1.目的2.总线传输周期主模块申请，总线仲裁决定主模块向从模块给出地址

和命令主模块和从模块交换数据主模块撤消有关信息

申请分配阶段寻址阶段传数阶段结束阶段解决通信双方协调配合

问题二、总线的通信控制由统一时标

控制数据传送充分挖掘

系统总线每个瞬间

的潜力同步通信异步通信

半同步通信

分离式通信

3.总线通信的四种方式采用应答方式

，没有公共时钟标准同步、异步结合

读命令(1)同步式数据输入T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

数据

数据(2)同步式数据输出T1总线传输周期T2T3T4

时钟

地址

写命令不互锁半互锁全互锁(3)异步通信—握手联络信号机制主设备从设备请求回答

第n个字符（一帧信息）

第n＋1

个字符起始位数据位校验位停止位空闲位上节回顾：1.总线结构2.总线仲裁3.总线传输周期4.总线通信的四种方式单总线、集中式分布式申请分配阶段多总线(双总线、三总线等)(链式查询方式、计数器定时查询、独立请求方式)寻址阶段传数阶段结束阶段同步通信异步通信半同步通信分离式通信【例】利用串行方式传送字符，每秒钟传送的数据位数常称为波特。假设数据传送速率是120个字符/秒，每一个字符格式规定包含10个数据位(起始位、停止位1位、8个数据位)，问传送的波特数是多少?每个数据位占用的时间是多少?比特率是多少？【解】：波特数为：10位×120/秒=1200波特每个数据位占用的时间Td是波特数的倒数：

Td=1/1200=0.833×0.001s=0.833ms比特度为有效数据位的传输率：

120*8

=960bps(4)半同步通信同步发送方用系统时钟前沿

发信号

接收方

用系统时钟后沿

判断、识别（同步、异步

结合）异步允许不同速度的模块和谐工作

增加一条“等待”响应信号

WAIT以输入数据为例的半同步通信时序T1主模块发地址T2主模块发命令…T3从模块提供数据T4从模块撤销数据，主模块撤销命令Tw

当为低电平时，等待一个TWAITTw

当为低电平时，等待一个TWAIT

读

命令WAIT

地址

数据

时钟总线传输周期T1T2TWTWT3T4(4)半同步通信（同步、异步

结合）上述三种通信的共同点一个总线传输周期（以输入数据为例）

主模块发地址、命令

从模块准备数据

从模块向主模块发数据总线空闲占用总线不占用总线占用总线(5)分离式通信充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力主模块

申请占用总线，使用完后即放弃总线

的使用权从模块

申请占用总线，将各种信息送至总线上一个总线传输周期子周期1子周期2主模块1.各模块有权申请占用总线分离式通信特点充分提高了总线的有效占用2.采用同步方式通信，不等对方回答3.各模块准备数据时，不占用总线4.总线被占用时，无空闲【例】某CPU采用集中式仲裁方式，使用独立请求与菊花链查询相结合的二维总线控制结构。每一对请求线BRi和授权线BGi组成一对菊花链查询电路。每一根请求线可以被若干个传输速率接近的设备共享。当这些设备要求传送时通过BRi线向仲裁器发出请求，对应的BGi线则串行查询每个设备，从而确定哪个设备享有总线控制权。请分析说明图中所示的总线仲裁时序图。解：从时序图看出，该总线采用异步定时协议。当某个设备请求使用总线时，在该设备所属的请求线上发出申请信号BRi（1）。CPU按优先原则同意后给出授权信号BGi作为回答（2）。BGi链式查询各设备，并上升从设备回答SACK信号证实已收到BGi信号（3）。CPU接到SACK信号后下降BG作为回答（4）。在总线“忙”标志BBSY为“0”情况该设备上升BBSY，表示该设备获得了总线控制权，成为控制总线的主设备（5）。在设备用完总线后，下降BBSY和SACK（6）释放总线。在上述选择主设备过程中，可能现行的主从设备正在进行传送。此时需等待现行传送结束，即现行主设备下降BBSY信号后（7），新的主设备才能上升BBSY，获得总线控制权。31二、

总线数据传送模式读、写操作：读操作是由从方到主方的数据传送；写操作是由主方到从方的数据传送。主方先以一个总线周期发出命令和从方地址，经过一定的延时再开始数据传送总线周期。为了提高总线利用率，减少延时损失，主方完成寻址总线周期后可让出总线控制权，以使其他主方完成更紧迫的操作。然后再重新竞争总线，完成数据传送总线周期。32块传送操作：只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据一个接一个地读出或写入。对于CPU（主方）与存储器（从方）而言的块传送，常称为猝发式传送。其块长一般固定为数据线宽度（存储器字长）的4倍。例如一个64位数据线的总线，一次猝发式传送可达256位。这在超标量流水中十分有用。33写后读、读修改写操作：这是两种组合操作。只给出地址一次（表示同一地址），或进行先写后读操作，或进行先读后写操作。前者用于校验目的，后者用于多道程序系统中对共享存储资源的保护。这两种操作和猝发式操作一样，主方掌管总线直到整个操作完成。34广播、广集操作：

一般而言，数据传送只在一个主方和一个从方之间进行。但有的总线允许一个主方对多个从方进行写操作，这种操作称为广播。与广播相反的操作称为广集，它将选定的多个从方数据在总线上完成AND或OR操作，用以检测多个中断源。例.下列选项中，用于设备和设备控制器(IO接口)之间互连的接口标准是 A.PCI B.USB C.AGP D.PCI-ExpressB例.

某同步总线采用数据线和地址线复用方式。其中之地址/数据线有32根，总伐时钟频率为66MHZ，每个时钟同期传送两次数据。（上升沿和下降沿各传送一次数据）该总线的最大数据传输率是（总线带宽）：（

）

A.

132MB/S

B.

264MB/S

C.528MB/S

D.

1056MB/S

例、在系统总线的数据线上，不可能传输的是()

A、指令

B、操作数

C、握手(应答)信号

D、中断类型号1.下列有关同步总线事务的描述中，错误的是()。A、一个总线事务所用时间由多个总线时钟周期组成B、总线事务开始时通常先把地址和读写命令送到总线上C、存储器读总线事务中数据和地址通常会同时送到总线上D、一次总线事务一般完成一个数据交换，其位数不超过总线宽度2.总线结构的主要优点是便于实现系统的模块化，其缺点是()。A、传输的地址和控制信息不能同时出现B、传输的地址和数据信息不能同时出现C、不能同时使用两个总线主设备D、不能同时使用多于两个总线设备3.下列有关同步总线的描述中，错误的是()。A、用一个公共时钟信号进行同步B、不需要应答（握手）信号C、要求挂接在总线上的各部件的存取时间较为接近D、总线长度不受限制，可以很长4.“总线忙”信号由（）建立。A、获得总线控制权的设备B、发出“总线请求”的设备C、总线控制