第三章_系統(tǒng)總線

1、13.1 總線的基本概念總線的基本概念3.2 總線的分類總線的分類3.3 總線特性及性能指標(biāo)總線特性及性能指標(biāo)3.4 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)3.5 總線控制總線控制21. 有關(guān)總線的基本概念、總線的分類有關(guān)總線的基本概念、總線的分類本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)2. 如何克服總線的瓶頸如何克服總線的瓶頸3. 如何對(duì)總線進(jìn)行管理，包括判優(yōu)控制和如何對(duì)總線進(jìn)行管理，包括判優(yōu)控制和通信控制。通信控制。3一、為什么要用總線一、為什么要用總線二、什么是總線二、什么是總線三、總線上信息的傳送三、總線上信息的傳送總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，是是 各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)。各個(gè)部件共享的

2、傳輸介質(zhì)。串行串行并行并行4四、總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例四、總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例1. 面向面向 CPU 的雙總線結(jié)構(gòu)框圖的雙總線結(jié)構(gòu)框圖 中央處理器中央處理器 CPUI/O總線總線M總總線線主存主存 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備2I/O接口接口I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備n適配器（接口）：實(shí)現(xiàn)高速適配器（接口）：實(shí)現(xiàn)高速CPUCPU與低速外設(shè)之間工作速度上的匹與低速外設(shè)之間工作速度上的匹配和同步，并完成計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。配和同步，并完成計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的所有數(shù)據(jù)傳送和控制。 5單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線）2. 單總線結(jié)構(gòu)框圖單總線結(jié)構(gòu)框圖 C

3、PU 主存主存 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備2 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口63. 以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 主存主存 CPU I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口存儲(chǔ)總線存儲(chǔ)總線71. .片內(nèi)總線片內(nèi)總線2. .系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線芯片內(nèi)部芯片內(nèi)部 的總線的總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線控制總線控制總線雙向雙向 與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)單向單向 與存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)有關(guān)與存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)有關(guān)有出有出 有入，有入，控制信號(hào)如：時(shí)鐘、控制信號(hào)如：時(shí)鐘

4、、復(fù)位、總線請(qǐng)求（允許）、中斷復(fù)位、總線請(qǐng)求（允許）、中斷請(qǐng)求（響應(yīng)）、存儲(chǔ)器寫（讀）、請(qǐng)求（響應(yīng)）、存儲(chǔ)器寫（讀）、I/O讀（寫）等。讀（寫）等。計(jì)算機(jī)各部件之間計(jì)算機(jī)各部件之間 的信息傳輸線的信息傳輸線83. .通信總線通信總線串行通信總線串行通信總線:適于遠(yuǎn)距離傳輸適于遠(yuǎn)距離傳輸并行通信總線：適于近距離傳輸并行通信總線：適于近距離傳輸傳輸方式傳輸方式 用于用于 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間 或或 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動(dòng)通信等）（如控制儀表、移動(dòng)通信等）之間的通信之間的通信9CPU 插板插板主存主存 插板插板I/O 插板插板一、總線物理實(shí)現(xiàn)一、總線物理實(shí)

5、現(xiàn)BUS主板主板101. 機(jī)械特性機(jī)械特性2. 電氣特性電氣特性3. 功能特性功能特性4. 時(shí)間特性時(shí)間特性二、總線特性二、總線特性尺寸尺寸、形狀、形狀、管腳數(shù)管腳數(shù)及及排列順序排列順序傳輸方向傳輸方向 和有效的和有效的 電平電平 范圍范圍每根傳輸線的每根傳輸線的 功能功能信號(hào)的信號(hào)的 時(shí)序時(shí)序 關(guān)系：關(guān)系：用信號(hào)時(shí)序圖描述用信號(hào)時(shí)序圖描述地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制11三、總線的性能指標(biāo)三、總線的性能指標(biāo)1. 總線寬度總線寬度2. 總線帶寬總線帶寬3. 時(shí)鐘同步時(shí)鐘同步/異步異步4. 總線復(fù)用總線復(fù)用5. 信號(hào)線數(shù)信號(hào)線數(shù)6. 總線控制方式總線控制方式7. 其他指標(biāo)其他指標(biāo)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 的根數(shù)，

6、用的根數(shù)，用bit（位）表示（位）表示每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBps），也稱為，也稱為 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率同步同步、不同步不同步地址線地址線 與與 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 復(fù)用復(fù)用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的 總和總和負(fù)載能力、電源電壓等負(fù)載能力、電源電壓等并發(fā)、自動(dòng)、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù)并發(fā)、自動(dòng)、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù)12 四、總線標(biāo)準(zhǔn)四、總線標(biāo)準(zhǔn)p相同的指令系統(tǒng)，相同的功能，不同廠家相同的指令系統(tǒng)，相同的功能，不同廠家生產(chǎn)的各功能部件在實(shí)現(xiàn)方法上幾乎沒有生產(chǎn)的各功能部件在實(shí)現(xiàn)方法上幾乎沒有相同的相同的,但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可但各廠家生產(chǎn)的相同功能部件卻可以

7、互換使用，其原因何在呢以互換使用，其原因何在呢?p為了使不同廠家生產(chǎn)的相同功能部件可以為了使不同廠家生產(chǎn)的相同功能部件可以互換使用，就需要進(jìn)行系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化互換使用，就需要進(jìn)行系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了很多總線標(biāo)準(zhǔn)，工作。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了很多總線標(biāo)準(zhǔn)，如如PCI、ISA等。等。 p采用標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn)p簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)p簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性p便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和更新便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和更新13ISAEISAVESA(VL-BUS)PCIAGPRS-232USB模塊模塊系統(tǒng)系統(tǒng)總總線線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)系統(tǒng)模塊模塊標(biāo)標(biāo)

8、 準(zhǔn)準(zhǔn) 界界 面面14總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線總線時(shí)鐘總線時(shí)鐘帶寬帶寬ISA168 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）16MBpsEISA328 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）33 MBpsVESA(VL-BUS)3232 MHz（CPU）133 MBpsPCI326433 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）64 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）132 MBps528 MBpsAGP3266.7 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）133 MHz（獨(dú)立）（獨(dú)立）266 MBps533 MBpsRS-232串行通信串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（調(diào)制解調(diào)器）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口（調(diào)制解調(diào)

9、器）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口USB串行接口串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)普通無屏蔽雙絞線普通無屏蔽雙絞線帶屏蔽雙絞線帶屏蔽雙絞線最高最高1.5 Mbps (USB1.0)12 Mbps (USB1.0)480 Mbps (USB2.0) 四、總線標(biāo)準(zhǔn)四、總線標(biāo)準(zhǔn)15pPCIPCI總線總線是當(dāng)前實(shí)用的總線，是一個(gè)高帶寬且是當(dāng)前實(shí)用的總線，是一個(gè)高帶寬且與處理器無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)總線，又是重要的層次總與處理器無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)總線，又是重要的層次總線。它采用同步定時(shí)協(xié)議和集中式仲裁策略，線。它采用同步定時(shí)協(xié)議和集中式仲裁策略，并具有自動(dòng)配置能力。并具有自動(dòng)配置能力。PCIPCI適合于低成本的小系適合于低成本的小系統(tǒng)，因此在統(tǒng)，因

10、此在微型機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。中得到了廣泛的應(yīng)用。pInfiniBandInfiniBand標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，瞄準(zhǔn)了高端服務(wù)器市場(chǎng)的最，瞄準(zhǔn)了高端服務(wù)器市場(chǎng)的最新新I/OI/O規(guī)范，它是一種基于開關(guān)的體系結(jié)構(gòu)，可規(guī)范，它是一種基于開關(guān)的體系結(jié)構(gòu)，可連接多達(dá)連接多達(dá)6400064000個(gè)服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，個(gè)服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能替代當(dāng)前服務(wù)器中的能替代當(dāng)前服務(wù)器中的PCIPCI總線，數(shù)據(jù)傳輸率高總線，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)達(dá)30GB/s30GB/s。因此適合于。因此適合于高成本的較大規(guī)模計(jì)算高成本的較大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)。16l總線帶寬總線帶寬：總線本身所能達(dá)到的：總線本身所能

11、達(dá)到的最高傳輸速率。最高傳輸速率。 p一次操作可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)一次操作可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)p如如S100為為8位，位，ISA為為16位，位，EISA為為32位，位，PCI-2可達(dá)可達(dá)64位。位。p總線寬度不會(huì)超過微處理器外部總線寬度不會(huì)超過微處理器外部數(shù)據(jù)總線的寬度。數(shù)據(jù)總線的寬度。17【例例1】（1）某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送）某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為總線時(shí)鐘頻率為33MHz，總線帶寬是多少，總線帶寬是多少?（2）如果一個(gè)總線周期中并行傳送）如果一個(gè)總線周期中并行

12、傳送64位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為頻率升為66MHz，總線帶寬是多少，總線帶寬是多少?解解：（：（1）設(shè)總線帶寬用）設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時(shí)鐘周期用表示，總線時(shí)鐘周期用T=1/f表示，一個(gè)總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用表示，一個(gè)總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，表示，根據(jù)定義可得根據(jù)定義可得Dr=D/T=D（1/T）=Df=4B33106/s=132MB/s（2）64位位=8BDr=Df=8B66106/s=528MB/s18一、單總線結(jié)構(gòu)一、單總線結(jié)構(gòu)單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線） CPU 主存主存 I/O接口接口 I/O 設(shè)備設(shè)備1 I/O 設(shè)備設(shè)備2 I/O接口接口 I/O

13、設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口191. 雙總線結(jié)構(gòu)：適用于大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雙總線結(jié)構(gòu)：適用于大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有特殊功能的處理器，具有特殊功能的處理器，由通道對(duì)由通道對(duì)I/O統(tǒng)一管理統(tǒng)一管理通道通道 I/O接口接口 設(shè)備設(shè)備n I/O接口接口 設(shè)備設(shè)備0 CPU主存主存主存總線主存總線I/O總線總線二、多總線結(jié)構(gòu)二、多總線結(jié)構(gòu)202. 三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)主存總線主存總線DMA總線總線I/O總線總線 CPU 主存主存設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備n高速外設(shè)高速外設(shè)I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口任一時(shí)刻只能使用任一時(shí)刻只能使用一種總線一種總線只有在只有在CPUCPU執(zhí)行執(zhí)行I/OI/O指令時(shí)用到指令

14、時(shí)用到與與DMADMA總線不能同時(shí)總線不能同時(shí)對(duì)主存進(jìn)行存取對(duì)主存進(jìn)行存取213. 三總線結(jié)構(gòu)的又一形式三總線結(jié)構(gòu)的又一形式局域網(wǎng)局域網(wǎng)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線CPUCache局部總線局部總線擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線擴(kuò)展總線Modem串行接口串行接口SCSI局部局部I/O控制器控制器主存主存224. 四總線結(jié)構(gòu)四總線結(jié)構(gòu)多媒體多媒體 Modem主存主存擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線接口局域網(wǎng)局域網(wǎng)SCSICPU串行接口串行接口FAX系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線局部總線局部總線高速總線高速總線擴(kuò)展總線擴(kuò)展總線圖形圖形Cache/橋橋231. 傳統(tǒng)微型機(jī)總線結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)微型機(jī)總線結(jié)構(gòu)三、總線結(jié)構(gòu)舉例三、總線結(jié)構(gòu)舉例存儲(chǔ)器存

15、儲(chǔ)器SCSI 控制器控制器主存控制器主存控制器ISA、EISA 8 MHz的的16位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路標(biāo)準(zhǔn)總線控制器標(biāo)準(zhǔn)總線控制器33 MHz的的32位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線多媒體多媒體高速局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)高性能圖形高性能圖形 CPU Modem242. VL-BUS局部總線結(jié)構(gòu)局部總線結(jié)構(gòu)33 MHz的的32位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線ISA、EISA多媒體多媒體高速局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)高性能圖形高性能圖形圖文傳真圖文傳真8 MHz的的16位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線 控制器控制器CPU主存控制器主存控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器局部總線局部總線 控制器控制器 SCSI控制器控制

16、器VL BUS Modem253. PCI 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)CPU多媒體多媒體PCI 橋橋高速局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)高性能圖形高性能圖形圖文傳真圖文傳真PCI 總線總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線33 MHz的的32位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路8 MHz的的16位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路ISA、EISA標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線 控制器控制器 SCSI 控制器控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 Modem264. 多層多層 PCI 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)PCI總線總線2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器橋橋0橋橋4 PCI設(shè)備設(shè)備橋橋5總線橋總線橋橋橋3橋橋1設(shè)備設(shè)備橋橋2第一級(jí)橋第一級(jí)橋第二級(jí)橋第二級(jí)橋第三級(jí)橋第三級(jí)橋PCI總線總線4PCI總線總線5PCI總線總線3PCI總線

17、總線1PCI總線總線0存儲(chǔ)器總線存儲(chǔ)器總線 標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線CPU27l早期總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它實(shí)際上是處理器芯早期總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它實(shí)際上是處理器芯片引腳的延伸，是處理器與片引腳的延伸，是處理器與I/O設(shè)備適配器的通道。這設(shè)備適配器的通道。這種簡(jiǎn)單的總線一般也由種簡(jiǎn)單的總線一般也由50100條線組成，這些線按條線組成，這些線按其功能可分為三類：地址線、數(shù)據(jù)線和控制線。其功能可分為三類：地址線、數(shù)據(jù)線和控制線。28早期總線結(jié)構(gòu)的早期總線結(jié)構(gòu)的不足不足之處在于：之處在于：pCPU是總線上惟一的主控者。即使后是總線上惟一的主控者。即使后來增加了具有簡(jiǎn)單仲裁邏輯的來增加了具有簡(jiǎn)單仲裁邏

18、輯的DMA控控制器以支持制器以支持DMA傳送，但仍不能滿足傳送，但仍不能滿足多多CPU環(huán)境的要求。環(huán)境的要求。p總線信號(hào)是總線信號(hào)是CPU引腳信號(hào)的延伸，故引腳信號(hào)的延伸，故總線結(jié)構(gòu)緊密與總線結(jié)構(gòu)緊密與CPU相關(guān)，通用性較相關(guān)，通用性較差。差。2930p由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。其結(jié)構(gòu)由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。其結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)單總線相似，但一般是與簡(jiǎn)單總線相似，但一般是32條地址線，條地址線，32或或64條數(shù)據(jù)線。為了減少布線，條數(shù)據(jù)線。為了減少布線，64位數(shù)據(jù)的位數(shù)據(jù)的低低32位數(shù)據(jù)線常常和地址線采用多路復(fù)用位數(shù)據(jù)線常常和地址線采用多路復(fù)用方式。方式。p仲裁總線：包括總線請(qǐng)求線和總線授權(quán)線

19、。仲裁總線：包括總線請(qǐng)求線和總線授權(quán)線。p中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級(jí)的中中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級(jí)的中斷操作，包括中斷請(qǐng)求線和中斷認(rèn)可線。斷操作，包括中斷請(qǐng)求線和中斷認(rèn)可線。p公用線：包括時(shí)鐘信號(hào)線、電源線、地線、公用線：包括時(shí)鐘信號(hào)線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時(shí)序信號(hào)線系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時(shí)序信號(hào)線等。等。31l大多數(shù)計(jì)算大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用了機(jī)采用了分分層次的多總層次的多總線結(jié)構(gòu)線結(jié)構(gòu)。l右圖它是一右圖它是一個(gè)三層次的個(gè)三層次的多總線結(jié)構(gòu)多總線結(jié)構(gòu)即有即有CPU總總線、線、PCI總總線和線和ISA總總線。線。32Pentium機(jī)的總線結(jié)構(gòu)分為三層：機(jī)的總線結(jié)構(gòu)

20、分為三層：CPU總線、總線、PCI總線和總線和ISA總線。總線。 CPUCPUPCIPCIISAISA北北橋橋南南橋橋33一、總線判優(yōu)控制一、總線判優(yōu)控制 總線判優(yōu)控制總線判優(yōu)控制分布式分布式集中式集中式 主設(shè)備主設(shè)備(模塊模塊)對(duì)總線有對(duì)總線有 控制權(quán)控制權(quán) 從設(shè)備從設(shè)備(模塊模塊)響應(yīng)響應(yīng) 從主設(shè)備發(fā)來的總線命令從主設(shè)備發(fā)來的總線命令1. 基本概念基本概念鏈?zhǔn)讲樵冩準(zhǔn)讲樵冇?jì)數(shù)器定時(shí)查詢計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式342. 鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞娇偪偩€線控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口nBG數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BS 總線忙總線忙BR總線請(qǐng)

21、求總線請(qǐng)求BG總線同意總線同意I/O接口接口135鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑弘x中央仲裁器鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑弘x中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán)，最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán)，離總線控制器越遠(yuǎn)，優(yōu)先權(quán)越離總線控制器越遠(yuǎn)，優(yōu)先權(quán)越低。低。優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能按優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制，并且這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充并且這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。設(shè)備。缺點(diǎn)：是對(duì)詢問鏈的電路故障缺點(diǎn)：是對(duì)詢問鏈的電路故障很敏感，優(yōu)先級(jí)固定。很敏感，優(yōu)先級(jí)固定。36 0BS 總線忙總線忙BR總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0BSBRI/O接

22、口接口1I/O接口接口n設(shè)備地址設(shè)備地址3. 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式I/O接口接口1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器設(shè)備地址設(shè)備地址 137p每次計(jì)數(shù)可以從每次計(jì)數(shù)可以從“0”0”開始，也可以從中開始，也可以從中止點(diǎn)開發(fā)始。如果從止點(diǎn)開發(fā)始。如果從“0”0”開始，各設(shè)備開始，各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤?，?yōu)先級(jí)的的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤?，?yōu)先級(jí)的順序是固定的。如果從中止點(diǎn)開始，則每順序是固定的。如果從中止點(diǎn)開始，則每個(gè)設(shè)備使用總線的優(yōu)級(jí)相等。個(gè)設(shè)備使用總線的優(yōu)級(jí)相等。p計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來設(shè)置，這可以計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來設(shè)置，這可以方便地改變優(yōu)先次序，但這種靈活性是以方便地改變優(yōu)先次

23、序，但這種靈活性是以增加線數(shù)為代價(jià)的?？煞奖愕母淖儍?yōu)先級(jí)增加線數(shù)為代價(jià)的。可方便的改變優(yōu)先級(jí)。38排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)器4. 獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0I/O接口接口1I/O接口接口nBR0 BG0BR1BG1BRnBGnBG總線同意總線同意BR總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求39p獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，即確定獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少，用不著一優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少，用不著一個(gè)設(shè)備接一個(gè)設(shè)備地查詢。個(gè)設(shè)備接一個(gè)設(shè)備地查詢。p其次，對(duì)優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活。它可以其次，對(duì)優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈

24、活。它可以預(yù)先固定，例如預(yù)先固定，例如BR0優(yōu)先級(jí)最高，優(yōu)先級(jí)最高，BR1次次之之BRn最低；也可以通過程序來改變優(yōu)先最低；也可以通過程序來改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽（禁止）某個(gè)請(qǐng)求的辦次序；還可以用屏蔽（禁止）某個(gè)請(qǐng)求的辦法，不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請(qǐng)求。法，不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請(qǐng)求。p當(dāng)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請(qǐng)求方式。當(dāng)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請(qǐng)求方式。40p鏈?zhǔn)讲樵冩準(zhǔn)讲樵儯嚎刂凭€數(shù)量少（：控制線數(shù)量少（2根線），控根線），控制簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)充設(shè)備；但對(duì)電路故障制簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)充設(shè)備；但對(duì)電路故障很敏感，且優(yōu)先級(jí)別低的設(shè)備很難獲得很敏感，且優(yōu)先級(jí)別低的設(shè)備很難獲得請(qǐng)求。請(qǐng)求。p計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢計(jì)數(shù)器

25、定時(shí)查詢：控制線數(shù)量較多：控制線數(shù)量較多（log2n根），優(yōu)先控制比較靈活，對(duì)電根），優(yōu)先控制比較靈活，對(duì)電路故障敏感度差，但電路復(fù)雜。路故障敏感度差，但電路復(fù)雜。p獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式：響應(yīng)速度快，優(yōu)先次序：響應(yīng)速度快，優(yōu)先次序控制靈活，但控制線數(shù)量多（控制靈活，但控制線數(shù)量多（2n根），根），控制復(fù)雜?？刂茝?fù)雜。n n為允許接納的最大設(shè)備數(shù)為允許接納的最大設(shè)備數(shù)41二、總線通信控制二、總線通信控制1. 目的目的2. 總線周期：完成一次總線操作的過程總線周期：完成一次總線操作的過程主模塊申請(qǐng)主模塊申請(qǐng)，總線仲裁決定，總線仲裁決定主模塊向從模塊主模塊向從模塊 給出地址給出地址 和和 命令命

26、令主模塊和從模塊主模塊和從模塊 交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)主模塊主模塊 撤消有關(guān)信息撤消有關(guān)信息 ，讓出總線，讓出總線使用權(quán)使用權(quán)申請(qǐng)分配階段申請(qǐng)分配階段尋址階段尋址階段傳數(shù)階段傳數(shù)階段結(jié)束階段結(jié)束階段解決通信雙方解決通信雙方 協(xié)調(diào)配合協(xié)調(diào)配合 問題問題,讓各設(shè)備以獲讓各設(shè)備以獲得總線使用權(quán)的先后順序分時(shí)占用總線。得總線使用權(quán)的先后順序分時(shí)占用總線。42由由 統(tǒng)一時(shí)標(biāo)統(tǒng)一時(shí)標(biāo) 控制數(shù)據(jù)傳送控制數(shù)據(jù)傳送充分充分 挖掘挖掘 系統(tǒng)系統(tǒng) 總線每個(gè)瞬間總線每個(gè)瞬間 的的 潛力潛力同步通信同步通信 異步通信異步通信 半同步通信半同步通信 分離式通信分離式通信 3. 總線通信的四種方式總線通信的四種方式采用采用 應(yīng)答

27、方式應(yīng)答方式 ，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，沒有公共時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)同步同步、異步結(jié)合異步結(jié)合43 讀讀命令命令(1) 同步式數(shù)據(jù)輸入（鍵盤同步式數(shù)據(jù)輸入（鍵盤CPU）T1總線傳輸周期總線傳輸周期T2T3T4 時(shí)鐘時(shí)鐘 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)44 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(2) 同步式數(shù)據(jù)輸出同步式數(shù)據(jù)輸出（CPUCPU打印機(jī)）打印機(jī)）T1總線傳輸周期總線傳輸周期T2T3T4 時(shí)鐘時(shí)鐘 地址地址 寫寫命令命令45p同步通信同步通信優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：規(guī)定明確統(tǒng)一，模：規(guī)定明確統(tǒng)一，模塊配合簡(jiǎn)單一致。塊配合簡(jiǎn)單一致。p缺點(diǎn)缺點(diǎn)：主從模塊時(shí)間配合屬于強(qiáng)制：主從模塊時(shí)間配合屬于強(qiáng)制性同步，所有從模塊使用同一限時(shí)，性同步，所有從模塊使用同一限時(shí)，公

28、共時(shí)鐘須按照最慢速度的部件來公共時(shí)鐘須按照最慢速度的部件來設(shè)計(jì)。缺乏靈活性。設(shè)計(jì)。缺乏靈活性。p同步通信同步通信適用適用于：于：總線長(zhǎng)度較短、總線長(zhǎng)度較短、各部件存取時(shí)間比較一致的場(chǎng)合各部件存取時(shí)間比較一致的場(chǎng)合。46例例3.1 假設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為假設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為100MHz，總線的傳，總線的傳輸周期為輸周期為4個(gè)時(shí)鐘周期，總線的寬度為個(gè)時(shí)鐘周期，總線的寬度為32位，試位，試求總線的數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高一倍的數(shù)據(jù)傳求總線的數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高一倍的數(shù)據(jù)傳輸率，可采取什么措施？輸率，可采取什么措施？解解：一個(gè)時(shí)鐘周期為：一個(gè)時(shí)鐘周期為 1/100MHz=0.01us 總線傳輸周期為總線傳輸

29、周期為 0.04us 總線傳輸率總線傳輸率=總線寬度總線寬度B/總線傳輸周期總線傳輸周期 =328/0.04us=100MBps措施措施：數(shù)據(jù)線寬度改為：數(shù)據(jù)線寬度改為64位位 或或 時(shí)鐘頻率增加時(shí)鐘頻率增加1倍倍47不互鎖不互鎖半互鎖半互鎖全互鎖全互鎖(3) 異步通信異步通信異步通信有三種異步通信有三種應(yīng)答方式應(yīng)答方式：主設(shè)備主設(shè)備從設(shè)備從設(shè)備請(qǐng)請(qǐng)求求回回答答48異步串行通信異步串行通信1.傳送字符格式：傳送字符格式：1個(gè)起始位（低電平）、個(gè)起始位（低電平）、58個(gè)數(shù)據(jù)位、個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位、終止位（高電平個(gè)奇偶校驗(yàn)位、終止位（高電平1個(gè)或個(gè)或1.5或或2個(gè)）個(gè)）2.起始位至終止位為起

30、始位至終止位為1幀，兩幀間隔為任意長(zhǎng)幀，兩幀間隔為任意長(zhǎng)度。度。3.波特率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，波特率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位用單位用bps表示。表示。例子見課本例子見課本63頁(yè)頁(yè)4.比特率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制有效數(shù)據(jù)的比特率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制有效數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位用位數(shù)，單位用bps表示。表示。49(4) 半同步通信半同步通信同步同步 發(fā)送方發(fā)送方 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 時(shí)鐘前沿時(shí)鐘前沿 發(fā)信號(hào)發(fā)信號(hào) 接收方接收方 用系統(tǒng)用系統(tǒng) 時(shí)鐘后沿時(shí)鐘后沿 判斷、識(shí)別判斷、識(shí)別（同步同步、異步異步 結(jié)合）結(jié)合）異步異步 允許不同速度的模塊和諧工作允許不同速度的模塊和諧工作 增加一

31、條增加一條 “等待等待”響應(yīng)信號(hào)響應(yīng)信號(hào) WAIT50以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序以輸入數(shù)據(jù)為例的半同步通信時(shí)序T1 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址T2 主模塊發(fā)命令主模塊發(fā)命令T3 從模塊提供數(shù)據(jù)從模塊提供數(shù)據(jù)T4 從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令從模塊撤銷數(shù)據(jù)，主模塊撤銷命令Tw 當(dāng)當(dāng) 為低電平時(shí)，等待一個(gè)為低電平時(shí)，等待一個(gè) TWAITTw 當(dāng)當(dāng) 為低電平時(shí)，等待一個(gè)為低電平時(shí)，等待一個(gè) TWAIT51 讀讀 命令命令WAIT 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 時(shí)鐘時(shí)鐘總線傳輸周期總線傳輸周期T1T2TWTWT3T4 半同步通信數(shù)據(jù)輸入過程半同步通信數(shù)據(jù)輸入過程52p半同步通信半同步通信優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，

32、同步：可靠性高，同步結(jié)構(gòu)方便。結(jié)構(gòu)方便。p缺點(diǎn)缺點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率不能要求太：對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率不能要求太高，高， 整體工作速度較低。整體工作速度較低。p半同步通信半同步通信適用適用于：工作速度不高于：工作速度不高但又包含了由許多工作速度差異較但又包含了由許多工作速度差異較大的各類設(shè)備組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。大的各類設(shè)備組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。53上述三種通信的共同點(diǎn)上述三種通信的共同點(diǎn)一個(gè)總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例）一個(gè)總線傳輸周期（以輸入數(shù)據(jù)為例） 主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址 、命令、命令 從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)從模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)從模塊向主模塊發(fā)數(shù)據(jù)總線空閑總線空閑占用總線占用總線不占用總線不占用總

33、線占用總線占用總線54(5) 分離式通信分離式通信充分挖掘系統(tǒng)總線每個(gè)瞬間的潛力充分挖掘系統(tǒng)總線每個(gè)瞬間的潛力主模塊主模塊 申請(qǐng)申請(qǐng) 占用總線占用總線，使用完后，使用完后即即 放棄總線放棄總線 的使用權(quán)的使用權(quán)從模塊從模塊 申請(qǐng)申請(qǐng) 占用總線占用總線，將各種信，將各種信息送至總線上息送至總線上一個(gè)總線傳輸周期一個(gè)總線傳輸周期子周期子周期1子周期子周期2主模塊主模塊551. 各模塊有權(quán)申請(qǐng)占用總線各模塊有權(quán)申請(qǐng)占用總線分離式通信特點(diǎn)分離式通信特點(diǎn)充分提高了總線的有效占用充分提高了總線的有效占用2. 采用同步方式通信，不等對(duì)方回答采用同步方式通信，不等對(duì)方回答3. 各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)時(shí)，不占用總線各模塊準(zhǔn)備數(shù)據(jù)時(shí)，不占用總線4. 總線被占用時(shí)，無空閑總線被占用時(shí)，無空閑56l掌握總線的基本概念、總線的分類掌握總線的基本概念、總線的分類l掌握總線的性能指標(biāo)：總線寬度、總線掌握總線的性能指標(biāo)：總線寬度、總線帶寬