計算機(jī)組成原理 (7)

1、1第第7章及章及 BUS技術(shù)技術(shù)7.1 BUS概述概述 廣義地講，廣義地講，BUS是連接兩個或多個功能部件的一組共享的信號傳是連接兩個或多個功能部件的一組共享的信號傳輸線。輸線。7.1.1 采用總線實現(xiàn)互聯(lián)的優(yōu)勢采用總線實現(xiàn)互聯(lián)的優(yōu)勢 使用總線實現(xiàn)部件互連的優(yōu)點有兩個：使用總線實現(xiàn)部件互連的優(yōu)點有兩個： 一是可以減少各個部件之間的連線數(shù)量，降低成本；一是可以減少各個部件之間的連線數(shù)量，降低成本； 二是為了方便系統(tǒng)構(gòu)建、擴(kuò)充系統(tǒng)性能和便于產(chǎn)品更新?lián)Q代。二是為了方便系統(tǒng)構(gòu)建、擴(kuò)充系統(tǒng)性能和便于產(chǎn)品更新?lián)Q代。 計算機(jī)系統(tǒng)中通常包含許多不同種類的總線，它們在不同層次上計算機(jī)系統(tǒng)中通常包含許多不同種類的

2、總線，它們在不同層次上為計算機(jī)組件之間提供通信通路。為計算機(jī)組件之間提供通信通路。 用于連接計算機(jī)系統(tǒng)中主要的組件用于連接計算機(jī)系統(tǒng)中主要的組件(如如 CPU、存儲器、存儲器、I/O設(shè)備設(shè)備等等)的總線稱為的總線稱為。27.1.2BUS的分類的分類 按總線所承擔(dān)的任務(wù)可分為按總線所承擔(dān)的任務(wù)可分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線和外部總線。 其中，專門用于主機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)之間互連的總線稱為其中，專門用于主機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)之間互連的總線稱為然而在現(xiàn)實中，許多設(shè)備總線常被叫做某某接口，例如然而在現(xiàn)實中，許多設(shè)備總線常被叫做某某接口，例如SCSI接口、接口、USB接口等，其實它們實質(zhì)上是實現(xiàn)一個外部總線的功能

3、。接口等，其實它們實質(zhì)上是實現(xiàn)一個外部總線的功能。 按物理特性按物理特性：指：指BUS在機(jī)械物理連接上的特性。包括連線類型、在機(jī)械物理連接上的特性。包括連線類型、數(shù)量、接插件的幾何尺寸和形狀以及引腳線的排列。數(shù)量、接插件的幾何尺寸和形狀以及引腳線的排列。 則則BUS連線類型有：電纜式、主板式和底板式。連線類型有：電纜式、主板式和底板式。 電纜線電纜線 主板式主板式 底板式底板式 按一次傳送的位數(shù)上分按一次傳送的位數(shù)上分 串行串行BUS和并行和并行BUS。 并行并行BUS又分又分8位、位、16位、位、32位、位、64位位BUS 3 按傳送信息分按傳送信息分 AB、CB、DB 按總線所處的物理位置

4、可分為：按總線所處的物理位置可分為：內(nèi)部內(nèi)部BUS、系統(tǒng)、系統(tǒng)BUS和通信和通信BUS 內(nèi)部內(nèi)部BUS 指芯片內(nèi)部連接各元件的指芯片內(nèi)部連接各元件的BUS。 系統(tǒng)系統(tǒng)BUS 指指CPU、MM和和I/O模塊等到主要部件的模塊等到主要部件的BUS。典典型的有型的有PCI BUS、Multi bus、VME BUS等。等。 通信通信BUS(外部總線外部總線) 用于主機(jī)和用于主機(jī)和I/O設(shè)備之間或計算機(jī)系統(tǒng)之設(shè)備之間或計算機(jī)系統(tǒng)之間的通信。通信間的通信。通信BUS 種類很多，包括距離遠(yuǎn)近、速度快慢、工作方種類很多，包括距離遠(yuǎn)近、速度快慢、工作方式等，差異很大。式等，差異很大。7.1.3BUS標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)

5、總線的規(guī)范主要從以下四個方面來描述總線的功能和特性?？偩€的規(guī)范主要從以下四個方面來描述總線的功能和特性。 (1)邏輯規(guī)范：邏輯規(guī)范： (2)時序規(guī)范：時序規(guī)范： (3)電器規(guī)范：電器規(guī)范： (4)機(jī)械規(guī)范：機(jī)械規(guī)范： (5)通信協(xié)議：通信協(xié)議： 4 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的制定通常有兩種途徑：規(guī)范的制定通常有兩種途徑： 一是由具有權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)化組織一是由具有權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)化組織(如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO、電氣電、電氣電子工程師協(xié)會子工程師協(xié)會IEEE、美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會、美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ANSI等等)制定并推薦使用；制定并推薦使用； 二是由某個或某幾個在業(yè)界具有影響力的設(shè)備制造商提出

6、，而又二是由某個或某幾個在業(yè)界具有影響力的設(shè)備制造商提出，而又被業(yè)內(nèi)其他廠家認(rèn)可并廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)，即所謂事實標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)被業(yè)內(nèi)其他廠家認(rèn)可并廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)，即所謂事實標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)可能還沒有經(jīng)過正式、嚴(yán)格的定義，也有可能經(jīng)過一段時間的使準(zhǔn)可能還沒有經(jīng)過正式、嚴(yán)格的定義，也有可能經(jīng)過一段時間的使用后，被廠商提交給有關(guān)組織討論而最終被確定為正式標(biāo)準(zhǔn)。用后，被廠商提交給有關(guān)組織討論而最終被確定為正式標(biāo)準(zhǔn)。7.1.4總線的性能總線的性能 總線的性能由多方面的因素決定，一個總線的性能水平主要有以總線的性能由多方面的因素決定，一個總線的性能水平主要有以下幾個因素決定：下幾個因素決定： 總線的帶寬。表示在單

7、位時間內(nèi)，總線所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量總線的帶寬。表示在單位時間內(nèi)，總線所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量，一般用兆字節(jié)，一般用兆字節(jié)/秒秒(MB/s)來表示。來表示。 串行傳輸串行傳輸 串行串行BUS的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上按位傳輸，即被傳送的數(shù)據(jù)按順序傳的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上按位傳輸，即被傳送的數(shù)據(jù)按順序傳送一個數(shù)據(jù)的所有二進(jìn)制位的脈沖信號，每次一位。因此只需要一送一個數(shù)據(jù)的所有二進(jìn)制位的脈沖信號，每次一位。因此只需要一根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。 優(yōu)點優(yōu)點：線路成本低，適合遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。：線路成本低，適合遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。5 缺點缺點：相對并行傳輸方式傳輸速度慢。：相對并行傳輸方式傳輸速度慢。 被傳送的數(shù)據(jù)在發(fā)送部件中必須

8、將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，這被傳送的數(shù)據(jù)在發(fā)送部件中必須將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，這個過程稱為個過程稱為；接收數(shù)據(jù)在接收部件中必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并接收數(shù)據(jù)在接收部件中必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，這個過程稱為行數(shù)據(jù)，這個過程稱為。 串行串行BUS是一種信息是一種信息傳輸信道傳輸信道。 在信息傳輸信道中傳輸數(shù)據(jù)信息信號單元叫在信息傳輸信道中傳輸數(shù)據(jù)信息信號單元叫碼元碼元。 每秒鐘通過信道傳輸?shù)拿棵腌娡ㄟ^信道傳輸?shù)拇a元數(shù)碼元數(shù)稱為稱為碼元傳輸速率碼元傳輸速率調(diào)制速率調(diào)制速率，簡，簡稱稱波特率波特率。B(波特波特)=1/T(秒秒)。 每秒鐘通過信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量稱為每秒鐘通過信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量

9、稱為位傳輸速率位傳輸速率，簡稱，簡稱。C=Blog2N。 N：調(diào)制電平數(shù)或線路狀態(tài)數(shù)，：調(diào)制電平數(shù)或線路狀態(tài)數(shù)， 為為2的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。 例例1：在：在8相調(diào)相制中，當(dāng)調(diào)制速率為相調(diào)相制中，當(dāng)調(diào)制速率為1600B時，則數(shù)據(jù)信號傳送時，則數(shù)據(jù)信號傳送速率速率C=1600log28=4800b/s。 串行傳輸方式分為串行傳輸方式分為和和。 例例2：在異步串行傳輸方式下，起始位為：在異步串行傳輸方式下，起始位為1位，數(shù)據(jù)位為位，數(shù)據(jù)位為8位，偶位，偶校驗位校驗位1位，停止位位，停止位1位，如果波特率為位，如果波特率為1200B/s，求這時的比特率，求這時的比特率為多少為多少?6 答：在這樣答：在

10、這樣個數(shù)據(jù)幀中，有效數(shù)據(jù)位是個數(shù)據(jù)幀中，有效數(shù)據(jù)位是8位，傳輸過程中發(fā)送位，傳輸過程中發(fā)送的代碼位共有的代碼位共有1+8+1+111位。所以比特率為：位。所以比特率為： b/s.7872118181200 并行傳輸并行傳輸 并行并行BUS的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上同時有多位一起傳送，一位數(shù)據(jù)有一的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上同時有多位一起傳送，一位數(shù)據(jù)有一根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。 衡量并行衡量并行BUS速度的指標(biāo)是最大數(shù)據(jù)傳輸速率，一般用速度的指標(biāo)是最大數(shù)據(jù)傳輸速率，一般用MB/s表示表示。 例例1：BUS工作頻率為工作頻率為33MHz，BUS寬度為寬度為32位，問最大數(shù)據(jù)傳位，問最大數(shù)據(jù)傳輸速率是多少輸速率是多少? 解

11、：解：33 32/8=132MB/s。 注：通信頻率中注：通信頻率中1M=106 例例2： 某總線在一個總線周期中并行傳送某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為33MHz ，求總，求總線帶寬是多少？線帶寬是多少？ 如果一個總線中并行傳送如果一個總線中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線頻率升為位數(shù)據(jù)，總線頻率升為66MHz，求，求總線帶寬是多少？總線帶寬是多少？ 7 解：解： 設(shè)總線帶寬用設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時鐘周期用表示，總線時鐘周期用T= 1/f表示，表示， 一個總線周期

12、傳送的數(shù)據(jù)量用一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，根據(jù)定義可得：表示，根據(jù)定義可得： Dr=D/T=D f=4B 33 106/s=132MB/s 64位位=8，Dr=D f =8B 66 106/s=528MB/s 例例3：現(xiàn)有一個帶有：現(xiàn)有一個帶有16位外部數(shù)據(jù)總線的位外部數(shù)據(jù)總線的32位微處理器，時鐘頻位微處理器，時鐘頻率為率為50MHz，假定總線的最短周期是，假定總線的最短周期是4個時鐘周期，處理器最大數(shù)個時鐘周期，處理器最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少據(jù)傳輸率是多少? 解：解： 原傳輸周期為：原傳輸周期為：T字字=4/50MHz4 20 10-98010-9 (s) 傳輸帶寬為：傳輸帶寬為： B=

13、2/T=2/(80 10-9）=25 10 6 (B/s) 總線寬度?？偩€寬度的單位是二進(jìn)制位，由此有總線寬度?？偩€寬度的單位是二進(jìn)制位，由此有8位、位、16位、位、 32位及位及64位等的總線之分。位等的總線之分。 總線的時鐘頻率?？偩€的時鐘頻率。 總線的負(fù)載能力。限定在總線上可以連接模塊的最大數(shù)目?？偩€的負(fù)載能力。限定在總線上可以連接模塊的最大數(shù)目。87.2總線的組成與結(jié)構(gòu)總線的組成與結(jié)構(gòu)7.2.1 總線的組成總線的組成 從邏輯構(gòu)成上看，總線由兩部分構(gòu)成：從邏輯構(gòu)成上看，總線由兩部分構(gòu)成： 一是連接各個功能模塊的信號線，一是連接各個功能模塊的信號線， 二是起管理總線作用的總線控制器。二是起

14、管理總線作用的總線控制器。 總線的互聯(lián)機(jī)制如圖總線的互聯(lián)機(jī)制如圖7- -1所示。所示。 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線為系統(tǒng)部件之間提供傳輸數(shù)據(jù)的通路。數(shù)據(jù)總線為系統(tǒng)部件之間提供傳輸數(shù)據(jù)的通路。 數(shù)據(jù)總線的特點是：數(shù)據(jù)總線的特點是：9 雙向傳輸。雙向傳輸。 數(shù)據(jù)線的數(shù)目一般與計算機(jī)字長相同數(shù)據(jù)線的數(shù)目一般與計算機(jī)字長相同(當(dāng)然也可以不同當(dāng)然也可以不同)。 采用具有三態(tài)能力的電路。采用具有三態(tài)能力的電路。 地址總線地址總線 地址總線的作用是傳送地址信號，它不僅用于傳送內(nèi)存地址，而地址總線的作用是傳送地址信號，它不僅用于傳送內(nèi)存地址，而且計算機(jī)系統(tǒng)對且計算機(jī)系統(tǒng)對I/O端口的尋址也要通過地址總線來完成

15、。端口的尋址也要通過地址總線來完成。 在通常情況下，在通常情況下，地址的高位部分用于形成芯片地址的高位部分用于形成芯片(或模塊或模塊)的選片信的選片信號號，而低位部分用于尋址芯片而低位部分用于尋址芯片(或模塊或模塊)內(nèi)部的存儲單元或內(nèi)部的存儲單元或I/O接口寄接口寄存器存器。 例如針對某例如針對某8位地址總線，現(xiàn)有一個容量為位地址總線，現(xiàn)有一個容量為128個字大小的存儲模個字大小的存儲模塊和一個具有塊和一個具有128個接口寄存器的個接口寄存器的I/O接口模塊，分別稱為模塊接口模塊，分別稱為模塊0和和模塊模塊1，則則8位地址的最高位用來實現(xiàn)模塊的選擇位地址的最高位用來實現(xiàn)模塊的選擇，其余，其余7

16、位用于模位用于模塊內(nèi)的存儲單元或塊內(nèi)的存儲單元或I/O接口寄存器的定位。例如，在地址總線上現(xiàn)接口寄存器的定位。例如，在地址總線上現(xiàn)有地址信息有地址信息01111111，表示處理機(jī)要選擇模塊，表示處理機(jī)要選擇模塊0的第的第128個存儲單元個存儲單元(請注意其中最高位為請注意其中最高位為0表示要選擇模塊表示要選擇模塊0)；而地址信息；而地址信息10000000表表示處理機(jī)要選擇模塊示處理機(jī)要選擇模塊1的第的第1個個I/O接口寄存器接口寄存器。 10 地址總線的特點是：地址總線的特點是： 單向傳輸。單向傳輸。 地址線的數(shù)目決定尋址能力的大小。地址線的數(shù)目決定尋址能力的大小。 控制總線控制總線 控制總

17、線的作用是傳送控制信號，以控制系統(tǒng)完成規(guī)定的操作功控制總線的作用是傳送控制信號，以控制系統(tǒng)完成規(guī)定的操作功能。能。 控制總線可用于控制數(shù)據(jù)總線和地址總線的使用控制總線可用于控制數(shù)據(jù)總線和地址總線的使用。因為數(shù)據(jù)。因為數(shù)據(jù)/地址地址總線被系統(tǒng)所有的組件共享，因此必須要制定使用它們的方式和方總線被系統(tǒng)所有的組件共享，因此必須要制定使用它們的方式和方法。法。 控制總線的特點是控制總線的特點是： 單向傳輸。單向傳輸。 控制線的類型和數(shù)目取決于總線類型?？刂凭€的類型和數(shù)目取決于總線類型。 典型的控制信號線包括以下幾種典型的控制信號線包括以下幾種。 存儲器寫信號存儲器寫信號(Memory Write)：

18、存儲器讀信號存儲器讀信號(Memory Read)： I/O寫信號寫信號(I/O Write)：使數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)輸出到指定的：使數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)輸出到指定的I/O接接口數(shù)據(jù)寄存器口數(shù)據(jù)寄存器。 I/O讀信號讀信號(I/O Read)：將從指定的：將從指定的I/O接口數(shù)據(jù)寄存器輸入的數(shù)接口數(shù)據(jù)寄存器輸入的數(shù)11據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。 傳輸應(yīng)答信號傳輸應(yīng)答信號(Transfer ACK)：指示數(shù)據(jù)已被接收或已經(jīng)放到數(shù)：指示數(shù)據(jù)已被接收或已經(jīng)放到數(shù)據(jù)總線上據(jù)總線上 總線請求信號總線請求信號(BUS Request) ：指示一個功能模塊需要獲得總線：指示一個功能模塊需要獲得總線的控制權(quán)

19、。的控制權(quán)。 總線授予信號總線授予信號(BUS Grant)：指示請求總線的功能模塊已經(jīng)獲得：指示請求總線的功能模塊已經(jīng)獲得了總線控制權(quán)了總線控制權(quán) 中斷請求信號中斷請求信號(Interrupt Request)：指示正在請求一個中斷。：指示正在請求一個中斷。 中斷應(yīng)答信號中斷應(yīng)答信號(BUS Answer)：指示先前請求的中斷已經(jīng)被響應(yīng)。：指示先前請求的中斷已經(jīng)被響應(yīng)。時鐘信號時鐘信號(Clk)：用于使使用總線的各個功能模塊上的操作實現(xiàn)時間：用于使使用總線的各個功能模塊上的操作實現(xiàn)時間上的同步。上的同步。 復(fù)位信號復(fù)位信號(Reset)：使總線上的各個功能模塊初始化：使總線上的各個功能模塊初

20、始化(復(fù)位復(fù)位)。 如果一個功能模塊需要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個功能模塊如果一個功能模塊需要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個功能模塊，它必須做兩，它必須做兩件事：獲得總線；通過總線傳送數(shù)據(jù)。件事：獲得總線；通過總線傳送數(shù)據(jù)。 如果一個功能模塊需要從另一個功能模塊接收數(shù)據(jù)，如果一個功能模塊需要從另一個功能模塊接收數(shù)據(jù)，它也必須做它也必須做兩件事：獲得總線；通過向控制總線和地址總線傳送適當(dāng)?shù)目貎杉拢韩@得總線；通過向控制總線和地址總線傳送適當(dāng)?shù)目刂菩盘柡偷刂沸盘?，向其他功能模塊發(fā)送傳送數(shù)據(jù)的請求，然后等制信號和地址信號，向其他功能模塊發(fā)送傳送數(shù)據(jù)的請求，然后等待其他功能模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。待其他功能模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。 12 總線控

21、制器總線控制器 總線控制器負(fù)責(zé)控制和分配總線的使用，包括以下幾項功能：總線控制器負(fù)責(zé)控制和分配總線的使用，包括以下幾項功能： 總線系統(tǒng)的資源分配與管理。負(fù)責(zé)向使用總線的功能模塊分配總線系統(tǒng)的資源分配與管理。負(fù)責(zé)向使用總線的功能模塊分配中斷向量號、中斷向量號、DMA通道號以及通道號以及I/O端口地址等資源。端口地址等資源。 提供總線定時信號脈沖。提供總線定時信號脈沖。 負(fù)責(zé)總線使用權(quán)的仲裁。負(fù)責(zé)總線使用權(quán)的仲裁。 當(dāng)多個模塊都要使用總線發(fā)送信息時，當(dāng)多個模塊都要使用總線發(fā)送信息時，總線控制器必須確定一個總線控制器必須確定一個模塊為當(dāng)前總線的控制者，即總線的主控設(shè)備，簡稱主設(shè)備模塊為當(dāng)前總線的控制

22、者，即總線的主控設(shè)備，簡稱主設(shè)備，這時這時其他使用總線的設(shè)備為從設(shè)備其他使用總線的設(shè)備為從設(shè)備。當(dāng)前的主控設(shè)備使用完總線后，再。當(dāng)前的主控設(shè)備使用完總線后，再確定下面總線的主控設(shè)備由哪一個模塊來擔(dān)當(dāng)。確定下面總線的主控設(shè)備由哪一個模塊來擔(dān)當(dāng)。 負(fù)責(zé)實現(xiàn)不同總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換和不同總線之間傳輸數(shù)據(jù)的緩沖負(fù)責(zé)實現(xiàn)不同總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換和不同總線之間傳輸數(shù)據(jù)的緩沖 總線上的設(shè)備分類總線上的設(shè)備分類 按邏輯功能劃分，連接到總線上的設(shè)備分為按邏輯功能劃分，連接到總線上的設(shè)備分為總線主設(shè)備和總線從總線主設(shè)備和總線從設(shè)備設(shè)備。 按在信息交換中的地位劃分，可分為總線源設(shè)備和總線目的設(shè)備按在信息交換中的地位劃分，可分為

23、總線源設(shè)備和總線目的設(shè)備 注意源設(shè)備未必是主設(shè)備，目的設(shè)備也未必是從設(shè)備。注意源設(shè)備未必是主設(shè)備，目的設(shè)備也未必是從設(shè)備。137.2.2總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) 典型的物理連接方案如圖典型的物理連接方案如圖7- -2所示。所示。147.3 總線的設(shè)計與實現(xiàn)總線的設(shè)計與實現(xiàn) 一些關(guān)鍵的總線要素如表一些關(guān)鍵的總線要素如表7- -1所示。所示。 BUS設(shè)計時要考慮的基本要素包括：設(shè)計時要考慮的基本要素包括： 信號線的類型信號線的類型 信號線的使用方式分為兩類：信號線的使用方式分為兩類： 專用信號線方式和復(fù)用信號線方式。專用信號線方式和復(fù)用信號線方式。 專用信號線專用信號線是指在總線中，該信號線始終被指派

24、實現(xiàn)一個是指在總線中，該信號線始終被指派實現(xiàn)一個或或。 復(fù)用信號線復(fù)用信號線是指在一根信號線上定義多種意義的信號或者用于多是指在一根信號線上定義多種意義的信號或者用于多個個(多類多類)總線設(shè)備。總線設(shè)備。表表7- -1 總線設(shè)計要素總線設(shè)計要素信號線類型：專用信號線信號線類型：專用信號線 復(fù)用信號線復(fù)用信號線總線寬度：地址線寬度總線寬度：地址線寬度 數(shù)據(jù)線寬度數(shù)據(jù)線寬度 總線仲裁的方法：集中仲裁總線仲裁的方法：集中仲裁 分布仲裁分布仲裁數(shù)據(jù)傳輸類型：讀數(shù)據(jù)傳輸類型：讀 寫寫 讀讀- -修改修改- -寫寫 寫后讀寫后讀 塊傳輸塊傳輸(連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸) 分布仲裁總線定時方法：分布仲裁總線

25、定時方法： 同步同步 異步異步15 分時復(fù)用信號線的分時復(fù)用信號線的是總線只需要設(shè)置較少的信號線，這樣可是總線只需要設(shè)置較少的信號線，這樣可以節(jié)省空間，降低成本。以節(jié)省空間，降低成本。 是總線時序復(fù)雜，因此每個功能模塊需要實現(xiàn)較為復(fù)雜的電是總線時序復(fù)雜，因此每個功能模塊需要實現(xiàn)較為復(fù)雜的電路，同時也有潛在的性能下降的危險，因為總線操作只能串行執(zhí)行路，同時也有潛在的性能下降的危險，因為總線操作只能串行執(zhí)行，不能并行執(zhí)行。，不能并行執(zhí)行。 物理專用信號線方式物理專用信號線方式是指在系統(tǒng)中使用多條不同種類的總線時，是指在系統(tǒng)中使用多條不同種類的總線時，每個功能模塊依據(jù)其功能的不同被連接到不同的總線上

26、。每個功能模塊依據(jù)其功能的不同被連接到不同的總線上。 例如在系統(tǒng)中分別設(shè)置系統(tǒng)總線和例如在系統(tǒng)中分別設(shè)置系統(tǒng)總線和I/O總線，在通常情況下，僅總線，在通常情況下，僅在在I/O總線上擴(kuò)充總線上擴(kuò)充I/O模塊。模塊。圖圖7- -3 地址地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用信號數(shù)據(jù)分時復(fù)用信號16 I/O總線與系統(tǒng)總線之間的信息溝通可以通過總線與系統(tǒng)總線之間的信息溝通可以通過I/O總線適配模塊實總線適配模塊實現(xiàn)，這樣現(xiàn)，這樣I/O總線就可以連接到系統(tǒng)總線上了總線就可以連接到系統(tǒng)總線上了。 使用物理專用信號線方式的使用物理專用信號線方式的是系統(tǒng)中的各條總線都具有較高是系統(tǒng)中的各條總線都具有較高的吞吐量，因為每條總線只有

27、較少的設(shè)備連接其上；同時發(fā)生總線的吞吐量，因為每條總線只有較少的設(shè)備連接其上；同時發(fā)生總線競爭的概率也較低。競爭的概率也較低。 是占用系統(tǒng)的空間較大，相對成本也較高。是占用系統(tǒng)的空間較大，相對成本也較高。 總線仲裁的方法總線仲裁的方法 如何解決如何解決BUS上各通信設(shè)備爭用上各通信設(shè)備爭用BUS的控制權(quán)問題。的控制權(quán)問題。 根據(jù)設(shè)備對根據(jù)設(shè)備對BUS有無控制能力被分為有無控制能力被分為主控設(shè)備主控設(shè)備和和從設(shè)備從設(shè)備兩種。兩種。 最簡單的系統(tǒng)只有最簡單的系統(tǒng)只有 一個主控設(shè)備：處理器。這種情況無需一個主控設(shè)備：處理器。這種情況無需BUS裁裁決。缺點：是處理器必須介入到每個決。缺點：是處理器必須

28、介入到每個BUS事務(wù)中。事務(wù)中。 另一種選擇是采用多個另一種選擇是采用多個BUS主控設(shè)備。這需要提供一個機(jī)制用來主控設(shè)備。這需要提供一個機(jī)制用來決定某個時刻哪個設(shè)備具有決定某個時刻哪個設(shè)備具有BUS使用權(quán)。使用權(quán)。 決定哪個決定哪個BUS主控設(shè)備將在下次得到主控設(shè)備將在下次得到BUS使用權(quán)的過程稱為使用權(quán)的過程稱為。 總線仲裁方法通?？梢苑殖杉兄俨煤头植贾俨脙深悾豢偩€仲裁方法通?？梢苑殖杉兄俨煤头植贾俨脙深?； 從另一個角度也可把總線仲裁方法分為并行仲裁和串行仲裁；從另一個角度也可把總線仲裁方法分為并行仲裁和串行仲裁； 從基于優(yōu)先級的角度還可分成固定優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級。從基于優(yōu)先級的角度還可

29、分成固定優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級。17是將裁決控制邏輯做在一個專用的是將裁決控制邏輯做在一個專用的BUS控制器或控制器或BUS裁決器中，通過將所有的裁決器中，通過將所有的BUS請求集中起來利用一個特定的裁決算請求集中起來利用一個特定的裁決算法進(jìn)行裁決。法進(jìn)行裁決。 沒有專門的沒有專門的BUS控制器，其控制邏輯分散在各部件或控制器，其控制邏輯分散在各部件或設(shè)備中。設(shè)備中。 ，就是連接到總線上的每個設(shè)備與總線仲裁電路之，就是連接到總線上的每個設(shè)備與總線仲裁電路之間都有獨立的總線請求信號線和總線允許信號線；間都有獨立的總線請求信號線和總線允許信號線；是指是指連接到總線上的設(shè)備共用一條總線請求信號線或連接到

30、總線上的設(shè)備共用一條總線請求信號線或(和和)一條總線允許一條總線允許信號線。信號線。 是指總線上的各個設(shè)備的優(yōu)先級一經(jīng)指定后就不是指總線上的各個設(shè)備的優(yōu)先級一經(jīng)指定后就不再改變；再改變；方案則允許設(shè)備使用總線的優(yōu)先級是隨時間方案則允許設(shè)備使用總線的優(yōu)先級是隨時間變化的。變化的。 經(jīng)過經(jīng)過BUS裁決，只有獲得控制權(quán)的裁決，只有獲得控制權(quán)的BUS主控設(shè)備才可以使用主控設(shè)備才可以使用BUS。 選擇哪個設(shè)備獲得使用選擇哪個設(shè)備獲得使用BUS的權(quán)利，一般的裁決方案通常試圖平的權(quán)利，一般的裁決方案通常試圖平衡兩個因素。第一是衡兩個因素。第一是“等級性等級性”，第二是，第二是“公平性公平性”18 集中式裁決

31、方式集中式裁決方式 常用的集中裁決的方式有三種：常用的集中裁決的方式有三種： 圖圖7- -4所采用的集中并行仲裁，即獨立請求方式。所采用的集中并行仲裁，即獨立請求方式。 。 使用一個中心裁決器從請求總線的一組設(shè)備中選取一個。使用一個中心裁決器從請求總線的一組設(shè)備中選取一個。 優(yōu)點優(yōu)點是：響應(yīng)速度快，如果是可編程的是：響應(yīng)速度快，如果是可編程的BUS控制器，那么優(yōu)先級控制器，那么優(yōu)先級還可以靈活設(shè)置。還可以靈活設(shè)置。 缺點缺點是：控制邏輯復(fù)雜、控制線數(shù)量多。是：控制邏輯復(fù)雜、控制線數(shù)量多。圖圖7-4 集中并行總線仲裁，集中并行總線仲裁，19 菊花鏈?zhǔn)街俨镁栈ㄦ準(zhǔn)街俨?圖圖7- -5給出了一個串行

32、仲裁給出了一個串行仲裁(即菊花鏈?zhǔn)街俨眉淳栈ㄦ準(zhǔn)街俨?的示意圖?？偩€仲裁的示意圖?？偩€仲裁器與設(shè)備之間只設(shè)置一根總線請求器與設(shè)備之間只設(shè)置一根總線請求 圖圖7- -5 串行總線仲裁串行總線仲裁 有些有些BUS系統(tǒng)將查詢方式和獨立請求方式結(jié)合起來，如系統(tǒng)將查詢方式和獨立請求方式結(jié)合起來，如VME BUS使用了多個菊花鏈，每個菊花鏈具有一對請求和允許線，一個使用了多個菊花鏈，每個菊花鏈具有一對請求和允許線，一個并行判優(yōu)的優(yōu)先權(quán)編碼器從多個請求線中選擇。并行判優(yōu)的優(yōu)先權(quán)編碼器從多個請求線中選擇。20 計數(shù)器定時計數(shù)器定時(輪轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn))查詢方式查詢方式計數(shù)定時查詢方式計數(shù)定時查詢方式 計時方式有兩種計時

33、方式有兩種： 每次計數(shù)總是從每次計數(shù)總是從0開始，此時設(shè)備的優(yōu)先級是固定的。開始，此時設(shè)備的優(yōu)先級是固定的。 每次計數(shù)的初始值總是從上次獲得每次計數(shù)的初始值總是從上次獲得BUS控制權(quán)的設(shè)備號開始，控制權(quán)的設(shè)備號開始，此時設(shè)備的優(yōu)先級是相等的。此時設(shè)備的優(yōu)先級是相等的。 計數(shù)器定時查詢方式比菊花鏈查詢方式多了一組設(shè)備線，少了一計數(shù)器定時查詢方式比菊花鏈查詢方式多了一組設(shè)備線，少了一根根BUS允許線允許線BG，見圖，見圖 例如：而獨立請求方式則需要例如：而獨立請求方式則需要2n根裁決線；根裁決線； 菊花鏈方式只需菊花鏈方式只需2 根裁決線；根裁決線； 計數(shù)查詢方式大致需要計數(shù)查詢方式大致需要log

34、2n裁決線。裁決線。 21 集中式仲裁機(jī)制的優(yōu)點是：集中式仲裁機(jī)制的優(yōu)點是：系統(tǒng)模塊化程度高，設(shè)備的電路設(shè)計系統(tǒng)模塊化程度高，設(shè)備的電路設(shè)計較為簡單。較為簡單。 缺點缺點是但系統(tǒng)可靠性不太高，因為一旦仲裁電路發(fā)生故障，總線是但系統(tǒng)可靠性不太高，因為一旦仲裁電路發(fā)生故障，總線就不能使用了。而分布式仲裁則正好相反。就不能使用了。而分布式仲裁則正好相反。 并行仲裁的優(yōu)點并行仲裁的優(yōu)點是總線仲裁速度快，優(yōu)先級設(shè)置靈活，即有可能是總線仲裁速度快，優(yōu)先級設(shè)置靈活，即有可能通過向總線仲裁器發(fā)送不同的控制命令，實現(xiàn)不同的優(yōu)先級策略。通過向總線仲裁器發(fā)送不同的控制命令，實現(xiàn)不同的優(yōu)先級策略。 缺點缺點是每個設(shè)備

35、與總線仲裁器之間都需要設(shè)置一條總線請求信號是每個設(shè)備與總線仲裁器之間都需要設(shè)置一條總線請求信號線和一條總線允許信號線。由于總線仲裁器電路在具體實現(xiàn)時，這線和一條總線允許信號線。由于總線仲裁器電路在具體實現(xiàn)時，這對信號線的數(shù)目是固定的，這意味著可以連接到總線上的設(shè)備的數(shù)對信號線的數(shù)目是固定的，這意味著可以連接到總線上的設(shè)備的數(shù)量實際上還會受到這對信號線數(shù)目的限制。同時也有可靠性不高的量實際上還會受到這對信號線數(shù)目的限制。同時也有可靠性不高的缺點。缺點。 分布式裁決方式分布式裁決方式 常見的分布裁決方式有三種：常見的分布裁決方式有三種： 自舉分布式自舉分布式 這也是使用多條請求線，不需要中心裁決器

36、，這也是使用多條請求線，不需要中心裁決器，每個設(shè)備每個設(shè)備獨立地獨立地決決定自己是否最高優(yōu)先級請求者定自己是否最高優(yōu)先級請求者。一般優(yōu)先級是固定的一般優(yōu)先級是固定的。在。在BUS裁決裁決期間，每個設(shè)備將有關(guān)請求線上的信號合成后取回分析，確定自己期間，每個設(shè)備將有關(guān)請求線上的信號合成后取回分析，確定自己能否擁有能否擁有BUS控制權(quán)。見圖所示?？刂茩?quán)。見圖所示。22 這種裁決方式的這種裁決方式的缺點缺點是需要較多的連線，所以許多是需要較多的連線，所以許多BUS用用DB作作為為BUS請求線。如請求線。如NuBus和和Macintoshll中的底板中的底板BUS。SCSI BUS也也采用了該方案。采用

37、了該方案。 沖突檢測分布裁決沖突檢測分布裁決 該方案中，每個設(shè)備獨立地請求該方案中，每個設(shè)備獨立地請求BUS，多個同時使用，多個同時使用BUS的設(shè)備的設(shè)備會產(chǎn)生沖突，這時檢測到?jīng)_突，按照某種策略在沖突的各方選擇一會產(chǎn)生沖突，這時檢測到?jīng)_突，按照某種策略在沖突的各方選擇一個設(shè)備。例個設(shè)備。例Ethernet使用偵聽延時的方法檢測使用偵聽延時的方法檢測BUS上是否有沖突。上是否有沖突。 并行競爭分布方式并行競爭分布方式 這是一種復(fù)雜但有效的裁決方案。這是一種復(fù)雜但有效的裁決方案。 基本思想是基本思想是：BUS上的每個設(shè)上的每個設(shè)備都有一個唯一的仲裁號備都有一個唯一的仲裁號，需要使用需要使用BUS的

38、主控設(shè)備把自己的仲裁的主控設(shè)備把自己的仲裁號送到仲裁線上號送到仲裁線上，每設(shè)備用并行競爭算法決定在一定的時間后占用每設(shè)備用并行競爭算法決定在一定的時間后占用23BUS，還是撤消仲裁號，還是撤消仲裁號。 并行競爭機(jī)制是這樣的并行競爭機(jī)制是這樣的：假定：假定BUS中有中有8根仲裁線根仲裁線AB07，需要使，需要使用用BUS控制的制備把自己的仲裁號送到這控制的制備把自己的仲裁號送到這8個仲裁線上，發(fā)送最大個仲裁線上，發(fā)送最大仲裁號的設(shè)備將獲得仲裁號的設(shè)備將獲得BUS使用權(quán)。使用權(quán)。 每個設(shè)備中的裁決邏輯如圖所示。設(shè)備和每個設(shè)備中的裁決邏輯如圖所示。設(shè)備和BUS采用相反的邏輯，采用相反的邏輯，設(shè)備中的

39、電路采用正邏輯設(shè)備中的電路采用正邏輯，而而BUS采用負(fù)邏輯采用負(fù)邏輯。24 所有參與本次競爭的各主設(shè)備所有參與本次競爭的各主設(shè)備(本例中共本例中共8個個)將設(shè)備競爭號將設(shè)備競爭號CN取反后打到仲裁總線取反后打到仲裁總線AB上，以實現(xiàn)上，以實現(xiàn)“線或線或”邏輯。邏輯。AB線低電平時線低電平時表示至少有一個主設(shè)備的表示至少有一個主設(shè)備的CNi為為1，AB線高電平時表示所有主設(shè)備線高電平時表示所有主設(shè)備的的CNi為為0。 競爭時競爭時CN與與AB逐位比較，從最高位逐位比較，從最高位(b7)至最低位至最低位(b0)以一維菊以一維菊花鏈方式進(jìn)行，只有上一位競爭得勝者花鏈方式進(jìn)行，只有上一位競爭得勝者Wi

40、+1位為位為1。當(dāng)。當(dāng)CNi=1，或，或CNi=0且且ABi為高電平時，才使為高電平時，才使Wi位為位為1位為位為1。若。若Wi+1位位=0時，將一時，將一直向下傳遞，使其競爭號后面的低位不能送上直向下傳遞，使其競爭號后面的低位不能送上AB線。線。 競爭不到的設(shè)備自動撤除其競爭號。在競爭期間，由于競爭不到的設(shè)備自動撤除其競爭號。在競爭期間，由于w位輸位輸入的作用，各設(shè)備在其內(nèi)部的入的作用，各設(shè)備在其內(nèi)部的CN線上保留其競爭號并不破壞線上保留其競爭號并不破壞AB線線上的信息。上的信息。 由于參加競爭的各設(shè)備速度不一致，這個比較過程反復(fù)由于參加競爭的各設(shè)備速度不一致，這個比較過程反復(fù)(自動自動)進(jìn)

41、行，才有最后穩(wěn)定的結(jié)果。競爭期的時間要足夠，保證最慢的設(shè)進(jìn)行，才有最后穩(wěn)定的結(jié)果。競爭期的時間要足夠，保證最慢的設(shè)備也能參與競爭。備也能參與競爭。 設(shè)設(shè)BUS上同時有兩臺設(shè)備請求使用上同時有兩臺設(shè)備請求使用BUS，它們的仲裁號分別是，它們的仲裁號分別是00000101， 00001010對裁決邏輯電路進(jìn)行分析，可以得出表所示的對裁決邏輯電路進(jìn)行分析，可以得出表所示的結(jié)果。結(jié)果。 25并行競爭裁決邏輯舉例分析結(jié)果并行競爭裁決邏輯舉例分析結(jié)果 裁決號裁決號1 裁決號裁決號2 裁決線電平裁決線電平裁決線邏輯裁決線邏輯CNABCNAB0高高0高高高高00高高0高高高高00高高0高高高高00高高1低低低

42、低11高高0高高高高00高高1低低低低11高高0高高高高0 這種方式與自舉分布式裁決算法相比，可以用較少裁決線掛接大這種方式與自舉分布式裁決算法相比，可以用較少裁決線掛接大量的設(shè)備量的設(shè)備。例如，假定仲裁線為。例如，假定仲裁線為8根，對于自舉分布式裁決只有根，對于自舉分布式裁決只有8 個個優(yōu)先級，而對于并行競爭裁決方式可有優(yōu)先級，而對于并行競爭裁決方式可有256個優(yōu)先級，仲裁號為個優(yōu)先級，仲裁號為255的設(shè)備優(yōu)先級最高，仲裁號為的設(shè)備優(yōu)先級最高，仲裁號為0的最低。的最低。Futurebus+bus標(biāo)準(zhǔn)使用這標(biāo)準(zhǔn)使用這種方案。種方案。 定時方式定時方式 總線定時方法是指為了協(xié)調(diào)總線上發(fā)生的事件所

43、采用的方法。總總線定時方法是指為了協(xié)調(diào)總線上發(fā)生的事件所采用的方法?？偩€上發(fā)生的事件是指那些為了使用總線傳輸信息，總線所做的各種線上發(fā)生的事件是指那些為了使用總線傳輸信息，總線所做的各種26必要的動作。必要的動作。 所謂方波信號所謂方波信號是指高、低電平具有相同持續(xù)時間的脈沖信號。從是指高、低電平具有相同持續(xù)時間的脈沖信號。從一個高電平有效開始到接下來的低電平結(jié)束一個高電平有效開始到接下來的低電平結(jié)束(即一個脈沖周期即一個脈沖周期)，在，在這里稱為一個時鐘周期，它定義了一個最基本的總線操作的時間單這里稱為一個時鐘周期，它定義了一個最基本的總線操作的時間單位。位。 BUS通信方式有四種通信方式有

44、四種：同步協(xié)議、異步協(xié)議、半同步協(xié)議和分離：同步協(xié)議、異步協(xié)議、半同步協(xié)議和分離事務(wù)協(xié)議。事務(wù)協(xié)議。 同步協(xié)議同步協(xié)議 從一個高電平有效開始到接下來的低電平結(jié)束從一個高電平有效開始到接下來的低電平結(jié)束(即一個脈沖周期即一個脈沖周期)，在這里稱為一個時鐘周期，它定義了一個最基本的總線操作的時在這里稱為一個時鐘周期，它定義了一個最基本的總線操作的時間單位。間單位。 線定義了等間隔的時間段，這個固定的時間線定義了等間隔的時間段，這個固定的時間段為一個時鐘周期，也稱段為一個時鐘周期，也稱BUS周期周期。該。該Clock信號有一個固定的通信號有一個固定的通信協(xié)議。例如，對于信協(xié)議。例如，對于PE- -M

45、M總線，如果執(zhí)行總線，如果執(zhí)行MEMR和和MEMW操操作，那么就會有如圖作，那么就會有如圖7.6所示的同步方式下具備讀和寫操作的協(xié)議。所示的同步方式下具備讀和寫操作的協(xié)議。27 異步協(xié)議異步協(xié)議 在采用異步定時的方法中，總線上一個事件的動作發(fā)生與否，依在采用異步定時的方法中，總線上一個事件的動作發(fā)生與否，依賴于前一個事件動作的執(zhí)行情況。賴于前一個事件動作的執(zhí)行情況。 一個異步一個異步BUS是非時鐘定時的。是非時鐘定時的。因此，一個異步因此，一個異步BUS能夠連接帶寬范圍很大的各種設(shè)備能夠連接帶寬范圍很大的各種設(shè)備。28 BUS加長時不必?fù)?dān)心時鐘偏移或同步問題。為了協(xié)調(diào)在發(fā)送和接加長時不必?fù)?dān)心時

46、鐘偏移或同步問題。為了協(xié)調(diào)在發(fā)送和接收兩者之間的數(shù)據(jù)傳送，一個異步收兩者之間的數(shù)據(jù)傳送，一個異步BUS必須使用一個握手協(xié)議。必須使用一個握手協(xié)議。 以一個設(shè)備從以一個設(shè)備從MM讀取一個字為例，讀取一個字為例，假定有以下三個控制線假定有以下三個控制線： ReadReq Ready Ack 下圖為異步通信協(xié)議示意圖下圖為異步通信協(xié)議示意圖3629 根據(jù)握手信號的相互作用方式，異步通信有根據(jù)握手信號的相互作用方式，異步通信有非互鎖、半互鎖和全非互鎖、半互鎖和全互鎖互鎖三種的可能方式，如下圖所示三種的可能方式，如下圖所示 非互鎖非互鎖 半互鎖半互鎖 全互鎖全互鎖 圖圖7-7 為異步方式下的讀總線周期異

47、步方式下的讀總線周期 30圖圖7-8為異步方式下的寫總線周期為異步方式下的寫總線周期 同步定時方式的優(yōu)點同步定時方式的優(yōu)點是系統(tǒng)中各個連接到總線的模塊的控制電路是系統(tǒng)中各個連接到總線的模塊的控制電路的實現(xiàn)和測試都比較簡單。的實現(xiàn)和測試都比較簡單。 缺點缺點是與異步定時方式相比，操作定時不夠靈活。因為連到同步是與異步定時方式相比，操作定時不夠靈活。因為連到同步總線上的所有設(shè)備都受到固定的時鐘頻率的約束，這意味著所有設(shè)總線上的所有設(shè)備都受到固定的時鐘頻率的約束，這意味著所有設(shè)備只能在同一速率下運行，性能較高的高速設(shè)備不能發(fā)揮其速度優(yōu)備只能在同一速率下運行，性能較高的高速設(shè)備不能發(fā)揮其速度優(yōu)勢，從而

48、不能給系統(tǒng)帶來性能提升。勢，從而不能給系統(tǒng)帶來性能提升。 31 異步定時方式優(yōu)點異步定時方式優(yōu)點無論是快速設(shè)備還是慢速設(shè)備，也無論是新設(shè)無論是快速設(shè)備還是慢速設(shè)備，也無論是新設(shè)備還是舊設(shè)備，它們都能比較容易地連接到總線上，通過總線實現(xiàn)備還是舊設(shè)備，它們都能比較容易地連接到總線上，通過總線實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)交換。它們之間的數(shù)據(jù)交換。 缺點缺點是控制電路實現(xiàn)起來較為復(fù)雜，代價也比較高。同時，由于是控制電路實現(xiàn)起來較為復(fù)雜，代價也比較高。同時，由于每次發(fā)送和接收數(shù)據(jù)都需要在總線的主、從設(shè)備之間多次交換信息每次發(fā)送和接收數(shù)據(jù)都需要在總線的主、從設(shè)備之間多次交換信息，所以數(shù)據(jù)傳輸效率較低。，所以數(shù)據(jù)傳輸

49、效率較低。 半同步協(xié)議方式半同步協(xié)議方式 異步通信方式的缺點異步通信方式的缺點是對噪聲較敏感是對噪聲較敏感。為解決這個問題，。為解決這個問題，一般在一般在異步異步BUS中引入時鐘信號，就緒和應(yīng)答等信號均在時鐘的上升沿有中引入時鐘信號，就緒和應(yīng)答等信號均在時鐘的上升沿有效效，這樣信號的有效時間僅限于時鐘到達(dá)的時刻，而不受其他時間，這樣信號的有效時間僅限于時鐘到達(dá)的時刻，而不受其他時間的信號干擾的信號干擾。這種所有事件都有由時鐘定時，但信息的交換由就緒。這種所有事件都有由時鐘定時，但信息的交換由就緒和應(yīng)答等信號控制的通信方式稱為和應(yīng)答等信號控制的通信方式稱為半同步通信方式半同步通信方式。圖。圖7.

50、9給出半同給出半同步通信協(xié)議示意圖。步通信協(xié)議示意圖。32 分離事務(wù)協(xié)議方式分離事務(wù)協(xié)議方式 當(dāng)有多個當(dāng)有多個BUS主控設(shè)備在主控設(shè)備在BUS上存在時，上存在時，增加有效增加有效BUS帶寬的另帶寬的另一個方法是在一個方法是在BUS事務(wù)執(zhí)行過程中，如果不需要使用事務(wù)執(zhí)行過程中，如果不需要使用BUS時，立即時，立即釋放釋放BUS，在其他，在其他 設(shè)備獲得設(shè)備獲得BUS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，原來釋放原來釋放BUS的事務(wù)的事務(wù)做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等非等非BUS數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鲾?shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鳌?3 分離事務(wù)協(xié)議是將一個傳輸操作事務(wù)過程分為分離事務(wù)協(xié)議是將一個傳輸操作事務(wù)過程分為兩個子過程

51、兩個子過程： 主控設(shè)備主控設(shè)備A在獲得在獲得BUS使用權(quán)后，將請求事務(wù)類型使用權(quán)后，將請求事務(wù)類型(即即BUS命令命令)、地址以及其他有關(guān)信息地址以及其他有關(guān)信息(如標(biāo)識主控設(shè)備身份的編號等如標(biāo)識主控設(shè)備身份的編號等)發(fā)送到發(fā)送到BUS上，從設(shè)備上，從設(shè)備B記錄下這些信息。主控設(shè)備在很短的時間內(nèi)發(fā)送完這記錄下這些信息。主控設(shè)備在很短的時間內(nèi)發(fā)送完這些信息后，立即釋放些信息后，立即釋放BUS，其他設(shè)備便可使用，其他設(shè)備便可使用BUS。 從設(shè)備收到主控設(shè)備從設(shè)備收到主控設(shè)備A發(fā)來的信息后，就按照其請求的命令進(jìn)發(fā)來的信息后，就按照其請求的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，當(dāng)準(zhǔn)備好設(shè)備行相應(yīng)的操作，當(dāng)準(zhǔn)備好設(shè)備A所

52、需的數(shù)據(jù)后，設(shè)備所需的數(shù)據(jù)后，設(shè)備B便申請使用便申請使用BUS，一旦獲得使用權(quán)后，則設(shè)備，一旦獲得使用權(quán)后，則設(shè)備B就將設(shè)備就將設(shè)備A的編號及所需的數(shù)的編號及所需的數(shù)據(jù)等送據(jù)等送BUS上，這樣設(shè)備上，這樣設(shè)備A便可接收數(shù)據(jù)。便可接收數(shù)據(jù)。 下圖給出了分離事務(wù)下圖給出了分離事務(wù)BUS的定時示意圖。的定時示意圖。 34 分離通信方式的優(yōu)點：分離通信方式的優(yōu)點：通過在不傳送數(shù)據(jù)期間釋放通過在不傳送數(shù)據(jù)期間釋放BUS，使得其，使得其他申請者能使用他申請者能使用BUS，實現(xiàn)一個，實現(xiàn)一個BUS為多個主從設(shè)備間進(jìn)行交叉并為多個主從設(shè)備間進(jìn)行交叉并行式的信息傳送，改進(jìn)了整個系統(tǒng)的有效帶寬。行式的信息傳送，改

53、進(jìn)了整個系統(tǒng)的有效帶寬。 不足之處不足之處：可能會增加完成一個事務(wù)時間。：可能會增加完成一個事務(wù)時間。35 對于對于MM讀操作，分離事務(wù)協(xié)議可按下述步驟進(jìn)行讀操作，分離事務(wù)協(xié)議可按下述步驟進(jìn)行： BUS主控設(shè)備向主控設(shè)備向MM發(fā)出信號，送出地址和請求類型。發(fā)出信號，送出地址和請求類型。 當(dāng)當(dāng)MM回答完請求后，回答完請求后，BUS主控設(shè)備釋放所有控制權(quán)。主控設(shè)備釋放所有控制權(quán)。 MM訪問開始，訪問開始，BUS被釋放為空閑，以便在被釋放為空閑，以便在MM訪問期間向訪問期間向其他其他BUS主控設(shè)備能使用主控設(shè)備能使用BUS。 MM向主控設(shè)備發(fā)信號表示數(shù)據(jù)已經(jīng)可用。向主控設(shè)備發(fā)信號表示數(shù)據(jù)已經(jīng)可用。

54、主控設(shè)備通過主控設(shè)備通過BUS接收數(shù)據(jù)，并向接收數(shù)據(jù)，并向MM指示它已獲得數(shù)據(jù)，指示它已獲得數(shù)據(jù)，MM可以從可以從BUS上撤消信息。上撤消信息。 BUS帶寬帶寬 一般情況下同步一般情況下同步BUS比異步比異步BUS快?？?。 設(shè)同步時鐘周期為設(shè)同步時鐘周期為50ns，每次，每次BUS傳輸花傳輸花1個時鐘周期個時鐘周期;異步異步BUS每次握手需要每次握手需要40ns，兩種，兩種BUS數(shù)據(jù)都是數(shù)據(jù)都是32位寬，存儲器的存儲周期位寬，存儲器的存儲周期為為200ns，則，則 同步同步BUS所需的步驟和時間：所需的步驟和時間： 發(fā)送地址和讀命令到發(fā)送地址和讀命令到MM：50ns。 MM讀數(shù)據(jù)：讀數(shù)據(jù)：20

55、0ns。 傳送數(shù)據(jù)到設(shè)備：傳送數(shù)據(jù)到設(shè)備：50ns。 所花總時間為所花總時間為300ns，即帶寬，即帶寬4B/300ns=13.3MB/s。 36 異步異步BUS所需的步驟和時間：所需的步驟和時間： 由異步通信協(xié)議可知，異步由異步通信協(xié)議可知，異步BUS通信需要通信需要7步。步。 第步第步 ：40ns。 第步和存儲器訪問時間重疊，故所花時間：第步和存儲器訪問時間重疊，故所花時間： max(3 40ns，200ns)=200ns。 第步為握手時間：第步為握手時間：3 40ns=120ns。 所花總時間為所花總時間為40+200+120=360ns，即帶寬，即帶寬=4B/360ns = 11.1M

56、B/s。 顯然同步顯然同步BUS比異步比異步BUS快。快。 異步異步BUS比同步比同步BUS能更好地適應(yīng)技術(shù)改變，支持更大范圍內(nèi)的能更好地適應(yīng)技術(shù)改變，支持更大范圍內(nèi)的響應(yīng)速度。大多數(shù)響應(yīng)速度。大多數(shù)I/O BUS采用異步通信。采用異步通信。 數(shù)據(jù)傳輸類型數(shù)據(jù)傳輸類型 總線上的一次數(shù)據(jù)傳輸包括兩個階段總線上的一次數(shù)據(jù)傳輸包括兩個階段：地址、命令階段和數(shù)據(jù)傳：地址、命令階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。輸階段。 圖圖7- -9所示為通?？偩€所支持的各種數(shù)據(jù)傳輸類型。所示為通?？偩€所支持的各種數(shù)據(jù)傳輸類型。 實際上所有的總線都會支持兩個最基本的總線操作實際上所有的總線都會支持兩個最基本的總線操作：讀操作：讀操作

57、(總總線的從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到主控設(shè)備線的從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到主控設(shè)備)和寫操作和寫操作(總線的主控設(shè)備發(fā)送數(shù)總線的主控設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到從設(shè)備據(jù)到從設(shè)備)。 數(shù)據(jù)傳輸類型數(shù)據(jù)傳輸類型就是指讀寫操作在各種類型總線上的各種實現(xiàn)方就是指讀寫操作在各種類型總線上的各種實現(xiàn)方法。法。 37 地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線方式地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線方式 專用信號線方式專用信號線方式 一些總線還支持某些聯(lián)合操作一些總線還支持某些聯(lián)合操作。例如，讀一修改一寫操作就是在。例如，讀一修改一寫操作就是在讀操作之后對同一單元立即實施寫操作，這樣數(shù)據(jù)單元的地址只需讀操作之后對同一單元立即實施寫操作，這樣數(shù)據(jù)單元的地址只需在操作開始時發(fā)送

58、一次即可，且整個操作是不間斷地連續(xù)執(zhí)行的，在操作開始時發(fā)送一次即可，且整個操作是不間斷地連續(xù)執(zhí)行的，38這樣可以防止其他潛在的總線主控設(shè)備這樣可以防止其他潛在的總線主控設(shè)備(如其他處理機(jī)如其他處理機(jī))在操作執(zhí)行在操作執(zhí)行期間對目標(biāo)數(shù)據(jù)單元的訪問。這樣做的主要目的是在多道程序執(zhí)行期間對目標(biāo)數(shù)據(jù)單元的訪問。這樣做的主要目的是在多道程序執(zhí)行的環(huán)境下，確保保存在共享存儲資源中的數(shù)據(jù)的一致性。的環(huán)境下，確保保存在共享存儲資源中的數(shù)據(jù)的一致性。 寫后讀操作也是一個不可分割的連續(xù)操作。寫后讀操作也是一個不可分割的連續(xù)操作。 有些總線還支持?jǐn)?shù)據(jù)塊傳輸方式有些總線還支持?jǐn)?shù)據(jù)塊傳輸方式(burst mode)，也

59、稱為連續(xù)數(shù)據(jù)，也稱為連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸方式、突發(fā)傳輸方式、突發(fā)(猝發(fā)或迸發(fā)猝發(fā)或迸發(fā))數(shù)據(jù)傳輸方式或成組數(shù)據(jù)傳輸方式。數(shù)據(jù)傳輸方式或成組數(shù)據(jù)傳輸方式。在這種情形下，在一個地址、命令階段后，或者說給出了第一個數(shù)在這種情形下，在一個地址、命令階段后，或者說給出了第一個數(shù)據(jù)所在存儲單元的地址之后，可以有多個數(shù)據(jù)傳送操作，即可以讀據(jù)所在存儲單元的地址之后，可以有多個數(shù)據(jù)傳送操作，即可以讀寫連續(xù)的多個數(shù)據(jù)單元。寫連續(xù)的多個數(shù)據(jù)單元。 7.3.2 總線的實現(xiàn)總線的實現(xiàn) 目前廣泛采用兩種方案來解決上述問題，即集電極開路與非門目前廣泛采用兩種方案來解決上述問題，即集電極開路與非門(OC門門)電路和三態(tài)門電路。電路和

60、三態(tài)門電路。 采用集電極開路與非門電路實現(xiàn)總線采用集電極開路與非門電路實現(xiàn)總線 圖圖7-10采用集電極采用集電極開路門構(gòu)造的總線開路門構(gòu)造的總線 在圖在圖7-10所示的例子中，兩個所示的例子中，兩個OC門的輸出連門的輸出連接到一起形成輸出信號接到一起形成輸出信號F，它們的邏輯關(guān)系為，它們的邏輯關(guān)系為F=S1X1S2X2或或F=S1X1+S2X2。39 采用三態(tài)門電路實現(xiàn)總線采用三態(tài)門電路實現(xiàn)總線 目前計算機(jī)系統(tǒng)在總線的物理實現(xiàn)上，主要采用三態(tài)門電路和傳目前計算機(jī)系統(tǒng)在總線的物理實現(xiàn)上，主要采用三態(tài)門電路和傳輸線來進(jìn)行構(gòu)造。輸線來進(jìn)行構(gòu)造。 圖圖7- -11給出了使用三態(tài)門電路實現(xiàn)的給出了使用三