第06章 總線系統(tǒng)

1、n總線的概述總線的概述n總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu)n總線接口總線接口n總線的仲裁，通信控制總線的仲裁，通信控制第六章第六章 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線總線的概述總線的概述n定義：定義：構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互連機(jī)構(gòu)互連機(jī)構(gòu)，是多個(gè)系統(tǒng)功，是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的總線分類（按連接部件的不同分）：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的總線分類（按連接部件的不同分）： 1 1）內(nèi)部總線：）內(nèi)部總線：CPUCPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線；間的總線； 2 2）系統(tǒng)總線：）系統(tǒng)總線：CPUCPU同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他功能部件，同

2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他功能部件，如存儲(chǔ)器、如存儲(chǔ)器、I/OI/O接口等互相連接的總線。按系統(tǒng)傳輸接口等互相連接的總線。按系統(tǒng)傳輸信息的不同分：信息的不同分：數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線；數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線； 3)I/O3)I/O總線：總線：中、低速中、低速I(mǎi)/OI/O設(shè)備之間互相連接的總線；設(shè)備之間互相連接的總線；1 1）波特率：波特率：每秒鐘通過(guò)信道傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)每秒鐘通過(guò)信道傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)2 2）比特率：比特率：每秒鐘通過(guò)信道傳輸?shù)挠行ФM(jìn)制位數(shù)每秒鐘通過(guò)信道傳輸?shù)挠行ФM(jìn)制位數(shù) 假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是120120個(gè)字符個(gè)字符/ /秒，每一個(gè)字符秒，每一個(gè)字符格式規(guī)定

3、包含格式規(guī)定包含1010個(gè)數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)據(jù)位( (起始位、停止位、起始位、停止位、8 8個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位) )，問(wèn)傳送的波特?cái)?shù)是多少，問(wèn)傳送的波特?cái)?shù)是多少? ?比特率是多少？比特率是多少？ 解答：每秒波特?cái)?shù)為：解答：每秒波特?cái)?shù)為：1010位位120/120/秒秒=1200=1200波特，波特， 波特率為波特率為1200b/s1200b/s 比特率為：比特率為：120012008/108/10960b/s960b/s基本概念基本概念3 3）傳送寬度：傳送寬度：獲得總線使用權(quán)后，在一次總線操作獲得總線使用權(quán)后，在一次總線操作中通過(guò)總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。中通過(guò)總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。4 4）總線周期：總線周期

4、：一次總線操作所需要的時(shí)間一次總線操作所需要的時(shí)間5 5）總線帶寬（數(shù)據(jù)傳輸率）：總線帶寬（數(shù)據(jù)傳輸率）：每秒傳送的每秒傳送的字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù) = = 傳送寬度傳送寬度/(8/(8* *總線周期總線周期) )，一般用，一般用MB/SMB/S為單位為單位例：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 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)鐘頻率為期，總線時(shí)鐘頻率為33MHz33MHz，則總線帶寬是多少，則總線帶寬是多少? ? (2) (2)如果一個(gè)總線周期中并行傳送如果一個(gè)總線周期中并行傳送

5、6464位數(shù)據(jù)，總位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為線時(shí)鐘頻率升為66MHz66MHz，則總線帶寬是多少，則總線帶寬是多少? ?1)1)設(shè)總線帶寬用設(shè)總線帶寬用DrDr表示，總線時(shí)鐘周期用表示，總線時(shí)鐘周期用T=1/fT=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 D表示，根據(jù)定義可得表示，根據(jù)定義可得 Dr = D/T = DDr = D/T = D1/T = D1/T = Df f =4B =4B33331000000/s=132MB/s1000000/s=132MB/s(2)64(2)64位位=8B=8B， Dr= DDr= Df f =8B=8B6666100000

6、0/s=528MB/s 1000000/s=528MB/s 得出結(jié)論：得出結(jié)論：總線時(shí)鐘頻率越高，傳送的寬總線時(shí)鐘頻率越高，傳送的寬度越寬，那么總線的帶寬就越大。度越寬，那么總線的帶寬就越大。解答解答總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu)1 1、單總線結(jié)構(gòu)：、單總線結(jié)構(gòu)：用一條單一的系統(tǒng)總線來(lái)連接用一條單一的系統(tǒng)總線來(lái)連接CPUCPU、主、主存和存和I/OI/O設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：允許允許I/OI/O設(shè)備之間或設(shè)備之間或I/OI/O設(shè)備與內(nèi)存之間直接交設(shè)備與內(nèi)存之間直接交換信息，只需要換信息，只需要CPUCPU分配使用權(quán)。各大功能部件分時(shí)享分配使用權(quán)。各大功能部件分時(shí)享用總

7、線資源用總線資源 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：全部系統(tǒng)的部件連接在一組總線上，總線的負(fù)全部系統(tǒng)的部件連接在一組總線上，總線的負(fù)載很重。載很重。2 2、以存儲(chǔ)器為中心雙總線結(jié)構(gòu)：、以存儲(chǔ)器為中心雙總線結(jié)構(gòu)：CPUCPU和主存之間專門(mén)和主存之間專門(mén)設(shè)置了一組高速的內(nèi)存總線，使設(shè)置了一組高速的內(nèi)存總線，使CPUCPU可通過(guò)專用總線與可通過(guò)專用總線與存儲(chǔ)器交換信息，減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)，同時(shí)主存存儲(chǔ)器交換信息，減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)，同時(shí)主存仍可通過(guò)系統(tǒng)總線與外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)仍可通過(guò)系統(tǒng)總線與外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)DMADMA操作，而不必經(jīng)操作，而不必經(jīng)過(guò)過(guò)CPUCPU。當(dāng)然這種雙總線系統(tǒng)以增加硬件為代價(jià)。當(dāng)然這種雙總線系統(tǒng)以增加硬

8、件為代價(jià)。3 3、三總線結(jié)構(gòu)：、三總線結(jié)構(gòu)：在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加I/OI/O總線形成的。總線形成的?？偩€的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu)n通道實(shí)際上是一臺(tái)具有特殊功能的處理器，又稱通道實(shí)際上是一臺(tái)具有特殊功能的處理器，又稱為為IOP(I/OIOP(I/O處理器處理器),),它分擔(dān)了一部分它分擔(dān)了一部分CPUCPU的功能，以的功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的統(tǒng)一管理及外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的統(tǒng)一管理及外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送送n系統(tǒng)總線：用于連接系統(tǒng)總線：用于連接CPUCPU與通道以及通道與存儲(chǔ)器與通道以及通道與存儲(chǔ)器之間的總線之間的總線n內(nèi)存總線：用于內(nèi)存總線：用于CPUCPU與內(nèi)存

9、之間傳送地址、數(shù)據(jù)和與內(nèi)存之間傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息控制信息nI/OI/O總線：用于連接各種外設(shè)之間的總線?？偩€：用于連接各種外設(shè)之間的總線。三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)1. 1. 最大存儲(chǔ)容量最大存儲(chǔ)容量n在單總線系統(tǒng)中，外設(shè)與內(nèi)存統(tǒng)一編址，在單總線系統(tǒng)中，外設(shè)與內(nèi)存統(tǒng)一編址，最大主存容量容易受到外設(shè)數(shù)量的影響。最大主存容量容易受到外設(shè)數(shù)量的影響。n在雙總線系統(tǒng)中，對(duì)主存和外設(shè)進(jìn)行存在雙總線系統(tǒng)中，對(duì)主存和外設(shè)進(jìn)行存取的判斷是利用各自的指令操作碼。由取的判斷是利用各自的指令操作碼。由于主存地址和外設(shè)地址出現(xiàn)于不同的總于主存地址和外設(shè)地址出現(xiàn)于不同的總線上，所以存儲(chǔ)容量不會(huì)受到外圍設(shè)備線上，所以存儲(chǔ)

10、容量不會(huì)受到外圍設(shè)備多少的影響。多少的影響?？偩€的結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)性能的影響總線的結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)性能的影響2. 2. 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) n在雙總線系統(tǒng)中，在雙總線系統(tǒng)中，CPUCPU對(duì)存儲(chǔ)總線和系統(tǒng)總線必對(duì)存儲(chǔ)總線和系統(tǒng)總線必須有不同的指令系統(tǒng)。須有不同的指令系統(tǒng)。n在單總線系統(tǒng)中，訪問(wèn)主存和在單總線系統(tǒng)中，訪問(wèn)主存和I/OI/O傳送可使用相傳送可使用相同的操作碼，使用相同的指令，但它們使用不同的操作碼，使用相同的指令，但它們使用不同的地址。同的地址。3. 3. 吞吐量吞吐量n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的吞吐量是指流入、處理和流出系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的吞吐量是指流入、處理和流出系統(tǒng)的信息的速率。它取決于信息能夠多快地輸統(tǒng)的

11、信息的速率。它取決于信息能夠多快地輸入內(nèi)存，入內(nèi)存，CPUCPU能夠多快地取指令，數(shù)據(jù)能夠多快能夠多快地取指令，數(shù)據(jù)能夠多快地從內(nèi)存取出或存入，以及所得結(jié)果能夠多快地從內(nèi)存取出或存入，以及所得結(jié)果能夠多快地從內(nèi)存送給一臺(tái)外圍設(shè)備。地從內(nèi)存送給一臺(tái)外圍設(shè)備?？偩€的結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)性能的影響總線的結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)性能的影響n早期的總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)：早期的總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)：這些線按其功這些線按其功能可分為三類：地址線、數(shù)據(jù)線和控能可分為三類：地址線、數(shù)據(jù)線和控制線。制線。 簡(jiǎn)單總線結(jié)構(gòu)的不足之處在于：簡(jiǎn)單總線結(jié)構(gòu)的不足之處在于： 第一第一CPUCPU是總線上的唯一主控者。是總線上的唯一主控者。 第二第二總線信號(hào)是總

12、線信號(hào)是CPUCPU引腳信號(hào)的延引腳信號(hào)的延伸，故總線結(jié)構(gòu)緊密與伸，故總線結(jié)構(gòu)緊密與CPUCPU相關(guān)，通用相關(guān)，通用性較差性較差總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)前流行的總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分成如下四部分：當(dāng)前流行的總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分成如下四部分：1 1）數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。組成。2 2）仲裁總線：包括總線請(qǐng)求線和總線授權(quán)線。仲裁總線：包括總線請(qǐng)求線和總線授權(quán)線。3 3）中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級(jí)的中斷中斷和同步總線：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。操作，包括中斷請(qǐng)求線和中斷認(rèn)可線。4 4）公用線：包括時(shí)鐘信號(hào)線、

13、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)線等。系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時(shí)序信號(hào)線等?？偩€的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu)。在這種大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，速度差異較大的設(shè)備模塊使用不同速度的結(jié)構(gòu)中，速度差異較大的設(shè)備模塊使用不同速度的總線，而速度相近的設(shè)備模塊使用同一類總線?？偩€，而速度相近的設(shè)備模塊使用同一類總線。pentiumpentium計(jì)算機(jī)主板的總線結(jié)構(gòu)包含了下幾種總線：計(jì)算機(jī)主板的總線結(jié)構(gòu)包含了下幾種總線：CPUCPU總線：總線：它它是一個(gè)是一個(gè)6464位數(shù)據(jù)線和位數(shù)據(jù)線和323

14、2位地址線的總線。位地址線的總線。PCIPCI總線（外部設(shè)備互聯(lián)總線）總線（外部設(shè)備互聯(lián)總線） ：用于連接高速的用于連接高速的I/OI/O設(shè)備模塊。通過(guò)設(shè)備模塊。通過(guò)“橋橋”芯片，上面與更高速的芯片，上面與更高速的CPUCPU總總線相連，下面與低速的線相連，下面與低速的ISAISA總線相接。支持即插即用?？偩€相接。支持即插即用。ISAISA總線：總線：pentiumpentium機(jī)使用該總線與低速機(jī)使用該總線與低速I(mǎi)/OI/O設(shè)備連接設(shè)備連接總線結(jié)構(gòu)舉例總線結(jié)構(gòu)舉例鍵鍵 盤(pán)盤(pán) 鍵盤(pán)接口鍵盤(pán)接口 顯示器顯示器 顯示卡顯示卡鼠鼠 標(biāo)標(biāo) 串行接口串行接口 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 網(wǎng)卡網(wǎng)卡 打印機(jī)打印機(jī) 并行接口

15、并行接口 音箱、麥可風(fēng)音箱、麥可風(fēng) 聲卡聲卡IDE2Pentium III北橋北橋440BX南橋南橋PIIX4ECMOS & RTCUSB超級(jí)超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI 插槽插槽ISA 插槽插槽內(nèi)存條內(nèi)存條ROM BIOS顯顯示示器器硬盤(pán)硬盤(pán)光驅(qū)光驅(qū)軟驅(qū)軟驅(qū)鍵盤(pán)鼠標(biāo)鍵盤(pán)鼠標(biāo)打印機(jī)打印機(jī)MODEM顯卡顯卡ISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北橋北橋芯片組芯片組南橋南橋芯片組芯片組內(nèi)存插槽內(nèi)存插槽CPU插槽插槽IDE接口接口軟驅(qū)接口軟驅(qū)接口并口連接器并口連接器串口連接器串口連接器ROM BIOS鼠標(biāo)鍵盤(pán)鼠標(biāo)鍵盤(pán)USB接口接口主板主板電

16、源電源插座插座nCPUCPU總線、總線、PCIPCI總線、總線、ISAISA總線通過(guò)兩個(gè)總線通過(guò)兩個(gè)“橋橋”芯片連成整體。橋芯片在此起到了信號(hào)速度芯片連成整體。橋芯片在此起到了信號(hào)速度緩沖、電平轉(zhuǎn)換和控制協(xié)議的轉(zhuǎn)換作用。通緩沖、電平轉(zhuǎn)換和控制協(xié)議的轉(zhuǎn)換作用。通過(guò)橋?qū)深惒煌目偩€過(guò)橋?qū)深惒煌目偩€“粘合粘合”在一起的技在一起的技術(shù)特別適合于系統(tǒng)的術(shù)特別適合于系統(tǒng)的升級(jí)換代升級(jí)換代。npentiumpentium個(gè)人機(jī)總線系統(tǒng)中有一個(gè)核心邏輯芯個(gè)人機(jī)總線系統(tǒng)中有一個(gè)核心邏輯芯片組，簡(jiǎn)稱片組，簡(jiǎn)稱PCIPCI芯片組芯片組，它，它包括主存控制器和包括主存控制器和cachecache控制器芯片、北橋

17、芯片和南橋芯片控制器芯片、北橋芯片和南橋芯片。n數(shù)字計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)，它們或用電數(shù)字計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)，它們或用電位的高、低來(lái)表示，或用脈沖的有、無(wú)位的高、低來(lái)表示，或用脈沖的有、無(wú)來(lái)表示。來(lái)表示。n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，傳輸信息采用三種方式：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，傳輸信息采用三種方式：串行傳送、并行傳送串行傳送、并行傳送和和分時(shí)傳送分時(shí)傳送。但是。但是出于速度和效率上的考慮，系統(tǒng)總線上出于速度和效率上的考慮，系統(tǒng)總線上傳送的信息必須采用傳送的信息必須采用并行傳送并行傳送方式。方式。信息的傳送方式信息的傳送方式信息的傳送方式信息的傳送方式1.1.串行傳送串行傳送 在串行傳送時(shí)，被傳送的數(shù)據(jù)需要在發(fā)送部件進(jìn)行

18、并在串行傳送時(shí)，被傳送的數(shù)據(jù)需要在發(fā)送部件進(jìn)行并-串變換，這稱為串變換，這稱為拆卸拆卸；而在接收部件又需要進(jìn)行串；而在接收部件又需要進(jìn)行串-并變換，這稱為并變換，這稱為裝配裝配。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：只需要一條傳輸線，這一點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)距離傳輸顯得只需要一條傳輸線，這一點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)距離傳輸顯得特別重要，不管傳送的數(shù)據(jù)量有多少，只需要一條傳特別重要，不管傳送的數(shù)據(jù)量有多少，只需要一條傳輸線，成本比較低廉。輸線，成本比較低廉。2.2.并行傳送并行傳送 對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要單獨(dú)一條傳輸線。信息有多少二對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要單獨(dú)一條傳輸線。信息有多少二進(jìn)制位組成，就需要多少條傳輸線，從而使得二進(jìn)制進(jìn)制位組成，就需要多少條傳輸線，

19、從而使得二進(jìn)制數(shù)數(shù)“0”0”或或“1”1”在不同的線上同時(shí)進(jìn)行傳送。在不同的線上同時(shí)進(jìn)行傳送。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：并行傳送一般采用電位傳送。由于所有的位同并行傳送一般采用電位傳送。由于所有的位同時(shí)被傳送，所以并行數(shù)據(jù)傳送比串行數(shù)據(jù)傳送快得多。時(shí)被傳送，所以并行數(shù)據(jù)傳送比串行數(shù)據(jù)傳送快得多。3 3、分時(shí)傳送、分時(shí)傳送n采用總線復(fù)用方式，某個(gè)傳輸線上既傳送采用總線復(fù)用方式，某個(gè)傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息。為此必須劃地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息。為此必須劃分時(shí)間片，以便在不同的時(shí)間間隔中完成分時(shí)間片，以便在不同的時(shí)間間隔中完成傳送地址和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。傳送地址和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。n分時(shí)傳送的另一種概

20、念是共享總線的部件分時(shí)傳送的另一種概念是共享總線的部件分時(shí)使用總線。分時(shí)使用總線。信息的傳送方式信息的傳送方式 定義：定義：接口即接口即I/OI/O設(shè)備適配器設(shè)備適配器，具體指，具體指CPUCPU和主存、外圍設(shè)備之間通過(guò)總線進(jìn)和主存、外圍設(shè)備之間通過(guò)總線進(jìn)行連接的邏輯部件。行連接的邏輯部件。接口部件在連接的兩個(gè)部件之間起著接口部件在連接的兩個(gè)部件之間起著“轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器”的作用，以便實(shí)現(xiàn)彼此之的作用，以便實(shí)現(xiàn)彼此之間的信息傳送。間的信息傳送。接口概念接口概念1.1.控制控制 接口靠程序的指令信息來(lái)控制外圍設(shè)備的動(dòng)作，如接口靠程序的指令信息來(lái)控制外圍設(shè)備的動(dòng)作，如啟動(dòng)、關(guān)閉設(shè)備等。啟動(dòng)、關(guān)閉設(shè)備等

21、。2.2.緩沖緩沖接口在外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他部件之間用作為接口在外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他部件之間用作為一個(gè)緩沖器，以補(bǔ)償各種設(shè)備在速度上的差異。一個(gè)緩沖器，以補(bǔ)償各種設(shè)備在速度上的差異。3.3.狀態(tài)狀態(tài)接口監(jiān)視外圍設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。狀接口監(jiān)視外圍設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。狀態(tài)信息包括數(shù)據(jù)態(tài)信息包括數(shù)據(jù)“準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒”、“忙忙”、“錯(cuò)誤錯(cuò)誤”等等，供等等，供CPUCPU詢問(wèn)外圍設(shè)備時(shí)進(jìn)行分析之用。詢問(wèn)外圍設(shè)備時(shí)進(jìn)行分析之用。4.4.轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換接口可以完成任何要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，例如并串接口可以完成任何要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，例如并串轉(zhuǎn)換或串并轉(zhuǎn)換，因此數(shù)據(jù)能在外圍設(shè)備和轉(zhuǎn)換或串并轉(zhuǎn)換，

22、因此數(shù)據(jù)能在外圍設(shè)備和CPUCPU之間正確地進(jìn)行傳送。之間正確地進(jìn)行傳送。典型的接口通常具有如下功能：典型的接口通常具有如下功能：5.5.整理整理接口可以完成一些特別的功能，例如在需要時(shí)接口可以完成一些特別的功能，例如在需要時(shí)可以修改字計(jì)數(shù)器或當(dāng)前內(nèi)存地址寄存器可以修改字計(jì)數(shù)器或當(dāng)前內(nèi)存地址寄存器6.6.程序中斷程序中斷每當(dāng)外圍設(shè)備向每當(dāng)外圍設(shè)備向CPUCPU請(qǐng)求某種動(dòng)作時(shí)，接口即發(fā)請(qǐng)求某種動(dòng)作時(shí)，接口即發(fā)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)到生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)到CPUCPU。事實(shí)上，一個(gè)適配器必有事實(shí)上，一個(gè)適配器必有兩個(gè)接口兩個(gè)接口：一是一是和系統(tǒng)總線的接口，和系統(tǒng)總線的接口，CPUCPU和適配器的數(shù)據(jù)交和

23、適配器的數(shù)據(jù)交換一定的是并行方式；換一定的是并行方式；二是二是和外設(shè)的接口，適配器和外設(shè)的數(shù)據(jù)交換和外設(shè)的接口，適配器和外設(shè)的數(shù)據(jù)交換可能是并行方式，也可能是串行方式?？赡苁遣⑿蟹绞?，也可能是串行方式。總線的仲裁總線的仲裁提出問(wèn)題：提出問(wèn)題：總線連接若干部件，在某時(shí)刻究竟允許哪總線連接若干部件，在某時(shí)刻究竟允許哪個(gè)部件發(fā)送信息；如何知道信息已發(fā)送完畢；如何防個(gè)部件發(fā)送信息；如何知道信息已發(fā)送完畢；如何防止信息丟失；如何避免多個(gè)部件同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。止信息丟失；如何避免多個(gè)部件同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)?？偩€上的設(shè)備，分為主設(shè)備和從設(shè)備，主設(shè)備有總線總線上的設(shè)備，分為主設(shè)備和從設(shè)備，主設(shè)備有總線控制權(quán)，從設(shè)備只能

24、響應(yīng)總線命令，所以總線控制權(quán)控制權(quán)，從設(shè)備只能響應(yīng)總線命令，所以總線控制權(quán)的爭(zhēng)奪出現(xiàn)在主設(shè)備之間。的爭(zhēng)奪出現(xiàn)在主設(shè)備之間。 解決方法解決方法（總線仲裁總線仲裁）：解決多個(gè)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用總線：解決多個(gè)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用總線的管理問(wèn)題，由總線仲裁邏輯線路通過(guò)判別主設(shè)備的的管理問(wèn)題，由總線仲裁邏輯線路通過(guò)判別主設(shè)備的優(yōu)先使用權(quán)來(lái)完成。有優(yōu)先使用權(quán)來(lái)完成。有分集中式仲裁，分布式仲裁。分集中式仲裁，分布式仲裁。集中式仲裁集中式仲裁 方式方式: :每個(gè)功能模塊有兩條線連到中央仲裁器：一每個(gè)功能模塊有兩條線連到中央仲裁器：一條是送往仲裁器的總線條是送往仲裁器的總線請(qǐng)求信號(hào)線請(qǐng)求信號(hào)線BRBR，一條是仲裁，一條是仲裁

25、器送出的器送出的總線授權(quán)信號(hào)線總線授權(quán)信號(hào)線BGBG1 1、菊花鏈?zhǔn)讲樵兎绞健⒕栈ㄦ準(zhǔn)讲樵兎绞?主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：總線授權(quán)信號(hào)總線授權(quán)信號(hào)BGBG串行地從一個(gè)串行地從一個(gè)I/OI/O接口接口傳送到下一個(gè)傳送到下一個(gè)I/OI/O接口。假如接口。假如BGBG到達(dá)的接口無(wú)總線到達(dá)的接口無(wú)總線請(qǐng)求，則繼續(xù)往下查詢；假如請(qǐng)求，則繼續(xù)往下查詢；假如BGBG到達(dá)的接口有總線到達(dá)的接口有總線請(qǐng)求，請(qǐng)求，BGBG信號(hào)便不再往下查詢，該信號(hào)便不再往下查詢，該I/OI/O接口獲得了接口獲得了總線控制權(quán)。離中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)總線控制權(quán)。離中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先級(jí)，通過(guò)接口的優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)

26、。先級(jí)，通過(guò)接口的優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): : 只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線仲裁，很容易擴(kuò)充設(shè)備。實(shí)現(xiàn)總線仲裁，很容易擴(kuò)充設(shè)備。缺點(diǎn)缺點(diǎn): : 對(duì)詢問(wèn)鏈的電路故障很敏感，如果第對(duì)詢問(wèn)鏈的電路故障很敏感，如果第i i個(gè)設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路有故障，個(gè)設(shè)備的接口中有關(guān)鏈的電路有故障，那么第那么第i i個(gè)以后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作。個(gè)以后的設(shè)備都不能進(jìn)行工作。查詢鏈的優(yōu)先級(jí)是固定的，如果優(yōu)先級(jí)高查詢鏈的優(yōu)先級(jí)是固定的，如果優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備出現(xiàn)頻繁的請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的的設(shè)備出現(xiàn)頻繁的請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的設(shè)備可能長(zhǎng)期不能使用總線。設(shè)備可能長(zhǎng)期不能使用總

27、線。 總線上的任一設(shè)備要求使用總線時(shí)，通過(guò)總線上的任一設(shè)備要求使用總線時(shí)，通過(guò)BRBR線發(fā)出總線請(qǐng)求。中央仲裁器接到請(qǐng)求信線發(fā)出總線請(qǐng)求。中央仲裁器接到請(qǐng)求信號(hào)以后，在號(hào)以后，在BSBS線為線為“0”0”的情況下讓計(jì)數(shù)器的情況下讓計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過(guò)一組地址線發(fā)向各開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過(guò)一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接口都有一個(gè)設(shè)備地址判設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接口都有一個(gè)設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請(qǐng)求總線別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請(qǐng)求總線的設(shè)備地址相一致時(shí)，該設(shè)備置的設(shè)備地址相一致時(shí)，該設(shè)備置BSBS線為線為“1” 1” ，獲得了總線使用權(quán)，此時(shí)中止計(jì)，獲得了總線使用權(quán)，此時(shí)中止計(jì)數(shù)

28、及查詢。數(shù)及查詢。2 2、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢（采用計(jì)數(shù)器控制總線使用權(quán)）（采用計(jì)數(shù)器控制總線使用權(quán)）計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢舉例：計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢舉例：1 1）設(shè)計(jì)數(shù)初值為設(shè)計(jì)數(shù)初值為0000 若若BR1=1,BR1=1,則計(jì)數(shù)器為則計(jì)數(shù)器為0000時(shí)，由于時(shí)，由于BR0=0,BR0=0,所以所以BS0=0;BS0=0;計(jì)計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)到數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)到0101，由于，由于BR1=1,BR1=1,所以所以BS1=1,BS1=1,部件部件1 1占占用總線，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。用總線，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 若若BR0=BR1=1,BR0=BR1=1,則計(jì)數(shù)器為則計(jì)數(shù)器為0000時(shí)，時(shí)，由于由于BR0=1BR

29、0=1, ,所以所以BS0=1,BS0=1,部件部件0 0占用總線，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，部件占用總線，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，部件1 1要等要等待。待。 計(jì)數(shù)初值為計(jì)數(shù)初值為0000時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：0 01 12 23 32 2）計(jì)數(shù)初值為計(jì)數(shù)初值為0101時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：1 12 23 30 03 3）計(jì)數(shù)初值為計(jì)數(shù)初值為1010時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：2 23 30 01 14 4）計(jì)數(shù)初值為計(jì)數(shù)初值為1111時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：時(shí)，優(yōu)先級(jí)為：3 30 01 12 2 每次計(jì)數(shù)可以從每次計(jì)數(shù)可以從“0”0”開(kāi)始，也可以從中開(kāi)始，也可以從中止點(diǎn)開(kāi)始。如果從止點(diǎn)開(kāi)始。如果從“0”0”

30、開(kāi)始，各設(shè)備的優(yōu)開(kāi)始，各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤?，?yōu)先級(jí)的順序是先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤?，?yōu)先級(jí)的順序是固定的。固定的。 計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來(lái)設(shè)置，這可計(jì)數(shù)器的初值也可用程序來(lái)設(shè)置，這可以方便地改變優(yōu)先次序，使每個(gè)部件使用總以方便地改變優(yōu)先次序，使每個(gè)部件使用總線的機(jī)會(huì)均等。但這種靈活性是以增加線的機(jī)會(huì)均等。但這種靈活性是以增加設(shè)備設(shè)備地址線地址線為代價(jià)的。為代價(jià)的。計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢總結(jié)計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢總結(jié) 每一個(gè)共享總線的設(shè)備均有一對(duì)總線請(qǐng)求線每一個(gè)共享總線的設(shè)備均有一對(duì)總線請(qǐng)求線BRiBRi和總線授權(quán)線和總線授權(quán)線BGiBGi。當(dāng)設(shè)備要求使用總線。當(dāng)設(shè)備要求使用總線時(shí)，便發(fā)出該設(shè)備的請(qǐng)

31、求信號(hào)。中央仲裁器時(shí)，便發(fā)出該設(shè)備的請(qǐng)求信號(hào)。中央仲裁器中的排隊(duì)電路決定首先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求，中的排隊(duì)電路決定首先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求，給設(shè)備以授權(quán)信號(hào)給設(shè)備以授權(quán)信號(hào)BGiBGi。3 3、獨(dú)立請(qǐng)求方式、獨(dú)立請(qǐng)求方式 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間快，確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所響應(yīng)時(shí)間快，確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少，用不著一個(gè)設(shè)備接一個(gè)設(shè)備花費(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。其次，對(duì)優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活，地查詢。其次，對(duì)優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活，可以預(yù)先固定也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次可以預(yù)先固定也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽序；還可以用屏蔽( (禁止禁止) )某個(gè)請(qǐng)求的辦法，某個(gè)請(qǐng)

32、求的辦法，不響應(yīng)來(lái)自無(wú)效設(shè)備的請(qǐng)求不響應(yīng)來(lái)自無(wú)效設(shè)備的請(qǐng)求 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需要的控制線很多，增加了總線控制需要的控制線很多，增加了總線控制器的復(fù)雜性。器的復(fù)雜性。 獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式總線通信控制總線通信控制 問(wèn)題提出問(wèn)題提出: :如何解決通信雙方知道傳輸?shù)拈_(kāi)如何解決通信雙方知道傳輸?shù)拈_(kāi)始和結(jié)束始和結(jié)束, ,以及通信雙方如何協(xié)調(diào)處理如何以及通信雙方如何協(xié)調(diào)處理如何配合配合. . 解決方法解決方法: : 1 1、同步通信、同步通信 2 2、異步通信、異步通信1 1、同步通信、同步通信n定義：定義：采用一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào)發(fā)送和采用一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào)發(fā)送和接收雙方的傳送定時(shí)關(guān)系。時(shí)鐘產(chǎn)生相等的時(shí)接收雙方的傳送定時(shí)關(guān)系。時(shí)鐘產(chǎn)生相等的時(shí)間間隔，每個(gè)間隔構(gòu)成一個(gè)總線周期，在一個(gè)間間隔，每個(gè)間隔構(gòu)成一個(gè)總線周期，在一個(gè)總線周期中，發(fā)送方和接收方可以進(jìn)行一次數(shù)總線周期中，發(fā)送方和接收方可以進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送。傳送操作在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。據(jù)傳送。傳送操作在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：速度快，有較高的傳輸速率速度快，有較高的傳輸速率n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1 1）干擾會(huì)引起錯(cuò)誤同步干擾會(huì)引起錯(cuò)誤同步