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文檔簡介
1指令格式
從便于程序設計、增加操作并行性、提高指令功能看,指令中應包含多種信息。但指令太長會占用更多的存儲空間,增加訪存次數(shù)。一條指令應包含下列信息:操作碼:表明操作的性質(zhì)和功能。每條指令都有相應的操作碼。操作數(shù)地址。操作結果的存放地址。下一條指令的地址。為了壓縮指令長度,可以用一個程序計數(shù)器(ProgramCounter,PC)存放指令地址。每執(zhí)行一條指令,PC自動增加,指向下一條指令。由于使用了PC,指令中可以不包含下一條指令的地址。一條指令實際上包含兩種信息:操作碼(OperationCode,OP)和地址碼。其基本格式為:2指令字長指令中包含二進制代碼的位數(shù),稱為指令字長。與機器字的長度有關:單字長,雙字長,半字長,優(yōu)點、缺點。以IBM370為例,其字長為32位。指令格式有16位(半字)的,有32位(單字)的,也有48位(一個半字)的。等長指令:各種指令字長度相等,稱為等長指令字結構,結構簡單,控制線路簡單,RISC。變長指令:如果指令字長度隨指令的功能而異,稱為變長指令字結構。結構靈活,充分利用指令長度,控制復雜,CISC。
3地址碼
根據(jù)一條指令中有幾個操作數(shù)地址,可將該指令稱為幾操作數(shù)指令或幾地址指令。一般的操作數(shù)有被操作數(shù)、操作數(shù)及操作結果這三種數(shù),因而就形成了三地址指令格式。此外,還有二地址格式、一地址格式和零地址格式。操作碼A1A2A3三地址指令:操作碼A1A2二地址指令:操作碼A1一地址指令:操作碼零地址指令:4
(1)零地址指令的指令字中只有操作碼,而沒有地址碼。如停機、空操作指令。其格式為:OP
(2)一地址指令常稱為單操作數(shù)指令。通常這種指令以運算器中累加寄存器AC中的數(shù)據(jù)為被操作數(shù),指令字的地址碼字段所指明的數(shù)為操作數(shù),操作結果又放回累加寄存器AC中。其格式為:
功能描述:
(AC)
OP
(A1)→A1
(PC)+1→PC
OP表示操作性質(zhì);(AC)表示累加寄存器AC中的數(shù);(A1)表示主存中地址為A1的存儲單元中的數(shù)或運算器中地址為A1的通用寄存器中的數(shù);→表示把操作(運算)結果傳送到指定的地方。單操作數(shù)運算指令,如“+1”、“-1”、“求反”,指令中給出一個源操作數(shù)的地址OPA15
(3)二地址指令常稱為雙操作數(shù)指令,它的兩個地址碼字段分別指明參與操作的兩個數(shù)在主存中或運算器中通用寄存器的地址,A1作存放操作結果的地址。A1中原來的內(nèi)容被覆蓋。其格式為:功能描述:
(A1)OP(A2)→A1(PC)+1→PC二地址指令在計算機中得到了廣泛的應用,但是在使用時有一點必須注意:指令執(zhí)行之后,A1中原存的內(nèi)容已經(jīng)被新的運算結果替換了。OPA1A26
(4)三地址指令字中有三個操作數(shù)地址。A1為被操作數(shù)地址,也稱源操作數(shù)地址;A2為操作數(shù)地址,也稱目的操作數(shù)地址;A3為存放結果的地址。A1、A2、A3可以是主存中的單元地址,也可以是運算器中通用寄存器的地址。其格式為:功能描述:(A1)OP(A2)→A3(PC)+1→PC這種格式指令長度比較長,所以只在字長較長的大、中型機中使用,而小型、微型機中很少使用。OPA1A2A37
二地址指令格式中,從操作數(shù)的物理位置來說,又可歸結為三種類型。存儲器-存儲器(SS)型指令:操作時都是涉及主存單元,參與操作的數(shù)都放在主存里,從主存某單元中取操作數(shù),操作結果存放至主存另一單元中。寄存器-寄存器(RR)型指令:需要多個通用寄存器或個別專用寄存器,從寄存器中取操作數(shù),把操作結果放到另一寄存器。機器執(zhí)行寄存器-寄存器型指令的速度很快,因為執(zhí)行這類指令,不需要訪問主存。寄存器-存儲器(RS)型指令:執(zhí)行此類指令時,既要訪問主存單元,又要訪問寄存器。指令字助記符由于硬件只能識別1和0,所以采用二進制操作碼是必要的,但是我們用二進制來書寫程序卻非常麻煩。為了便于書寫和閱讀程序,采用一種縮寫碼叫做指令助記符用3~4個英文字母來表示操作碼,一般為英文縮寫不同的計算機系統(tǒng),規(guī)定不一樣必須用匯編程序翻譯成二進制代碼89操作碼
指令系統(tǒng)中每條指令有唯一確定的操作碼,表明指令的性質(zhì)和功能。操作碼可以采用固定長度,也可以采用可變長度。固定長度操作碼對于簡化硬件設計、減少指令譯碼時間有利,在字長較大的大、中型機中廣泛采用??勺冮L度操作碼可以有效壓縮操作碼的平均長度,在字長較短的小型機和微型機中采用。定長編碼:操作碼的長度決定了指令系統(tǒng)中指令的數(shù)目。若操作碼長度為k位,最多只能有2k條指令。以IBM370為例,其字長為32位。指令格式有16位(半字)的,有32位(單字)的,也有48位(一個半字)的。半字長指令不包含主存地址,單字長指令包含一個主存地址,一個半字長指令包含兩個主存地址。
IBM370機中,不論指令長度為多少,操作碼字段都為8位。8位操作碼允許指定256條指令,而IBM370只有183條指令,存在極大的信息冗余。10OPR1R2RR型:OPR1X2B2D2RX型:RS型:OPI2B1D1SI型:IBM370的五種指令格式:OPL1B1D1B2D2SS型:OPR1R2B2D28448444128444128841288412412OP:操作碼;R:寄存器;X:基址寄存器;L:指定操作數(shù)的長度;D:位移量;I:直接操作數(shù);B:變址寄存器。
RR型:寄存器-寄存器型;RX型和RS型:寄存器-存儲器型;SI型:直接帶操作數(shù);SS型:存儲器-存儲器型。11
變長編碼:在指令字長有限的情況下,變成編碼可增加指令種類。當指令中地址部分位數(shù)較多時,讓操作碼的位數(shù)少些;地址部分位數(shù)較少時,讓操作碼的位數(shù)增多。
PDP-11的字長為16位。指令分為單字長、二字長、三字長三種。操作碼占4~16位不等。下面是PDP-11的部分指令格式:OPSDOPX2單字長(16位)OPSD地址OPSD地址1地址2OP46610616466164661616二字長(32位)三字長(48位)12
操作碼長度不固定會增加指令譯碼的難度,使控制器設計復雜化。通常用指令中固定長度的字段表示基本操作碼,對于不需要某個地址字段的指令,將操作碼擴展到該地址字段。設某機器指令字長16位,包括4位基本操作碼和三個4位地址字段:OPA1A2A330741181512
可按以下方式設置操作碼:(1)15條三地址指令由基本操作碼從0000~1110給出,剩下的1111用于將操作碼擴展到A1字段;(2)15條二地址指令由8位操作碼從11110000~11111110給出,剩下的11111111用于將操作碼擴展到A2字段;(3)15條一地址指令由12位操作碼從111111110000~111111111110給出,剩下的111111111111用于將操作碼擴展到A3字段;(4)16條零地址指令由16位操作碼從1111111111110000~1111111111111111給出。13例:指令字長12位,基本操作碼3位,每個地址碼3位,設計4條三地址指令、255條一地址指令和8條零地址指令。000×××××××××…………011×××××××××100000000×××…………111111110×××111111111000…………1111111111114條三地址指令255條一地址指令8條零地址指令OPA1A2A32053861191A.8B.4C.12D.162A.64B.63C.255D.25414OPA1A2065111512例如果零地址指令沒有占用的話150000××××××××××××…………1011××××××××××××1100000000××××××…………1111111110××××××1111111111000000…………111111111111111112條雙地址指令255條一地址指令64條零地址指令這一條一地址指令被用來編碼2(最多可以64)條零地址指令這一條一地址指令被用來編碼2(最多可以64)條零地址指令16操作碼的優(yōu)化
為縮短操作碼的平均長度,應該給使用頻度高的指令分配短的操作碼,使用頻度低的指令分配長的操作碼。Huffman編碼就是按照這一原則進行編碼的。假如某計算機有7條指令,使用頻度用Pi表示,Huffman編碼如下:指令Ii使用頻度PiHuffman編碼操作碼長度LiI10.4001I20.26102I30.151103I40.06111005I50.05111015I60.04111105I70.04111115
操作碼的平均編碼長度為:
L=0.40×1+0.26×2+0.15×3+0.19×5=2.32位17Huffman編碼
將7條指令按使用頻度從小到大的順序排序,每次將使用頻度最小的兩個結點合并為一個新的結點并重新排序,如此反復。最后將每個結點的兩個分支分別用“1”和“0”標注。操作數(shù)類型地址數(shù)據(jù):正整數(shù)數(shù)值數(shù)據(jù):定點數(shù)、浮點數(shù)、BCD碼字符數(shù)據(jù):ASCII碼邏輯數(shù)據(jù):若干二進制位,分別看待1819指令尋址方式
順序?qū)ぶ贩绞剑褐噶畹刂吩谥鞔嬷邪错樞虬才?,當?zhí)行一段程序時,通常是一條指令接一條指令的順序執(zhí)行。
為此,必須使用程序計數(shù)器PC來計數(shù)指令的順序號,該順序號就是指令在主存中的地址。
跳躍尋址方式:下條指令的地址碼不是由程序計數(shù)器給出,而是由本條指令給出。程序跳躍后,按新的指令地址開始順序執(zhí)行。程序計數(shù)器的內(nèi)容也必須相應改變。采用指令跳躍尋址方式,可以實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移或構成循環(huán)程序。20操作數(shù)尋址方式
操作數(shù)在主存中的存放并無一定規(guī)律,給操作數(shù)尋址帶來困難。此外,受指令長度的限制,指令中的地址碼不會很長,而主存容量卻越來越大,因此僅能直接訪問主存的一小部分,無法直接訪問整個主存。把指令中地址碼字段給出的地址稱為形式地址,這個地址可能不能直接訪問主存。能夠直接訪問主存的地址稱為有效地址。尋址就是把操作數(shù)的形式地址變換為有效地址。OPXD
上圖是一種單地址指令。OP為操作碼,X為尋址特征碼,D為形式地址也稱偏移量,有效地址E由X和D的組合給出。隱含尋址:在指令中不明顯地給出而是隱含著操作數(shù)的地址。例如,單地址的指令格式,沒有在地址字段中指明第二操作數(shù)地址,而是規(guī)定累加寄存器AC作為第二操作數(shù)地址,AC對單地址指令格式來說是隱含地址。21OP(移位)FD立即尋址:指令中地址字段給出的不是操作數(shù)的地址,而是操作數(shù)本身。
上圖為單地址移位指令。D不表示地址,而是一個操作數(shù)。F為標志位,F(xiàn)=1操作數(shù)右移,F(xiàn)=0操作數(shù)左移。取指時同時取出操作碼和操作數(shù),不需要訪問存儲器,提高了指令執(zhí)行的速度。但操作數(shù)是指令的一部分,不能修改,而且立即數(shù)的大小受指令長度的限制,靈活性差。直接尋址:指令中地址字段直接給出操作數(shù)在主存中的地址。
指令中的形式地址D就是有效地址E,即E=D。如果操作數(shù)用S表示,則
S=(E)=(D)隨著主存容量不斷擴大,所需要的地址碼越來越長,而指令中地址碼字段長度有限,限制了訪問主存的范圍。22間接尋址:形式地址不是操作數(shù)的有效地址,而是操作數(shù)地址的地址。 E=(D)
S=(E)=((D))
間接尋址擴大了尋址范圍,可用指令中的短地址訪問大的主存空間。此外,操作數(shù)的地址改變后,不需要修改指令,只要修改存放有效地址E的主存單元。間接尋址需要兩次訪存,降低了取操作數(shù)的速度。寄存器尋址:指令中的地址碼部分給出一個通用寄存器編號,該寄存器中存放著操作數(shù)。
從寄存器取數(shù)據(jù)比從主存取數(shù)據(jù)快得多。由于寄存器數(shù)量較少,寄存器編號的長度比主存地址的長度短得多,可以縮短指令長度。23寄存器間接尋址:寄存器中的內(nèi)容是操作數(shù)的有效地址,該地址在主存中。相對尋址:把程序計數(shù)器PC中的內(nèi)容加上指令中的形式地址D,得到操作數(shù)的有效地址。
所謂“相對”,是相對于當前指令的地址。形式地址D稱為偏移量,可正可負。操作數(shù)地址和指令地址相差一個固定值。操作數(shù)可以和指令一起移動,放在主存中任何地方,執(zhí)行的效果都相同。
寄存器間接尋址的指令較短,而能夠訪問的主存范圍很大,并且只需訪問主存一次,執(zhí)行速度比間接尋址快,是廣泛采用的尋址方式。寄存器在編程時常用作地址指針。24變址尋址:把CPU中變址寄存器的內(nèi)容加上指令中的形式地址D,得到操作數(shù)的有效地址。基址尋址:把CPU中基址寄存器的內(nèi)容加上指令中的形式地址D,得到操作數(shù)的有效地址?;穼ぶ泛妥冎穼ぶ沸纬刹僮鲾?shù)有效地址的算法相同,但應用有區(qū)別。變址尋址中變址寄存器提供修改量,指令提供基準值;基址尋址中基址寄存器提供基準值,指令提供修改量。變址尋址面向用戶,主要用于數(shù)組操作;基址尋址面向系統(tǒng),主要用于邏輯地址和物理地址的轉(zhuǎn)換,解決程序在主存中的再定位和擴大尋址空間的問題。
通常把指令中的形式地址作為基準地址,把變址寄存器的內(nèi)容作為修改量。需要頻繁修改地址時不必修改指令,只需修改變址寄存器。這對于數(shù)組運算、字符串操作等成批數(shù)據(jù)處理是很有用的。25Pentium尋址方式
在實地址模式下,采用段尋址方式:將段寄存器內(nèi)容(16位)左移4位,低4位補0,到20位段基地址,再加上16位段內(nèi)偏移,得20位物理地址。在保護模式下,32位段基地址加上段內(nèi)偏移得到32位線性地址。由存儲管理部件將其轉(zhuǎn)換成32位的物理地址。序號尋址方式名稱有效地址E算法說明(1)立即
操作數(shù)在指令中(2)寄存器
操作數(shù)在寄存器中(3)直接E=DispDisp為偏移量(4)基址E=(B)B為基址寄存器(5)基址+偏移量E=(B)+Disp(6)比例變址+偏移量E=(I)*S+DispS為比例因子(7)基址+變址+偏移量E=(B)+(I)+Disp(8)基址+比例變址+偏移量E=(B)+(I)*S+Disp(9)相對指令地址=(PC)+Disp26
幾點說明:⑴立即數(shù)可以是8位,16位,32位。⑵寄存器尋址:通用寄存器可以為8位、16位或32位。對64位浮點數(shù),要使用一對32位寄存器。少數(shù)指令以段寄存器來實施寄存器尋址方式。⑶直接尋址:偏移量長度可以是8位,16位,32位。⑷基址尋址:基址寄存器B可以是通用寄存器中任何一個。⑸基址+偏移量尋址:基址寄存器B是32位通用寄存器中任何一個。⑹比例變址+偏移量尋址:變址寄存器I是32位通用寄存器中除ESP外的任何一個。I的內(nèi)容乘以比例因子1,2,4或8,再加上偏移量得到有效地址。⑺,⑻兩種尋址方式是⑷,⑹兩種尋址方式的組合,偏移量可有可無。⑼相對尋址:適用于轉(zhuǎn)移控制類指令。用當前指令指針寄存器EIP或IP的內(nèi)容(下一條指令地址)加上一個有符號偏移量,形成CS段的段內(nèi)偏移。27例:一種二地址RS型指令的結構如下所示:
6位4位1位2位16位OP---通用寄存器IX偏移量D其中I為間接尋址標志位,X為尋址模式字段,D位偏移量字段。通過I,X,D的組合,可構成下表所示的尋址方式。請寫出六種尋址方式的名稱。尋址方式IX有效地址E算法說明(1)000E=D(2)001E=(PC)±DPC為程序計數(shù)器(3)010E=(R2)±DR2為變址寄存器(4)111E=(R3)(5)100E=(D)(6)011E=(R1)±DR1為基址寄存器直接相對變址寄存器間接間接基址28例:某16位機器有兩個20位基址寄存器,四個16位變址寄存器,十六個16位通用寄存器。指令匯編格式中的S,D都是通用寄存器,M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV(OP)=(A)H
,STA(OP)=(1B)H
,LDA(OP)=(3C)H。MOV是傳送指令,STA為寫數(shù)指令,LDA為讀數(shù)指令。⑴分析三種指令的指令格式與尋址方式特點。⑵分析三種指令的執(zhí)行時間。⑶下列指令字是否正確?分別代表什么操作? ①(F0F1)H(3CD2)H
②(2856)H③(6FD6)H④(1C2)H29⑴分析三種指令的指令格式與尋址方式特點。都是雙地址指令,MOV是單字長寄存器-寄存器RR型,STA和LDA是雙字長寄存器-存儲器RS型;MOV是寄存器尋址,S和D里面直接存放的是操作數(shù)STA是變址尋址,有效地址E=(S)+M,LDA是直接尋址,有效地址E=M例:某16位機器有兩個20位基址寄存器,四個16位變址寄存器,十六個16位通用寄存器。指令匯編格式中的S,D都是通用寄存器,M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV(OP)=(A)H
,STA(OP)=(1B)H
,LDA(OP)=(3C)H。MOV是傳送指令,STA為寫數(shù)指令,LDA為讀數(shù)指令。30⑵分析三種指令的執(zhí)行時間。MOV執(zhí)行速度最快,只要訪問兩次寄存器,LDA其次,訪問1次寄存器和1次內(nèi)存,STA最慢,除了訪問2次寄存器和1次內(nèi)存外,還需要做一次加法(S)+M例:某16位機器有兩個20位基址寄存器,四個16位變址寄存器,十六個16位通用寄存器。指令匯編格式中的S,D都是通用寄存器,M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV(OP)=(A)H
,STA(OP)=(1B)H
,LDA(OP)=(3C)H。MOV是傳送指令,STA為寫數(shù)指令,LDA為讀數(shù)指令。31⑶下列指令字是否正確?分別代表什么操作?①(F0F1)H(3CD2)H=(111100001111
00010011110011010010)2
②(2856)H=(001010000101
0110)2
③(6FD6)H=(0110111111010110)2
④(1C2)H=(0000000111000010)2①為LDA,②為MOV,③不正確,OP為STA,但只有16位,④不正確,無對應的操作碼例:某16位機器有兩個20位基址寄存器,四個16位變址寄存器,十六個16位通用寄存器。指令匯編格式中的S,D都是通用寄存器,M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV(OP)=(A)H
,STA(OP)=(1B)H
,LDA(OP)=(3C)H。MOV是傳送指令,STA為寫數(shù)指令,LDA為讀數(shù)指令。MOV(OP)=(A)H=(001010)2
STA(OP)=(1B)H=(011011)2,LDA(OP)=(3C)H=(111100)232總線帶寬:單位時間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量。通常用兆字節(jié)數(shù)/秒(MB/s)表示。實際帶寬受到總線布線長度、總線驅(qū)動器/接收器性能、連接在總線上的模塊數(shù)等因素的影響,這些因素造成信號在總線上的延時和畸變,使總線的最高數(shù)據(jù)傳輸速率受到限制??偩€位寬:總線上能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。如1位、8位、16位、32位等??偩€工作頻率:用于控制總線操作周期的時鐘信號的頻率。通常用MHz表示。這三個參數(shù)的關系如下:
總線帶寬=總線位寬×總線工作頻率總線的性能指標33[例1](1)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),假設一個總線周期等于一個總線時鐘周期,總線時鐘頻率為33MHz,總線帶寬是多少?(2)如果一個總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù),總線時鐘頻率升為66MHz,總線帶寬是多少?解:(1)設總線帶寬用Dr表示,總線時鐘周期用T=1/f表示,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Dr=D/T=D×(1/T)=D×f=4B×33×106/s=132MB/s(2)64位=8BDr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s34總線的連接方式
單機系統(tǒng)中采用的總線結構有兩種基本類型:(1)單總線結構;(2)多總線結構。(1)單總線結構
在許多單處理器的計算機中,使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、主存和I/O設備,叫做單總線結構。此時要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運行,以便在某些設備需要使用總線時能迅速獲得總線控制權;而當不再使用總線時,能迅速放棄總線控制權。35取指令:當CPU取一條指令時,首先把程序計數(shù)器PC中的地址同控制信息一起送至總線上。在“取指令”情況下的地址是主存地址,此時該地址所指定的主存單元的內(nèi)容一定是一條指令,而且將被傳送給CPU。傳送數(shù)據(jù):取出指令之后,CPU將檢查操作碼。操作碼規(guī)定了對數(shù)據(jù)要執(zhí)行什么操作,以及數(shù)據(jù)是流進CPU還是流出CPU。I/O操作:CPU把指令的地址字段放到總線上,如果該指令地址字段對應的是外圍設備地址,則外圍設備譯碼器予以響應,從而在CPU和與該地址所對應的外圍設備之間發(fā)生數(shù)據(jù)傳送,而數(shù)據(jù)傳送的方向由指令操作碼決定。DMA(DirectMemoryAccess,直接存儲器訪問)操作:
某些外圍設備也可以指定地址。如果一個由外圍設備指定的地址對應于一個主存單元,則主存予以響應,于是在主存和外設間將進行直接存儲器傳送(DMA)。擴展成多CPU系統(tǒng):只要在系統(tǒng)總線上掛接多個CPU即可。36(2)多總線結構
CPU和cache之間采用高速的CPU總線,主存連接在系統(tǒng)總線,高速總線上可以連接高速LAN(100Mb/s局域網(wǎng))、視頻接口、圖形接口、SCSI接口、Firewire接口。通過橋,CPU總線、系統(tǒng)總線和高速總線彼此相連。橋?qū)嵸|(zhì)上是一種具有緩沖、轉(zhuǎn)換、控制功能的邏輯電路。高速總線通過擴充總線接口與擴充總線相連,擴充總線上可以連接串行方式工作的I/O設備。多總線結構體現(xiàn)了高速、中速、低速設備連接到不同的總線上同時進行工作,以提高總線的效率和吞吐量,而且處理器結構的變化不影響高速總線。37總線結構的優(yōu)點(1)簡化了硬件的設計。從硬件的角度看,總線結構是由總線接口代替了專門的I/O接口,由總線規(guī)范給出了傳輸線和信號的規(guī)定,并對存儲器、I/O設備和CPU如何掛在總線上都作了具體的規(guī)定,所以,面向總線的微型計算機設計只要按照這些規(guī)定制作CPU插件、存儲器插件以及I/O插件等,將它們連入總線即可工作,而不必考慮總線的詳細操作。(2)簡化了系統(tǒng)結構。整個系統(tǒng)結構清晰,連線少,底板連線可以印刷化。(3)系統(tǒng)擴充性好。一是規(guī)模擴充,二是功能擴充。規(guī)模擴充僅僅需要多插一些同類型的插件;功能擴充僅僅需要按總線標準設計一些新插件。插件插入機器的位置往往沒有嚴格的限制。這就使系統(tǒng)擴充既簡單又快速可靠,而且也便于查錯。(4)系統(tǒng)更新性能好。因為CPU、存儲器、I/O接口等都是按總線規(guī)約掛到總線上的,因而只要總線設計恰當,可以隨時隨著處理器芯片以及其他有關芯片的進展設計新的插件,新的插件插到底板上對系統(tǒng)進行更新,其他插件和底板連線一般不需更改。38
連接到總線上的功能模塊有主動和被動兩種形態(tài)。主方可以啟動一個總線周期,而從方只能響應主方的請求。每次總線操作,只能有一個主方占用總線控制權,但同一時刻可以有一個或多個從方。為了解決多個主設備同時競爭總線控制權,必須具有總線仲裁部件,以某種方式選擇其中一個主設備作為總線的下一次主方。對多個主設備提出的占用總線請求,一般采用優(yōu)先級或公平策略進行仲裁。例如,在多處理器系統(tǒng)中對各CPU模塊的總線請求采用公平的原則來處理,而對I/O模塊的總線請求采用優(yōu)先級策略。總線占用期:主方持續(xù)控制總線的時間按照總線仲裁電路的位置不同,仲裁方式分為集中式仲裁和分布式仲裁兩類??偩€仲裁39集中式仲裁
集中式仲裁中每個功能模塊有兩條線連到總線仲裁器:一條是送往仲裁器的總線請求信號線BR,一條是仲裁器送出的總線授權信號線BG。鏈式查詢方式:A表示地址線,D表示數(shù)據(jù)線。BS線為1表示總線忙。總線授權信號BG串行地從一個I/O接口傳送到下一個I/O接口。假如BG到達的接口無總線請求,則繼續(xù)往下查詢;假如BG到達的接口有總線請求,BG信號不再往下查詢,該I/O接口就獲得了總線的控制權。查詢鏈中離總線仲裁器最近的設備具有最高的優(yōu)先級,離總線仲裁器越遠,優(yōu)先級越低。40
鏈式查詢方式的優(yōu)點:邏輯上和物理實現(xiàn)上都很簡單,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,與設備數(shù)無關。易于擴充,增加設備時,只需“掛到”總線上即可。鏈式查詢方式的缺點:對查詢鏈的電路故障很敏感,如
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