第6章系統(tǒng)總線

1、第六章 系統(tǒng)總線主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：(3)(3)常見(jiàn)總線舉例常見(jiàn)總線舉例難點(diǎn)：總線仲裁控制難點(diǎn)：總線仲裁控制(2)(2)總線技術(shù)總線技術(shù)(1)(1)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)總線仲裁控制總線仲裁控制 總線數(shù)據(jù)傳送總線數(shù)據(jù)傳送 出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理 總線驅(qū)動(dòng)總線驅(qū)動(dòng)總線的基本概念總線的基本概念: :6.1 6.1 系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)互連結(jié)構(gòu)從分散結(jié)構(gòu)發(fā)展到總線結(jié)構(gòu)?；ミB結(jié)構(gòu)從分散結(jié)構(gòu)發(fā)展到總線結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行信息交換，必須在部件之間構(gòu)計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行信息交換，必須在部件之間構(gòu)筑通信線路，通常把連接各部件的通路的集合筑通信線路，通常把連接各部件的通路的集合稱為稱為互連結(jié)構(gòu)互連結(jié)構(gòu)?？偩€是連接兩個(gè)

2、或多個(gè)功能部件的一組共享的信息總線是連接兩個(gè)或多個(gè)功能部件的一組共享的信息傳輸線，它的主要特征就是多個(gè)部件傳輸線，它的主要特征就是多個(gè)部件共享傳輸介質(zhì)共享傳輸介質(zhì)；一個(gè)部件發(fā)出的信號(hào)可以被連接到總線上的其他所一個(gè)部件發(fā)出的信號(hào)可以被連接到總線上的其他所有部件所接收。有部件所接收。(1) 物理特性：物理特性： 總線的物理特性是指總線在機(jī)械物理連接上的特性。包括：總線的物理特性是指總線在機(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等。排列等。 從連線的類型來(lái)看，總線可分為電纜式、主板式和底板式。從連線的類型來(lái)看

3、，總線可分為電纜式、主板式和底板式。 連線的數(shù)量來(lái)看，總線一般分為串行總線和并行總線。在連線的數(shù)量來(lái)看，總線一般分為串行總線和并行總線。在并行傳輸總線中，按數(shù)據(jù)線的寬度分并行傳輸總線中，按數(shù)據(jù)線的寬度分8位、位、16位、位、32位、位、64位總線等。位總線等。 總線的特性總線的特性一般串行總線用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳送，并行總線用于短距離一般串行總線用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳送，并行總線用于短距離的高速數(shù)據(jù)傳送。的高速數(shù)據(jù)傳送。(2) 電氣特性：電氣特性： 總線的電氣特性是指總線的每一條信號(hào)線的信號(hào)傳遞方向、總線的電氣特性是指總線的每一條信號(hào)線的信號(hào)傳遞方向、信號(hào)的有效電平范圍。信號(hào)的有效電平范圍。 總線的

4、電平表示方式有兩種：總線的電平表示方式有兩種：?jiǎn)味朔绞絾味朔绞胶秃筒罘址绞讲罘址绞健?在單端電平方式中，用一條信號(hào)線和一條公共接地線在單端電平方式中，用一條信號(hào)線和一條公共接地線來(lái)傳遞信號(hào)；采用正邏輯。來(lái)傳遞信號(hào)；采用正邏輯。 差分電平方式采用一條信號(hào)線和一個(gè)參考電壓比較來(lái)互差分電平方式采用一條信號(hào)線和一個(gè)參考電壓比較來(lái)互補(bǔ)傳輸信號(hào)，一般采用負(fù)邏輯。補(bǔ)傳輸信號(hào)，一般采用負(fù)邏輯。 CPU發(fā)出的信號(hào)為輸出信號(hào)，送入發(fā)出的信號(hào)為輸出信號(hào)，送入CPU的信號(hào)為輸入信號(hào)。的信號(hào)為輸入信號(hào)。 總線的特性總線的特性(3) 功能特性：功能特性： 總線功能特性是指總線中每根傳輸線的功能。如地址線用總線功能特性是指

5、總線中每根傳輸線的功能。如地址線用來(lái)傳輸?shù)刂沸畔?，?shù)據(jù)線用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息，控制線用來(lái)發(fā)來(lái)傳輸?shù)刂沸畔?，?shù)據(jù)線用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息，控制線用來(lái)發(fā)出控制信息，不同的控制線其功能不同。出控制信息，不同的控制線其功能不同。(4) 時(shí)間特性：時(shí)間特性： 總線時(shí)間特性是指總線中任一根傳輸線在什么時(shí)間內(nèi)有效，總線時(shí)間特性是指總線中任一根傳輸線在什么時(shí)間內(nèi)有效，以及每根線產(chǎn)生的信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。用信號(hào)時(shí)序圖來(lái)說(shuō)以及每根線產(chǎn)生的信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。用信號(hào)時(shí)序圖來(lái)說(shuō)明。明。 總線的特性總線的特性6.1.16.1.1 總線的結(jié)構(gòu)與連接方式總線的結(jié)構(gòu)與連接方式有三類：內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和多機(jī)系統(tǒng)總線有三類：內(nèi)部總線、系

6、統(tǒng)總線和多機(jī)系統(tǒng)總線一、總線的結(jié)構(gòu)一、總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線是一組兩端帶有插頭，用扁平線構(gòu)成。系統(tǒng)總線是一組兩端帶有插頭，用扁平線構(gòu)成。地址線：用于選擇信息傳送的設(shè)備地址線：用于選擇信息傳送的設(shè)備數(shù)據(jù)線：用于在總線上的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)線：用于在總線上的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)信息控制線：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制和監(jiān)視功能控制線：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制和監(jiān)視功能 典型的控制信號(hào)包括：典型的控制信號(hào)包括：時(shí)鐘（時(shí)鐘（ClockClock）：用于總線同步。）：用于總線同步。復(fù)位（復(fù)位（ResetReset）：初始化所有設(shè)備。）：初始化所有設(shè)備?？偩€請(qǐng)求（總線請(qǐng)求（Bus RequestBus Request）

7、：表明發(fā)出該請(qǐng)求信號(hào)的設(shè)備要使用總線。）：表明發(fā)出該請(qǐng)求信號(hào)的設(shè)備要使用總線?？偩€允許（總線允許（Bus GrantBus Grant）：表明接收到該允許信號(hào)的設(shè)備可以使用總線。）：表明接收到該允許信號(hào)的設(shè)備可以使用總線。中斷請(qǐng)求（中斷請(qǐng)求（Interrupt RequestInterrupt Request）：表明某個(gè)中斷正在請(qǐng)求。）：表明某個(gè)中斷正在請(qǐng)求。中斷回答（中斷回答（Interrupt AcknowledgeInterrupt Acknowledge）：表明某個(gè)中斷請(qǐng)求已被接受。）：表明某個(gè)中斷請(qǐng)求已被接受。 存儲(chǔ)器讀（存儲(chǔ)器讀（Memory ReadMemory Read）：從指

8、定的主存單元中讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線上。）：從指定的主存單元中讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線上。存儲(chǔ)器寫（存儲(chǔ)器寫（Memory WriteMemory Write）：將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到指定的主存單元中。）：將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到指定的主存單元中。I/OI/O讀（讀（I/O ReadI/O Read）：從指定的）：從指定的I/OI/O端口中讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線上。端口中讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線上。I/OI/O寫（寫（I/O WriteI/O Write）：將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到指定的）：將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到指定的I/OI/O端口中。端口中。傳輸確認(rèn)（傳輸確認(rèn)（Transfer ACKTransfer ACK）：表示數(shù)據(jù)

9、已被接收或已被送到總線上。）：表示數(shù)據(jù)已被接收或已被送到總線上。二、總線的連接方式二、總線的連接方式( (根據(jù)連接方式不同，單機(jī)系統(tǒng)中采用的總線結(jié)構(gòu)有根據(jù)連接方式不同，單機(jī)系統(tǒng)中采用的總線結(jié)構(gòu)有單總單總線結(jié)構(gòu)；線結(jié)構(gòu)；雙總線結(jié)構(gòu)；雙總線結(jié)構(gòu)；三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)3種基本類型種基本類型. 在許多微小型計(jì)算機(jī)中在許多微小型計(jì)算機(jī)中，使用一條單一的系統(tǒng)總線來(lái)連接，使用一條單一的系統(tǒng)總線來(lái)連接CPUCPU、主存和、主存和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)。1.1.單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu) 采用統(tǒng)一編址法，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用靈活，易擴(kuò)充。采用統(tǒng)一編址法，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用靈活，易擴(kuò)充。主

10、存實(shí)際空間小于地址空間，速度慢。主存實(shí)際空間小于地址空間，速度慢。適用于小型或微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線。適用于小型或微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線。此時(shí)要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運(yùn)行，以便此時(shí)要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運(yùn)行，以便在某些設(shè)備需要使用總線時(shí)能迅速獲得總線控制權(quán)；在某些設(shè)備需要使用總線時(shí)能迅速獲得總線控制權(quán)； 而當(dāng)不再使用總線時(shí)，能迅速放棄總線控制權(quán)。否則，而當(dāng)不再使用總線時(shí)，能迅速放棄總線控制權(quán)。否則，一條總線由多種部件共用，可能導(dǎo)致很大的時(shí)間延遲。一條總線由多種部件共用，可能導(dǎo)致很大的時(shí)間延遲。 在在CPUCPU和主存和主存之間專門設(shè)置了一組之間專門設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線高速

11、的存儲(chǔ)總線，使，使CPUCPU可通過(guò)可通過(guò)專用總線與存儲(chǔ)器交換信息，并減輕了系統(tǒng)總線的負(fù)擔(dān)，同時(shí)主專用總線與存儲(chǔ)器交換信息，并減輕了系統(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)存仍可通過(guò)系統(tǒng)總線與外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)DMADMA操作，而不必經(jīng)過(guò)操作，而不必經(jīng)過(guò)CPUCPU。當(dāng)前高檔微型機(jī)中廣泛采用這種總線結(jié)構(gòu)。當(dāng)前高檔微型機(jī)中廣泛采用這種總線結(jié)構(gòu)。2.2.雙雙總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu) 3.3.三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)三、總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的影響三、總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的影響1 1、最大存儲(chǔ)容量、最大存儲(chǔ)容量 在單總線系統(tǒng)中，最大主存容量必須小于由計(jì)算機(jī)字在單總線系統(tǒng)中，最大主存容量必須小于由計(jì)

12、算機(jī)字長(zhǎng)所決定的可能的地址總數(shù)。（因?yàn)樵O(shè)備統(tǒng)一編址）長(zhǎng)所決定的可能的地址總數(shù)。（因?yàn)樵O(shè)備統(tǒng)一編址）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。由于主存地址和外設(shè)地址出現(xiàn)用各自的指令操作碼。由于主存地址和外設(shè)地址出現(xiàn)于不同的總線上，所以存儲(chǔ)容量不會(huì)受到外圍設(shè)備多于不同的總線上，所以存儲(chǔ)容量不會(huì)受到外圍設(shè)備多少的影響。少的影響。2 2、指令系統(tǒng)、指令系統(tǒng) 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)總線對(duì)存儲(chǔ)總線和系統(tǒng)總線必須有不同的指令系統(tǒng)。（訪問(wèn)內(nèi)存操作和必須有不同的指令系統(tǒng)。（訪問(wèn)內(nèi)存操作和I/OI/O操操作

13、各有不同的指令）作各有不同的指令） 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傳送可使傳送可使用相同的操作碼，使用相同的指令，但它們使用用相同的操作碼，使用相同的指令，但它們使用不同的地址。不同的地址。 3 3、吞吐量、吞吐量一、信息的傳送方式一、信息的傳送方式 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，信息傳輸基本有四種方式：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，信息傳輸基本有四種方式：串行串行傳送傳送、并行傳送并行傳送、并串行傳送并串行傳送和和分時(shí)傳送分時(shí)傳送。但是出于速度和效率上的考慮，系統(tǒng)總線上傳送但是出于速度和效率上的考慮，系統(tǒng)總線上傳送信息時(shí)，通常采用信息時(shí)，通常采用并行傳送并行傳送方式。方式。在一些微型計(jì)算機(jī)

14、或單片機(jī)中，由于在一些微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)中，由于CPU CPU 引腳數(shù)引腳數(shù)的限制，系統(tǒng)總線傳送信息時(shí)，采用的是的限制，系統(tǒng)總線傳送信息時(shí)，采用的是并串并串行方式或分時(shí)方式行方式或分時(shí)方式。6.1.2 6.1.2 總線接口總線接口1 1、串行傳送串行傳送當(dāng)信息以串行方式傳送時(shí)，只有一條傳輸線，且采用當(dāng)信息以串行方式傳送時(shí)，只有一條傳輸線，且采用脈沖脈沖傳送傳送。在串行傳送時(shí)，按在串行傳送時(shí)，按順序順序來(lái)傳送來(lái)傳送表示一個(gè)數(shù)碼的所有二進(jìn)制表示一個(gè)數(shù)碼的所有二進(jìn)制位位(bit)的的脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)，每次一位。，每次一位。通常以第一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最低有效位，最后一個(gè)通常以第一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼

15、的最低有效位，最后一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最高有效位。脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最高有效位。規(guī)定規(guī)定有脈沖有脈沖表示二進(jìn)制表示二進(jìn)制“1”1”，無(wú)脈沖無(wú)脈沖表示二進(jìn)制表示二進(jìn)制“0”0”。假定串行數(shù)據(jù)是由假定串行數(shù)據(jù)是由“位時(shí)間位時(shí)間”組成的，那么傳送組成的，那么傳送8個(gè)比特個(gè)比特需要需要8個(gè)位時(shí)間。個(gè)位時(shí)間。p例如，如果接受設(shè)備在第一個(gè)位時(shí)間和第三個(gè)位時(shí)間例如，如果接受設(shè)備在第一個(gè)位時(shí)間和第三個(gè)位時(shí)間接受到一個(gè)脈沖，而其余的接受到一個(gè)脈沖，而其余的6個(gè)位時(shí)間沒(méi)有收到脈沖，個(gè)位時(shí)間沒(méi)有收到脈沖，那么就會(huì)知道所收到的二進(jìn)制信息是那么就會(huì)知道所收到的二進(jìn)制信息是00000101。p注意，串行傳送時(shí)低位在前，

16、高位在后。注意，串行傳送時(shí)低位在前，高位在后。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)行串并并變換，這稱為變換，這稱為裝配裝配。該方式的主要優(yōu)點(diǎn)：是只需要一條傳輸線。該方式的主要優(yōu)點(diǎn)：是只需要一條傳輸線。p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)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，只需要一條傳輸線，成本比較低廉。量有多少，只需要一條傳輸線，成本比較低廉。指定一個(gè)二進(jìn)制位在傳輸線上占用的時(shí)間長(zhǎng)度。指定一個(gè)二進(jìn)制位在傳輸線上占用的時(shí)間長(zhǎng)度

17、。是為了確定連續(xù)傳送了多少個(gè)是為了確定連續(xù)傳送了多少個(gè)“0”0”。2 2、并行傳送、并行傳送 用并行方式傳送二進(jìn)制信息時(shí)，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要用并行方式傳送二進(jìn)制信息時(shí)，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要單獨(dú)一條傳輸線。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)制數(shù)而使得二進(jìn)制數(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。并行傳送一般采用并行傳送一般采用電位傳送電位傳送。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)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。傳送快得多。發(fā)送郵件接

18、收郵件1高位0101100低位3 3、并串行傳送、并串行傳送發(fā)送部件發(fā)送部件接收部件接收部件低低8 8位位低低8 8位位高高8 8位位高高8 8位位4、分時(shí)傳送分時(shí)傳送分時(shí)傳送有兩種概念。分時(shí)傳送有兩種概念。一是采用總線復(fù)用方式，某個(gè)傳輸線上既傳送地址信息，一是采用總線復(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。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)間間隔中完成傳送為此必須劃分時(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)。地址和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。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)傳送的另一種概念是共享總線的部件分時(shí)使用總線。二二、接口的基本

19、概念接口的基本概念 接口接口是指是指CPUCPU和內(nèi)存、外部設(shè)備、或兩種外圍設(shè)備、和內(nèi)存、外部設(shè)備、或兩種外圍設(shè)備、或兩種機(jī)器設(shè)備之間通過(guò)總線進(jìn)行連接的邏輯部件。或兩種機(jī)器設(shè)備之間通過(guò)總線進(jìn)行連接的邏輯部件。起起“轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器”的作用的作用CPUCPU接口接口外圍設(shè)備外圍設(shè)備地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制線狀態(tài)控制線狀態(tài)接口典型功能：接口典型功能：控制：控制： 接口靠程序的指令信息來(lái)控制外圍設(shè)備動(dòng)作，如啟動(dòng)、接口靠程序的指令信息來(lái)控制外圍設(shè)備動(dòng)作，如啟動(dòng)、關(guān)閉設(shè)備等。關(guān)閉設(shè)備等。緩沖：緩沖： 接口在外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的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)的其他部件之間用作為一個(gè)緩沖器，

20、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 狀態(tài)監(jiān)視：狀態(tài)監(jiān)視： 接口監(jiān)視外圍設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。接口監(jiān)視外圍設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。接口典型功能：接口典型功能：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式： 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。個(gè)緩沖器，以補(bǔ)償各種設(shè)備在速度上的差異。 整理整理: :接口可以完成一些特別的功能，例如在需要時(shí)可以修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。改字計(jì)數(shù)器或當(dāng)前內(nèi)存地址寄存器。程序中斷程序中斷 ：

21、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)生一請(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)到個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)到CPUCPU。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1、串行通信的優(yōu)點(diǎn)、串行通信的優(yōu)點(diǎn)2 2、傳送編碼、傳送編碼3 3、通信方式、通信方式4 4、串行傳送中幾個(gè)問(wèn)題、串行傳送中幾個(gè)問(wèn)題1 1、串行通信的優(yōu)點(diǎn)、串行通信的優(yōu)點(diǎn)串行傳送可以大大減少傳送線，從而大大的降低成本。串行傳送可以大大減少傳送線，從而大大的降低成本。但是串行傳送的速度慢，若并行傳送所需的時(shí)間為但是串行傳送的速度慢，若并行傳送所需的時(shí)間為t t，則串，則串行傳送的時(shí)間至少為行傳送的時(shí)間至少為ntnt（其中（其中n n

22、為位數(shù)）。為位數(shù)）。2 2、傳送編碼、傳送編碼在計(jì)算機(jī)中，數(shù)和字符等都是以一定的編碼表示的。在計(jì)算機(jī)中，數(shù)和字符等都是以一定的編碼表示的。編碼的種類很多，常用的主要有：編碼的種類很多，常用的主要有： 擴(kuò)展的擴(kuò)展的BCDBCD交換碼交換碼EBCDICEBCDIC（Extended Binary Coded Extended Binary Coded Decimal Interchange CodeDecimal Interchange Code），這是一種），這是一種8b8b編碼，通常用編碼，通常用在同步通信中。在同步通信中。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCIIASCII（Americ

23、an Standard Code American Standard Code for Information Interchangefor Information Interchange）。）。在異步數(shù)據(jù)傳送中，在異步數(shù)據(jù)傳送中， CPUCPU與外設(shè)之間必須遵循如下二項(xiàng)規(guī)定。與外設(shè)之間必須遵循如下二項(xiàng)規(guī)定。 字符格式。字符格式。這是對(duì)字符的編碼方式，奇偶校驗(yàn)方式以及起始位和停止位的規(guī)這是對(duì)字符的編碼方式，奇偶校驗(yàn)方式以及起始位和停止位的規(guī)定形式。例如用定形式。例如用ASCIIASCII編碼，字符為七位，加上一個(gè)偶校驗(yàn)位，編碼，字符為七位，加上一個(gè)偶校驗(yàn)位，一個(gè)起始位，以及一個(gè)停止位。形成一個(gè)

24、一個(gè)起始位，以及一個(gè)停止位。形成一個(gè)10b10b的字符格式。的字符格式。 波特率（波特率（Baud rateBaud rate） 波特率即數(shù)據(jù)傳送的速率，它對(duì)于波特率即數(shù)據(jù)傳送的速率，它對(duì)于CPUCPU與外界的通信是很重要與外界的通信是很重要的。波特率也是衡量傳輸通道頻寬的指標(biāo)。的。波特率也是衡量傳輸通道頻寬的指標(biāo)。假如數(shù)據(jù)傳送的速率是假如數(shù)據(jù)傳送的速率是120120字符字符/s/s，而每一個(gè)字符字符格式，而每一個(gè)字符字符格式為為10b10b，則傳送的波特率為，則傳送的波特率為 1010120=1200b/s=1200 Baud120=1200b/s=1200 Baud 每一位的傳送時(shí)間為波特

25、率的倒數(shù)：每一位的傳送時(shí)間為波特率的倒數(shù)： Td=1/1200=0.833msTd=1/1200=0.833ms2)2)同步傳送（）同步傳送（）在異步傳送中，每一個(gè)字符要用起始位和停止位作為在異步傳送中，每一個(gè)字符要用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束的標(biāo)志，占用了時(shí)間，所以，在數(shù)字符開始和結(jié)束的標(biāo)志，占用了時(shí)間，所以，在數(shù)據(jù)塊傳送時(shí)，為了提高速度，就去掉這些標(biāo)志，采據(jù)塊傳送時(shí)，為了提高速度，就去掉這些標(biāo)志，采用同步傳送的方式。此方式在數(shù)據(jù)塊開始處要用同用同步傳送的方式。此方式在數(shù)據(jù)塊開始處要用同步字符來(lái)指示，如圖步字符來(lái)指示，如圖6.86.8所示。所示。發(fā)送設(shè)備在發(fā)送的數(shù)據(jù)前面要先發(fā)送同步字符

26、，接收發(fā)送設(shè)備在發(fā)送的數(shù)據(jù)前面要先發(fā)送同步字符，接收設(shè)備在收到同步字符后就以與發(fā)送設(shè)備相同的時(shí)鐘來(lái)接收設(shè)備在收到同步字符后就以與發(fā)送設(shè)備相同的時(shí)鐘來(lái)接收數(shù)據(jù)塊，從而達(dá)到快速數(shù)據(jù)傳送的目的。數(shù)據(jù)塊，從而達(dá)到快速數(shù)據(jù)傳送的目的。 同步傳送的速度高于異步傳送速度，可達(dá)上兆波特。同步傳送的速度高于異步傳送速度，可達(dá)上兆波特。但它要求但它要求用時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步用時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故而，故而硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。4 4、串行傳送中的幾個(gè)問(wèn)題、串行傳送中的幾個(gè)問(wèn)題 1) 1) 數(shù)據(jù)傳送方向數(shù)據(jù)傳送方向 半雙工（半雙工（Half DuplexHalf Duplex）

27、如圖如圖6.96.9所示，每次只能所示，每次只能有一個(gè)站發(fā)送，即只能是由有一個(gè)站發(fā)送，即只能是由A A發(fā)送到發(fā)送到B B，或是由，或是由B B發(fā)送到發(fā)送到A A，不，不能能A A和和B B同時(shí)發(fā)送。同時(shí)發(fā)送。 完全雙工（完全雙工（Full DuplexFull Duplex） 如圖如圖6.106.10所示。兩個(gè)站所示。兩個(gè)站可同時(shí)發(fā)送和接收。可同時(shí)發(fā)送和接收。2) 信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)計(jì)算機(jī)CRT圖6.11 通信信號(hào)示意303000放大倍數(shù)Kf/Hz圖6.12 電話線的頻帶圖計(jì)算機(jī)電話線圖6.13 數(shù)字信號(hào)通過(guò)電話線傳送產(chǎn)生的畸變計(jì)算機(jī)的通信是一種數(shù)計(jì)算機(jī)的通信是一種數(shù)字信號(hào)的通信

28、。字信號(hào)的通信。計(jì)算機(jī)的通信要求計(jì)算機(jī)的通信要求傳送線的頻段很寬，傳送線的頻段很寬，而在長(zhǎng)距離通信中，而在長(zhǎng)距離通信中，通常利用電話線來(lái)通常利用電話線來(lái)傳送。傳送。 所以，要用所以，要用調(diào)制器（調(diào)制器（Modulator）把把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)擬信號(hào)進(jìn)行傳送；接收時(shí)用進(jìn)行傳送；接收時(shí)用解調(diào)器（解調(diào)器（Demodulator）檢測(cè)檢測(cè)此模擬信號(hào)，再把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如圖此模擬信號(hào)，再把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如圖6.14所示。所示。 頻移鍵控法頻移鍵控法FSKFSK（Frequency Shift KeyingFrequency Shift Keying），），是是一種常用的調(diào)制

29、方法：它把數(shù)字信號(hào)的一種常用的調(diào)制方法：它把數(shù)字信號(hào)的“1”1”與與“0”0”調(diào)制成不同頻率（易于鑒別）的模擬信號(hào)，調(diào)制成不同頻率（易于鑒別）的模擬信號(hào)，其原理如圖其原理如圖6.156.15所示。所示。 兩個(gè)不同頻率的模擬信號(hào)，分別由電子開關(guān)控制，兩個(gè)不同頻率的模擬信號(hào)，分別由電子開關(guān)控制，在運(yùn)算放大器的輸入端相加，而電子開關(guān)由要傳輸在運(yùn)算放大器的輸入端相加，而電子開關(guān)由要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)（即數(shù)據(jù)）控制。的數(shù)字信號(hào)（即數(shù)據(jù)）控制。當(dāng)信號(hào)為當(dāng)信號(hào)為“1”1”時(shí)，控制上面的電子開關(guān)導(dǎo)通，時(shí)，控制上面的電子開關(guān)導(dǎo)通，送出一串頻率較高的模擬信號(hào)；送出一串頻率較高的模擬信號(hào)；當(dāng)信號(hào)為當(dāng)信號(hào)為“0”0”時(shí)，

30、控制下面的電子開關(guān)導(dǎo)通，時(shí)，控制下面的電子開關(guān)導(dǎo)通，送出一串頻率較低的模擬信號(hào)。送出一串頻率較低的模擬信號(hào)。于是在運(yùn)算放大器的輸出端，就得到了調(diào)制后的于是在運(yùn)算放大器的輸出端，就得到了調(diào)制后的信號(hào)。信號(hào)。四、四、Intel 8251AIntel 8251A可編程通信接口可編程通信接口（1） 基本性能基本性能 可用于同步或異步傳送?？捎糜谕交虍惒絺魉汀?同步傳送，同步傳送，58b字符，內(nèi)部或外部字符同步化，自字符，內(nèi)部或外部字符同步化，自動(dòng)插入同步字符。動(dòng)插入同步字符。 異步傳送，異步傳送，58b字符，時(shí)鐘速率為通信波特率的字符，時(shí)鐘速率為通信波特率的1、16或或64倍。倍。 可產(chǎn)生中止字符，

31、可產(chǎn)生可產(chǎn)生中止字符，可產(chǎn)生1、1.5或或2b的停止位?？蓹z的停止位?？蓹z查假啟動(dòng)位。自動(dòng)檢測(cè)和處理中止字符。查假啟動(dòng)位。自動(dòng)檢測(cè)和處理中止字符。 波特率：波特率：DC19.2Kb（異步）；（異步）；DC64Kb（同步）。（同步）。 完全雙工，雙緩沖器發(fā)送和接收器。完全雙工，雙緩沖器發(fā)送和接收器。 誤差檢測(cè)，具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤等檢測(cè)電路。誤差檢測(cè)，具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤等檢測(cè)電路。（2） 8251的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)整個(gè)整個(gè)8251可以分成五個(gè)主要部分：可以分成五個(gè)主要部分：接收器、發(fā)送器、調(diào)接收器、發(fā)送器、調(diào)制控制、讀寫制控制、讀寫/控制控制以及以及I/O緩沖器緩沖器。I/O緩沖器由緩沖器由狀態(tài)

32、緩沖器、發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)緩沖器、發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器命令緩沖器和和接收數(shù)接收數(shù)據(jù)緩沖器據(jù)緩沖器三部分組成。三部分組成。8251的內(nèi)部由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。的內(nèi)部由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。 1) 接收器接收器 接收器接收由接收器接收由RxD腳輸入的串行數(shù)據(jù)，并按規(guī)定的格式腳輸入的串行數(shù)據(jù)，并按規(guī)定的格式把它轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存放在接收數(shù)據(jù)緩沖器中。把它轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存放在接收數(shù)據(jù)緩沖器中。 2) 發(fā)送器發(fā)送器 發(fā)送器接收發(fā)送器接收CPU送來(lái)的并行數(shù)據(jù)，將它加上起始位、奇送來(lái)的并行數(shù)據(jù)，將它加上起始位、奇偶校驗(yàn)位和停止位，然后由偶校驗(yàn)位和停止位，然后由TxD腳發(fā)送。腳發(fā)送。終止或空

33、閑位起始位第一數(shù)據(jù)位第二數(shù)據(jù)位第三數(shù)據(jù)位第四數(shù)據(jù)位第五數(shù)據(jù)位第六數(shù)據(jù)位第七數(shù)據(jù)位第八數(shù)據(jù)位奇偶校驗(yàn)位終止位100/10/10/10/10/10/10/10/10/11一個(gè)字符8Tc到9Tc16Tc1016Tc916Tc816Tc716Tc616Tc516Tc416Tc316Tc=48Tc32Tc圖6.17 8259接收數(shù)據(jù)定時(shí)方式通常并行數(shù)據(jù)接口應(yīng)具有以下功能：通常并行數(shù)據(jù)接口應(yīng)具有以下功能：有兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有輸入和輸出數(shù)據(jù)的緩沖器或鎖有兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有輸入和輸出數(shù)據(jù)的緩沖器或鎖存器的數(shù)據(jù)端口，可以和存器的數(shù)據(jù)端口，可以和CPUCPU的數(shù)據(jù)總線相連接。的數(shù)據(jù)總線相連接。每個(gè)數(shù)據(jù)端口都有

34、與每個(gè)數(shù)據(jù)端口都有與CPUCPU用應(yīng)答方式交換數(shù)據(jù)所需的狀用應(yīng)答方式交換數(shù)據(jù)所需的狀態(tài)信號(hào)和控制信號(hào)。具有保存控制字的控制寄存器。態(tài)信號(hào)和控制信號(hào)。具有保存控制字的控制寄存器。CPUCPU可通過(guò)用戶程序?qū)⒖刂谱炙偷娇刂萍拇嫫?，命令外圍設(shè)備可通過(guò)用戶程序?qū)⒖刂谱炙偷娇刂萍拇嫫鳎钔鈬O(shè)備執(zhí)行不同的功能。執(zhí)行不同的功能。具有控制外圍設(shè)備的控制和定時(shí)信號(hào)。具有控制外圍設(shè)備的控制和定時(shí)信號(hào)。（1 1） 數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器可以有兩個(gè)或多個(gè)。它們既可以作為輸入數(shù)據(jù)寄存數(shù)據(jù)緩沖器可以有兩個(gè)或多個(gè)。它們既可以作為輸入數(shù)據(jù)寄存器，也可以作為輸出數(shù)據(jù)寄存器，這由方向寄存器來(lái)控制。器，也可以作為輸出數(shù)

35、據(jù)寄存器，這由方向寄存器來(lái)控制。每個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器，可以接到由多條傳輸線組成的雙向數(shù)據(jù)總線每個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器，可以接到由多條傳輸線組成的雙向數(shù)據(jù)總線上去，在微型機(jī)中，通常把一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器稱為一個(gè)端口。上去，在微型機(jī)中，通常把一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器稱為一個(gè)端口。（2 2）控制緩沖器）控制緩沖器 控制緩沖器用來(lái)作為存放控制字的控制寄存器，并且決定外控制緩沖器用來(lái)作為存放控制字的控制寄存器，并且決定外圍設(shè)備的工作方式。圍設(shè)備的工作方式。（3 3）多路轉(zhuǎn)換器）多路轉(zhuǎn)換器 多路轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)多路開關(guān)，通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)多路轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)多路開關(guān)，通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)接到或多個(gè)數(shù)據(jù)緩沖

36、器的數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)接到CPUCPU的數(shù)據(jù)總線上去。的數(shù)據(jù)總線上去。（4 4）控制邏輯）控制邏輯 控制邏輯用來(lái)發(fā)出和接收各種控制信號(hào)，其中包括外圍設(shè)備控制邏輯用來(lái)發(fā)出和接收各種控制信號(hào)，其中包括外圍設(shè)備的工作狀態(tài)信號(hào)。的工作狀態(tài)信號(hào)。集中控制集中控制分散控制分散控制鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞接?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式總線的通信總線的通信同步通信同步通信異步通信異步通信總線的控制總線的控制自舉分布式裁決自舉分布式裁決沖突檢測(cè)分布式裁決沖突檢測(cè)分布式裁決并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決6.26.2總線的控制與通信總線的控制與通信6.26.2總線的控制與通信總線的控制與通

37、信連接到總線上的功能模塊有主動(dòng)和被動(dòng)兩種形態(tài)。連接到總線上的功能模塊有主動(dòng)和被動(dòng)兩種形態(tài)。為了解決多個(gè)主設(shè)備同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線控制權(quán)，必須具為了解決多個(gè)主設(shè)備同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線控制權(quán)，必須具有總線仲裁部件，以某種方式選擇其中一個(gè)主設(shè)備有總線仲裁部件，以某種方式選擇其中一個(gè)主設(shè)備作為總線的下一次主方。對(duì)多個(gè)主設(shè)備提出的占用作為總線的下一次主方。對(duì)多個(gè)主設(shè)備提出的占用總線請(qǐng)求，一般采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)行仲裁?？偩€請(qǐng)求，一般采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)行仲裁。按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為集中集中式仲裁式仲裁和和分布式仲裁分布式仲裁兩類。兩類。6.2.1 6.2.1

38、 總線的控制總線的控制 集中式裁決方式是將控制邏輯做在一個(gè)專門的總集中式裁決方式是將控制邏輯做在一個(gè)專門的總線控制器或總線裁決器中，將所有的總線請(qǐng)求集線控制器或總線裁決器中，將所有的總線請(qǐng)求集中起來(lái)，利用一個(gè)特定的裁決算法進(jìn)行裁決。中起來(lái)，利用一個(gè)特定的裁決算法進(jìn)行裁決。集中式控制是三總線、雙總線和單總線結(jié)構(gòu)機(jī)器中集中式控制是三總線、雙總線和單總線結(jié)構(gòu)機(jī)器中主要采用的方式，它主要有以下種控制方式：主要采用的方式，它主要有以下種控制方式：p鏈?zhǔn)讲樵兎绞?；鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑籶計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式；p獨(dú)立請(qǐng)求方式。獨(dú)立請(qǐng)求方式。一、集中式仲裁一、集中式仲裁 1 1、鏈?zhǔn)讲樵兎绞健㈡準(zhǔn)讲?/p>

39、詢方式 優(yōu)先級(jí)由主控設(shè)備在總線上的位置來(lái)決定，優(yōu)先級(jí)由主控設(shè)備在總線上的位置來(lái)決定， 要求擁有總線使用權(quán)的高優(yōu)先級(jí)設(shè)備簡(jiǎn)單地?cái)r截總要求擁有總線使用權(quán)的高優(yōu)先級(jí)設(shè)備簡(jiǎn)單地?cái)r截總線允許信號(hào)，不讓其更低級(jí)的設(shè)備收到該信號(hào)。線允許信號(hào)，不讓其更低級(jí)的設(shè)備收到該信號(hào)。 優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，只需很少幾根線就能按一定優(yōu)先優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，只需很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線裁決，而且易擴(kuò)充設(shè)備。次序?qū)崿F(xiàn)總線裁決，而且易擴(kuò)充設(shè)備。 缺點(diǎn)是不能保證公正性，也即一個(gè)低優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求缺點(diǎn)是不能保證公正性，也即一個(gè)低優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求可能永遠(yuǎn)得不到允許；可能永遠(yuǎn)得不到允許； 對(duì)電路故障較敏感，一個(gè)設(shè)備的故障會(huì)影響到后對(duì)電路故障較敏感，一個(gè)

40、設(shè)備的故障會(huì)影響到后面設(shè)備的操作；面設(shè)備的操作； 菊花鏈的使用也限制了總線速度。菊花鏈的使用也限制了總線速度。鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞紹S:BS:總線忙信號(hào)總線忙信號(hào)BR:BR:總線請(qǐng)求信號(hào)線總線請(qǐng)求信號(hào)線BG:BG:總線授權(quán)信號(hào)總線授權(quán)信號(hào) BG 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 地址線地址線 總總線線控控制制部部件件 設(shè)備設(shè)備0 設(shè)備設(shè)備1 設(shè)備設(shè)備n BR BS 2 2、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式 此方案比鏈此方案比鏈?zhǔn)绞讲樵兎绞蕉嗔艘唤M設(shè)備線，少了一根總線允許查詢方式多了一組設(shè)備線，少了一根總線允許線線BGBG。 總線請(qǐng)求的設(shè)備號(hào)與計(jì)數(shù)值一致時(shí)，該設(shè)備便獲得總線使用總線請(qǐng)求的設(shè)備號(hào)與計(jì)數(shù)值一致

41、時(shí)，該設(shè)備便獲得總線使用權(quán)，此時(shí)終止計(jì)數(shù)查詢，同時(shí)該設(shè)備建立總線忙權(quán)，此時(shí)終止計(jì)數(shù)查詢，同時(shí)該設(shè)備建立總線忙BSBS信號(hào)。信號(hào)。 設(shè)備的優(yōu)先級(jí)通過(guò)設(shè)置不同的計(jì)數(shù)初始值來(lái)改變?cè)O(shè)備的優(yōu)先級(jí)通過(guò)設(shè)置不同的計(jì)數(shù)初始值來(lái)改變 計(jì)數(shù)總是從計(jì)數(shù)總是從0 0開始，此時(shí)設(shè)備的優(yōu)先次序是固定的；開始，此時(shí)設(shè)備的優(yōu)先次序是固定的； 計(jì)數(shù)的初值總是上次得到控制權(quán)設(shè)備的設(shè)備號(hào)，那么所有計(jì)數(shù)的初值總是上次得到控制權(quán)設(shè)備的設(shè)備號(hào)，那么所有設(shè)備的優(yōu)先級(jí)是相等的，是循環(huán)優(yōu)先級(jí)方式。設(shè)備的優(yōu)先級(jí)是相等的，是循環(huán)優(yōu)先級(jí)方式。 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式具有靈活的優(yōu)先級(jí)，計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式具有靈活的優(yōu)先級(jí)， 它對(duì)電路故障也不如菊花鏈查詢那樣

42、敏感。它對(duì)電路故障也不如菊花鏈查詢那樣敏感。 這種方式增加了一組設(shè)備線，每個(gè)設(shè)備要對(duì)這種方式增加了一組設(shè)備線，每個(gè)設(shè)備要對(duì) 設(shè)備線的信號(hào)進(jìn)行譯碼處理，因而控制也變復(fù)雜了。設(shè)備線的信號(hào)進(jìn)行譯碼處理，因而控制也變復(fù)雜了。 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線 地地址址線線 總總線線控控制制部部件件 設(shè)設(shè)備備0 設(shè)設(shè)備備1 設(shè)設(shè)備備n BR BS 設(shè)設(shè)備備線線 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式3 3、獨(dú)立請(qǐng)求方式、獨(dú)立請(qǐng)求方式 這種方案使用一個(gè)中心裁決器從請(qǐng)求總線的一組設(shè)備中選這種方案使用一個(gè)中心裁決器從請(qǐng)求總線的一組設(shè)備中選擇一個(gè)。擇一個(gè)。 每個(gè)設(shè)備都有一對(duì)總線請(qǐng)求線每個(gè)設(shè)備都有一對(duì)總線請(qǐng)求線BRiBRi和總線允許線

43、和總線允許線BGiBGi 總線控制器可以給各個(gè)請(qǐng)求線以固定的優(yōu)先級(jí)，也可以設(shè)總線控制器可以給各個(gè)請(qǐng)求線以固定的優(yōu)先級(jí)，也可以設(shè)置可編程的優(yōu)先級(jí)。置可編程的優(yōu)先級(jí)。 裁決算法由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，可采用固定的并行判優(yōu)算法、平等裁決算法由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，可采用固定的并行判優(yōu)算法、平等的循環(huán)菊花鏈算法、動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)算法（如：最近最少用算法、的循環(huán)菊花鏈算法、動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)算法（如：最近最少用算法、先來(lái)先服務(wù)算法）等。先來(lái)先服務(wù)算法）等。 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 地址線地址線 總總線線控控制制部部件件 設(shè)備設(shè)備0 設(shè)備設(shè)備1 設(shè)備設(shè)備n BR0 BG0 BR1 BG1 BR2 BG2 獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式BR:BR:總線請(qǐng)求

44、信號(hào)線總線請(qǐng)求信號(hào)線BG:BG:總線授權(quán)信號(hào)總線授權(quán)信號(hào) 獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)缺點(diǎn)：獨(dú)立請(qǐng)求方式的優(yōu)缺點(diǎn)： 分布式的裁決方式，沒(méi)有專門的總線控制器，其分布式的裁決方式，沒(méi)有專門的總線控制器，其控制邏輯分散在各個(gè)部件或設(shè)備中。控制邏輯分散在各個(gè)部件或設(shè)備中。(1) 自舉分布式裁決自舉分布式裁決(2) 沖突檢測(cè)分布式裁決沖突檢測(cè)分布式裁決(3) 并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決二、分布式裁決方式二、分布式裁決方式 使用多個(gè)請(qǐng)求線，不需要中心裁決器，每個(gè)設(shè)備使用多個(gè)請(qǐng)求線，不需要中心裁決器，每個(gè)設(shè)備獨(dú)立地決定自己是否是最高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求者。獨(dú)立地決定自己是否是最高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求者。 BR0為總線忙信號(hào)線，為

45、總線忙信號(hào)線，BRi為設(shè)備為設(shè)備i的總線請(qǐng)求線。的總線請(qǐng)求線。BR0 設(shè)備設(shè)備0 設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備3BR1BR2設(shè)備設(shè)備2BR3自舉分布式裁決自舉分布式裁決(1)(1)自舉分布式裁決自舉分布式裁決 一般優(yōu)先級(jí)是固定的一般優(yōu)先級(jí)是固定的 總線裁決期間每個(gè)設(shè)備將有關(guān)請(qǐng)求線上的信號(hào)合總線裁決期間每個(gè)設(shè)備將有關(guān)請(qǐng)求線上的信號(hào)合成后取回分析，根據(jù)這些請(qǐng)求信號(hào)確定自己能否成后取回分析，根據(jù)這些請(qǐng)求信號(hào)確定自己能否擁有總線控制權(quán)。擁有總線控制權(quán)。 這種方案需要較多的連線用于請(qǐng)求信號(hào)，所以，許這種方案需要較多的連線用于請(qǐng)求信號(hào)，所以，許多總線用數(shù)據(jù)線多總線用數(shù)據(jù)線DB作為總線請(qǐng)求線。作為總線請(qǐng)求線。 每個(gè)設(shè)

46、備通過(guò)取回的合成信息能夠檢測(cè)出其他設(shè)備每個(gè)設(shè)備通過(guò)取回的合成信息能夠檢測(cè)出其他設(shè)備是否發(fā)出了總線請(qǐng)求。是否發(fā)出了總線請(qǐng)求。 NuBus是在是在MacintoshII 中的底板式總線，就采用中的底板式總線，就采用該方案；該方案；SCSI總線也采用該方案?？偩€也采用該方案。 這種方案中，每個(gè)設(shè)備獨(dú)立地請(qǐng)求總線，多個(gè)同時(shí)這種方案中，每個(gè)設(shè)備獨(dú)立地請(qǐng)求總線，多個(gè)同時(shí)使用總線的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生沖突，這時(shí)沖突被檢測(cè)到使用總線的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生沖突，這時(shí)沖突被檢測(cè)到，按照某種策略在沖突的各方選擇一個(gè)設(shè)備。，按照某種策略在沖突的各方選擇一個(gè)設(shè)備。 當(dāng)沖突發(fā)生時(shí)，兩個(gè)設(shè)備都會(huì)停止傳輸，延遲一個(gè)當(dāng)沖突發(fā)生時(shí)，兩個(gè)設(shè)備都會(huì)停止

47、傳輸，延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再重新使用總線。隨機(jī)時(shí)間后再重新使用總線。 這種方案一般用在網(wǎng)絡(luò)通信總線上。這種方案一般用在網(wǎng)絡(luò)通信總線上。(2)(2)沖突檢測(cè)分布式裁決沖突檢測(cè)分布式裁決 需要使用總線的主控設(shè)備把自己的仲裁號(hào)發(fā)送到仲需要使用總線的主控設(shè)備把自己的仲裁號(hào)發(fā)送到仲裁線上，每個(gè)設(shè)備根據(jù)并行競(jìng)爭(zhēng)算法決定在一定時(shí)裁線上，每個(gè)設(shè)備根據(jù)并行競(jìng)爭(zhēng)算法決定在一定時(shí)間以后占用總線還是撤銷仲裁號(hào)。間以后占用總線還是撤銷仲裁號(hào)。 并行競(jìng)爭(zhēng)方式與自舉分布式裁決算法比較，它可以用很少并行競(jìng)爭(zhēng)方式與自舉分布式裁決算法比較，它可以用很少的裁決線掛接大量的設(shè)備。的裁決線掛接大量的設(shè)備。 例如，假定是位仲裁號(hào)，自舉分布

48、式裁決只能表示例如，假定是位仲裁號(hào)，自舉分布式裁決只能表示8個(gè)個(gè)優(yōu)先級(jí)；這種方式可以表示優(yōu)先級(jí)；這種方式可以表示256個(gè)優(yōu)先級(jí)，仲裁號(hào)為個(gè)優(yōu)先級(jí)，仲裁號(hào)為255的的設(shè)備優(yōu)先級(jí)最高，而最低。設(shè)備優(yōu)先級(jí)最高，而最低。 Futurebus+總線標(biāo)準(zhǔn)使用這種裁決方案。總線標(biāo)準(zhǔn)使用這種裁決方案。(3)(3)并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決厎厎cn7cn6cn0比比較較得勝得勝仲裁號(hào)仲裁號(hào)AB7AB6AB0總線總線仲裁線仲裁線設(shè)備設(shè)備并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決并行競(jìng)爭(zhēng)分布式裁決 下下圖是總線中有根仲裁線圖是總線中有根仲裁線AB0AB7例子例子 兩個(gè)設(shè)備同時(shí)要求使用總線，仲裁號(hào)分別是兩個(gè)設(shè)備同時(shí)要求使用總線，仲

49、裁號(hào)分別是0000010100000101和和0000101000001010；最終留在仲裁線上的號(hào)為；最終留在仲裁線上的號(hào)為0000101000001010。裁決號(hào)裁決號(hào)1 1裁決號(hào)裁決號(hào)2 2裁決線電平裁決線電平裁決線邏輯裁決線邏輯0 00 00 00 00 01 10 01 1高高高高高高高高高高高高高高高高0 00 00 00 01 10 01 10 0高高高高高高高高低低高高低低高高高高高高高高高高低低高高低低高高0 00 00 00 01 10 01 10 0cncnABABABABcncn并行競(jìng)爭(zhēng)裁決邏輯舉例分析結(jié)果并行競(jìng)爭(zhēng)裁決邏輯舉例分析結(jié)果 選擇選擇不同裁決方案的因素包括：不

50、同裁決方案的因素包括： 總線在總線在I/O設(shè)備的數(shù)量和總線長(zhǎng)度的可擴(kuò)充性方面設(shè)備的數(shù)量和總線長(zhǎng)度的可擴(kuò)充性方面如何？如何？ 總線裁決應(yīng)該多快？總線裁決應(yīng)該多快？ 需要什么程度的公正性等。需要什么程度的公正性等。6.2.2 6.2.2 總線的通信總線的通信 當(dāng)共享總線的部件獲得總線使用權(quán)后，就開始傳當(dāng)共享總線的部件獲得總線使用權(quán)后，就開始傳送信息，即進(jìn)行通信。送信息，即進(jìn)行通信。 通信方式是實(shí)現(xiàn)總線控制和數(shù)據(jù)傳送的手段，通通信方式是實(shí)現(xiàn)總線控制和數(shù)據(jù)傳送的手段，通常分為常分為同步通信同步通信和和異步通信異步通信兩種。兩種。總線的一次信息傳送過(guò)程，大致可分為如下五個(gè)階段：總線的一次信息傳送過(guò)程，大

51、致可分為如下五個(gè)階段：請(qǐng)求總線，總線仲裁，尋址請(qǐng)求總線，總線仲裁，尋址( (目的地址目的地址) )，信息傳送，狀態(tài)返回，信息傳送，狀態(tài)返回( (或錯(cuò)誤報(bào)告或錯(cuò)誤報(bào)告) )為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時(shí)協(xié)議。為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時(shí)協(xié)議。定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)序關(guān)系。定時(shí)：事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)序關(guān)系?？偩€的定時(shí)總線的定時(shí) 一、同步通信一、同步通信總線上的部件通過(guò)總線進(jìn)行信息傳送時(shí)，用一個(gè)公總線上的部件通過(guò)總線進(jìn)行信息傳送時(shí)，用一個(gè)公共的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，這種方式稱為同步共的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，這種方式稱為同步通信（無(wú)應(yīng)答通信）。通信（無(wú)應(yīng)答通信）。這個(gè)公共的時(shí)

52、鐘可以由這個(gè)公共的時(shí)鐘可以由CPUCPU總線控制部件發(fā)送到每總線控制部件發(fā)送到每一個(gè)部件（設(shè)備），也可以讓每個(gè)部件有各自的一個(gè)部件（設(shè)備），也可以讓每個(gè)部件有各自的時(shí)鐘發(fā)生器，然而它們都必須由總線控制部件發(fā)時(shí)鐘發(fā)生器，然而它們都必須由總線控制部件發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步。出的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步。由于采用了公共時(shí)鐘，每個(gè)部件什么時(shí)候發(fā)送和接收由于采用了公共時(shí)鐘，每個(gè)部件什么時(shí)候發(fā)送和接收信息都由統(tǒng)一的時(shí)鐘規(guī)定，因此，同步通信具有較高信息都由統(tǒng)一的時(shí)鐘規(guī)定，因此，同步通信具有較高的傳輸頻率。的傳輸頻率。 同步通信適用于總線長(zhǎng)度較短、各部件存取時(shí)間比同步通信適用于總線長(zhǎng)度較短、各部件存取時(shí)間比較接近的情

53、況。這是因?yàn)椋和椒绞綄?duì)任何兩個(gè)設(shè)備較接近的情況。這是因?yàn)椋和椒绞綄?duì)任何兩個(gè)設(shè)備之間的通信都給予同樣的時(shí)間安排。就總線的長(zhǎng)度來(lái)之間的通信都給予同樣的時(shí)間安排。就總線的長(zhǎng)度來(lái)講，必須按距離最長(zhǎng)的兩個(gè)設(shè)備的傳輸延遲來(lái)設(shè)計(jì)公講，必須按距離最長(zhǎng)的兩個(gè)設(shè)備的傳輸延遲來(lái)設(shè)計(jì)公共時(shí)間，但是總線長(zhǎng)了勢(shì)必降低傳輸頻率。共時(shí)間，但是總線長(zhǎng)了勢(shì)必降低傳輸頻率。 同步總線必須按最慢的部件設(shè)計(jì)公共時(shí)鐘，如果各同步總線必須按最慢的部件設(shè)計(jì)公共時(shí)鐘，如果各部件存取時(shí)間相差很大，則會(huì)大大損失總線效率。部件存取時(shí)間相差很大，則會(huì)大大損失總線效率。 同步總線有兩個(gè)缺點(diǎn)：同步總線有兩個(gè)缺點(diǎn)： 第一，在總線上的每個(gè)設(shè)備必須以同樣的

54、時(shí)鐘速第一，在總線上的每個(gè)設(shè)備必須以同樣的時(shí)鐘速率進(jìn)行工作；率進(jìn)行工作； 處理器處理器-主存總線一般都是同步的，因?yàn)橥ㄐ诺脑O(shè)主存總線一般都是同步的，因?yàn)橥ㄐ诺脑O(shè)備靠得很近，而且數(shù)量又少。備靠得很近，而且數(shù)量又少。 第二，由于時(shí)鐘偏移問(wèn)題，同步總線如果要快的話第二，由于時(shí)鐘偏移問(wèn)題，同步總線如果要快的話就不能很長(zhǎng)。就不能很長(zhǎng)。二、異步通信二、異步通信 為了協(xié)調(diào)在發(fā)送和接收者之間的數(shù)據(jù)傳送，一個(gè)異為了協(xié)調(diào)在發(fā)送和接收者之間的數(shù)據(jù)傳送，一個(gè)異步總線必須使用一種握手協(xié)議。步總線必須使用一種握手協(xié)議。 握手協(xié)議由一系列步驟組成，在每一步中，只有當(dāng)握手協(xié)議由一系列步驟組成，在每一步中，只有當(dāng)雙方都同意時(shí)，

55、發(fā)送者或接收者才會(huì)進(jìn)入到下一步雙方都同意時(shí)，發(fā)送者或接收者才會(huì)進(jìn)入到下一步; ; 協(xié)議是通過(guò)一組附加的控制線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。協(xié)議是通過(guò)一組附加的控制線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。異步通信允許總線上的各部件有異步通信允許總線上的各部件有各自的時(shí)鐘各自的時(shí)鐘，在部件，在部件之間進(jìn)行通信時(shí)沒(méi)有公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而是靠發(fā)送信之間進(jìn)行通信時(shí)沒(méi)有公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而是靠發(fā)送信息時(shí)同時(shí)發(fā)出本設(shè)備的息時(shí)同時(shí)發(fā)出本設(shè)備的時(shí)間標(biāo)志信號(hào)時(shí)間標(biāo)志信號(hào)，用，用“應(yīng)答方式應(yīng)答方式”來(lái)進(jìn)行通信。來(lái)進(jìn)行通信。 (1) ReadReq (讀請(qǐng)求讀請(qǐng)求)：用于指示一個(gè)讀請(qǐng)求，假定在送出該：用于指示一個(gè)讀請(qǐng)求，假定在送出該信號(hào)時(shí)信號(hào)時(shí),地址同時(shí)被放到地址地址

56、同時(shí)被放到地址 線上；線上； (3) Ack（回答）：用于回答另一方送過(guò)來(lái)的（回答）：用于回答另一方送過(guò)來(lái)的ReadReq或或Ready信號(hào)。信號(hào)。 在一個(gè)在一個(gè)I/O讀事務(wù)中，該信號(hào)將由讀事務(wù)中，該信號(hào)將由I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)有效，因?yàn)槭窃O(shè)備驅(qū)動(dòng)有效，因?yàn)槭荌/O設(shè)備提供數(shù)據(jù)。設(shè)備提供數(shù)據(jù)。 在一個(gè)存儲(chǔ)器讀事務(wù)中，該信號(hào)將由存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)有效，因在一個(gè)存儲(chǔ)器讀事務(wù)中，該信號(hào)將由存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)有效，因?yàn)槭谴鎯?chǔ)器提供數(shù)據(jù)；為是存儲(chǔ)器提供數(shù)據(jù)； (2) Ready(數(shù)據(jù)就緒數(shù)據(jù)就緒)：用于指示數(shù)據(jù)字已在數(shù)據(jù)：用于指示數(shù)據(jù)字已在數(shù)據(jù) 線上準(zhǔn)備好。線上準(zhǔn)備好。例：例：考慮一個(gè)設(shè)備請(qǐng)求從存儲(chǔ)器中讀一個(gè)字?？紤]一個(gè)設(shè)備

57、請(qǐng)求從存儲(chǔ)器中讀一個(gè)字。 假定存在以下三個(gè)控制線。假定存在以下三個(gè)控制線。ReadReqAddressDataAckReady1234562467 異步通信協(xié)議異步通信協(xié)議 異步通信協(xié)議示意圖；主設(shè)備從存儲(chǔ)器中讀一個(gè)字。異步通信協(xié)議示意圖；主設(shè)備從存儲(chǔ)器中讀一個(gè)字。存儲(chǔ)器接收到存儲(chǔ)器接收到ReadReq信號(hào)后，就從地址線上讀取地址信息信號(hào)后，就從地址線上讀取地址信息，然后送出，然后送出Ack信號(hào)，表示它已接受了讀請(qǐng)求和地址信息。信號(hào)，表示它已接受了讀請(qǐng)求和地址信息。主設(shè)備收到主設(shè)備收到Ack信號(hào)后，就釋放信號(hào)后，就釋放ReadReq信號(hào)和地址線。信號(hào)和地址線。存儲(chǔ)器發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)器發(fā)現(xiàn)ReadReq

58、信號(hào)被釋放后，就跟著也降下信號(hào)被釋放后，就跟著也降下Ack信號(hào)信號(hào) 當(dāng)存儲(chǔ)器完成數(shù)據(jù)的讀出后，就將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)線上，并送當(dāng)存儲(chǔ)器完成數(shù)據(jù)的讀出后，就將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)線上，并送出數(shù)據(jù)就緒信號(hào)出數(shù)據(jù)就緒信號(hào)Ready 。 主設(shè)備接收到存儲(chǔ)器送出的主設(shè)備接收到存儲(chǔ)器送出的Ready信號(hào)后，就從數(shù)據(jù)線上開信號(hào)后，就從數(shù)據(jù)線上開始讀，并送出回答信號(hào)始讀，并送出回答信號(hào)Ack，告訴存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀。，告訴存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀。存儲(chǔ)器接收到存儲(chǔ)器接收到Ack信號(hào)后，就得知數(shù)據(jù)已被成功地讀取。此信號(hào)后，就得知數(shù)據(jù)已被成功地讀取。此時(shí)它就降下時(shí)它就降下Ready信號(hào)，并釋放數(shù)據(jù)線。信號(hào)，并釋放數(shù)據(jù)線。 主設(shè)備發(fā)現(xiàn)

59、主設(shè)備發(fā)現(xiàn)Ready線降下后，也就跟著降下回答信號(hào)線降下后，也就跟著降下回答信號(hào)Ack。 又一次握手過(guò)程完成。在這個(gè)過(guò)程中完成了一次數(shù)據(jù)信息的又一次握手過(guò)程完成。在這個(gè)過(guò)程中完成了一次數(shù)據(jù)信息的交換交換存儲(chǔ)器接收到存儲(chǔ)器接收到ReadReq信號(hào)后，就從地址線上讀取地址信息信號(hào)后，就從地址線上讀取地址信息，然后送出，然后送出Ack信號(hào)，表示它已接受了讀請(qǐng)求和地址信息。信號(hào)，表示它已接受了讀請(qǐng)求和地址信息。主設(shè)備收到主設(shè)備收到Ack信號(hào)后，就釋放信號(hào)后，就釋放ReadReq信號(hào)和地址線。信號(hào)和地址線。存儲(chǔ)器發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)器發(fā)現(xiàn)ReadReq信號(hào)被釋放后，就跟著也降下信號(hào)被釋放后，就跟著也降下Ack信號(hào)信

60、號(hào) 當(dāng)存儲(chǔ)器完成數(shù)據(jù)的讀出后，就將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)線上，并送當(dāng)存儲(chǔ)器完成數(shù)據(jù)的讀出后，就將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)線上，并送出數(shù)據(jù)就緒信號(hào)出數(shù)據(jù)就緒信號(hào)Ready 。 主設(shè)備接收到存儲(chǔ)器送出的主設(shè)備接收到存儲(chǔ)器送出的Ready信號(hào)后，就從數(shù)據(jù)線上開信號(hào)后，就從數(shù)據(jù)線上開始讀，并送出回答信號(hào)始讀，并送出回答信號(hào)Ack，告訴存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀。，告訴存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀。存儲(chǔ)器接收到存儲(chǔ)器接收到Ack信號(hào)后，就得知數(shù)據(jù)已被成功地讀取。此信號(hào)后，就得知數(shù)據(jù)已被成功地讀取。此時(shí)它就降下時(shí)它就降下Ready信號(hào)，并釋放數(shù)據(jù)線。信號(hào)，并釋放數(shù)據(jù)線。 主設(shè)備發(fā)現(xiàn)主設(shè)備發(fā)現(xiàn)Ready線降下后，也就跟著降下回答信號(hào)線降下后，也就