計算機組成原理第六章 總線(含習題)

1、第六章第六章 總線總線v總線概述總線概述v總線管理總線管理v總線標準總線標準6.1 6.1 總線概述總線概述6.1.1 6.1.1 總線的基本概念總線的基本概念 計算機系統(tǒng)的五大部件之間的互連方式有兩種計算機系統(tǒng)的五大部件之間的互連方式有兩種: :v 分散連接分散連接: :各部件之間使用單獨的連線各部件之間使用單獨的連線; ;v 總線連接總線連接: :將各部件連到一組公共信息傳輸線上將各部件連到一組公共信息傳輸線上. .v 總線總線: :構成計算機系統(tǒng)的互聯(lián)機構構成計算機系統(tǒng)的互聯(lián)機構, ,是多個部件是多個部件分時共享分時共享的公共信息傳送線路的公共信息傳送線路. .v 共享共享: :總線上各

2、部件之間互換的信息總線上各部件之間互換的信息, ,可以通過可以通過這組公共線路傳送這組公共線路傳送. .v 分時分時: :同一時刻總線上只能傳送一個部件發(fā)送的同一時刻總線上只能傳送一個部件發(fā)送的 信息信息. .v 6.1.2 6.1.2 總線的分類總線的分類一、按連線數(shù)量分一、按連線數(shù)量分v并行總線、串行總線并行總線、串行總線v串行串行由低位到高位由低位到高位, ,單條單條1 1位傳輸線；位傳輸線；v并行并行多條多條1 1位傳輸線；位傳輸線；v分別適用于遠距離和近距離的數(shù)據(jù)傳輸分別適用于遠距離和近距離的數(shù)據(jù)傳輸. .二、按并行總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度分二、按并行總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度分8 8位總線、位總

3、線、 1616位總線、位總線、 3232位總線、位總線、 6464位總線位總線三、根據(jù)允許的數(shù)據(jù)傳輸方向分三、根據(jù)允許的數(shù)據(jù)傳輸方向分v 單向傳輸單向傳輸( (單工單工) )總線和雙向傳輸總線和雙向傳輸( (雙工雙工) )總線總線 其中雙工總線又分為：其中雙工總線又分為：v 全雙工總線全雙工總線: :可以在兩個方向上同時傳送的總線；可以在兩個方向上同時傳送的總線；v 半雙工總線：一個通信線路上允許數(shù)據(jù)雙向傳送半雙工總線：一個通信線路上允許數(shù)據(jù)雙向傳送, ,但不但不允許同時雙向傳送的總線允許同時雙向傳送的總線. .四、按總線連接的部件不同分四、按總線連接的部件不同分-在計算機中使在計算機中使用的

4、總線按從里向外的層次用的總線按從里向外的層次, ,分為以下分為以下4 4類類. .1. CPU1. CPU片內總線片內總線 CPUCPU內各部件之間的信息傳送線內各部件之間的信息傳送線, ,如如RRRR、RALURALU之間的信息傳送線之間的信息傳送線. .2.2.片級總線片級總線 插板內各芯片之間互連的總線插板內各芯片之間互連的總線, ,亦稱部件內總亦稱部件內總線線. .如顯示適配卡、多功能卡等插卡均使用片如顯示適配卡、多功能卡等插卡均使用片級總線實現(xiàn)芯片一級的互連級總線實現(xiàn)芯片一級的互連. .3. 3. 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線v指計算機系統(tǒng)內各功能部件指計算機系統(tǒng)內各功能部件(CPU(CPU、主

5、存、主存、I/OI/O接口接口) ) 之間相互連接的總線之間相互連接的總線. .v系統(tǒng)總線又按其上傳輸信息的不同分成系統(tǒng)總線又按其上傳輸信息的不同分成三類三類: :數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線: :用來傳輸各功能部件之間的用來傳輸各功能部件之間的數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息. .v雙向；雙向；v位數(shù)稱為數(shù)據(jù)總線寬度位數(shù)稱為數(shù)據(jù)總線寬度. .地址總線地址總線: :用來指出用來指出CPUCPU要訪問的存儲要訪問的存儲單元或單元或I/OI/O端口的地址端口的地址. .v單向；單向；v位數(shù)與存儲單元個數(shù)有關位數(shù)與存儲單元個數(shù)有關. .控制總線控制總線: :用來發(fā)出各種控制信號用來發(fā)出各種控制信號, ,實現(xiàn)對設實現(xiàn)對設備的監(jiān)視

6、與控制備的監(jiān)視與控制. .v就任一控制信號而言就任一控制信號而言, ,傳輸是單向的傳輸是單向的; ;v對于控制總線總體而言對于控制總線總體而言, ,可看作雙向的可看作雙向的; ;v故故, ,從從CPUCPU的角度看的角度看, ,控制信號既有輸入控制信號既有輸入, ,又有又有輸出輸出; ;v控制信號例控制信號例存儲器讀存儲器讀/ /寫、寫、I/OI/O讀讀/ /寫、總線寫、總線請求、總線允許、中斷請求、中斷響應、復請求、總線允許、中斷請求、中斷響應、復位、時鐘位、時鐘4.4.通信總線通信總線( (外總線外總線) )v用于計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系用于計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)統(tǒng)

7、( (如控制儀表、遠程通信設備等如控制儀表、遠程通信設備等) )之間通信之間通信. .6.1.3 6.1.3 總線的組成與性能指標總線的組成與性能指標一、總線組成一、總線組成v總線結構的物理結構示意圖如下：總線結構的物理結構示意圖如下：CPUCPU插板插板主存插板主存插板I/OI/O插板插板v將將CPUCPU及其它一些電路及其它一些電路( (如基本如基本I/OI/O設備控制電設備控制電路路) )安裝在主板上；安裝在主板上；v將由許多導線組成的總線將由許多導線組成的總線, ,按照總線標準直接印按照總線標準直接印制在電路板上制在電路板上, ,通過各插槽的相應點與各部件相通過各插槽的相應點與各部件相

8、連連. .主板主板圖圖6.1 6.1 總線物理結構示意圖總線物理結構示意圖 BUSBUS二、總線的性能指標二、總線的性能指標1. 1.總線寬度總線寬度v通常指通常指數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；的根數(shù)；v單位是單位是bit,bit,如如8 8位、位、1616位、位、3232位位( (即即8 8根、根、1616根、根、3232根根) )2.2.總線時鐘頻率總線時鐘頻率v 單位單位MHZ.MHZ.3.3.總線帶寬總線帶寬v總線數(shù)據(jù)傳輸率總線數(shù)據(jù)傳輸率, ,即單位時間內總線上傳輸數(shù)即單位時間內總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)據(jù)的位數(shù); ;v單位是單位是MBps(MBps(兆字節(jié)每秒兆字節(jié)每秒). ).例例:( :(教

9、材教材P.213)P.213)某總線在一個總線周期中并行傳某總線在一個總線周期中并行傳送送4 4個字節(jié)的數(shù)據(jù)個字節(jié)的數(shù)據(jù), ,假設一個總線周期等于一個假設一個總線周期等于一個時鐘周期時鐘周期, ,總線時鐘頻率是總線時鐘頻率是33MHz,33MHz,總線帶寬是總線帶寬是多少多少? ?解答解答: :用用DrDr表示總線帶寬表示總線帶寬, ,總線時鐘周期為總線時鐘周期為T=1/f,T=1/f,一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量表示為一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量表示為D;D;依據(jù)定義依據(jù)定義有有: :Dr=D/T=DDr=D/T=Df=4Bf=4B333310106 6/s /s=132MB/s=132MB/s(

10、(若一個總線周期由若一個總線周期由4 4個個T T構成構成, ,總線帶寬是多少總線帶寬是多少?) ?)6.1.4 6.1.4 總線結構總線結構v一般分為單總線結構和多總線結構；一般分為單總線結構和多總線結構；v單機系統(tǒng)中常分為單總線、雙總線和三總線單機系統(tǒng)中常分為單總線、雙總線和三總線三種結構；三種結構；v采用總線結構的優(yōu)點采用總線結構的優(yōu)點: :便于故障診斷與維修便于故障診斷與維修, ,便便于模塊化結構設計于模塊化結構設計, ,簡化系統(tǒng)設計簡化系統(tǒng)設計, ,便于系統(tǒng)的便于系統(tǒng)的擴展和升級擴展和升級. .一、單總線結構一、單總線結構v將將CPUCPU、主存和、主存和I/OI/O設備設備( (通

11、過通過I/OI/O接口接口) )都掛接都掛接到一組總線上到一組總線上, ,稱為單總線結構稱為單總線結構. .v單總線結構框圖如下單總線結構框圖如下: :圖圖6.2 6.2 單總線結構框圖單總線結構框圖CPUCPU主存主存I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口I/OI/O設備設備1 1I/OI/O設備設備2 2I/OI/O設備設備n n單總線單總線(系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線)v單總線結構的特點：單總線結構的特點：v1. 1.結構簡單、易于擴充；結構簡單、易于擴充；v2.2.允許部件之間直接交換信息允許部件之間直接交換信息, ,總線負載重；總線負載重；v3.3.共享傳輸介質極易形成系

12、統(tǒng)瓶頸共享傳輸介質極易形成系統(tǒng)瓶頸v某時刻只允許一對部件之間傳送信息；某時刻只允許一對部件之間傳送信息；v4.4.適用于小型微型計算機系統(tǒng)適用于小型微型計算機系統(tǒng). .二、雙總線結構二、雙總線結構v雙總線雙總線: :一條為內存總線一條為內存總線-用于用于CPUCPU、內存和、內存和通道之間進行數(shù)據(jù)傳送通道之間進行數(shù)據(jù)傳送; ;另一條是另一條是I/OI/O總線總線, ,用用于多個外設與通道之間進行數(shù)據(jù)傳送于多個外設與通道之間進行數(shù)據(jù)傳送. .CPUCPU主存主存I/OI/O接口接口IOPIOP( (通道通道) )I/OI/O接口接口I/OI/O設備設備1 1I/OI/O設備設備n n內存總線內存

13、總線I/OI/O總線總線圖圖6.3 6.3 雙總線結構框圖雙總線結構框圖v通道通道: :是一臺具有特殊功能的處理器是一臺具有特殊功能的處理器, CPU, CPU將部分功將部分功能下放給通道能下放給通道, ,使其對使其對I/OI/O設備具有統(tǒng)一管理的功能設備具有統(tǒng)一管理的功能. .以完成外設與主存之間的數(shù)據(jù)傳送以完成外設與主存之間的數(shù)據(jù)傳送. .v 增加硬件代價增加硬件代價; ;在大中型計算機中使用。在大中型計算機中使用。CPUCPU主存主存I/OI/O接口接口IOPIOP( (通道通道) )I/OI/O接口接口I/OI/O設備設備1 1I/OI/O設備設備n n內存總線內存總線I/OI/O總線

14、總線圖圖6.3 6.3 雙總線結構框圖雙總線結構框圖三、三總線結構三、三總線結構 三總線指內存總線、直接內存訪問三總線指內存總線、直接內存訪問(DMA)(DMA)總線和總線和I/OI/O總線總線. .v內存總線用于內存總線用于CPUCPU和內存間傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息和內存間傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息; ;v主存主線用于主存與主存主線用于主存與CPUCPU之間的傳輸之間的傳輸; ;v I/O I/O總線用于總線用于 CPUCPU和各類和各類I/OI/O設備之間傳送數(shù)據(jù)設備之間傳送數(shù)據(jù); ;v DMA DMA總線用于內存和高速外設間直接傳送數(shù)據(jù)總線用于內存和高速外設間直接傳送數(shù)據(jù). .v CPU

15、CPU主存主存I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口I/OI/O設備設備1 1I/OI/O設備設備n nI/OI/O總線總線圖圖6.4 6.4 三總線結構框圖三總線結構框圖DMADMA總線總線內存總線內存總線 三總線結構特點：三總線結構特點：v 一般講一般講, ,在三總線系統(tǒng)中在三總線系統(tǒng)中, ,任一時刻只使用一種總線；任一時刻只使用一種總線；v 若使用雙端口存儲器若使用雙端口存儲器, ,內存總線和內存總線和DAMDAM總線同時工作總線同時工作. .此此時比單總線系統(tǒng)運行快時比單總線系統(tǒng)運行快, ,吞吐量大吞吐量大. .CPUCPU主存主存I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口I/OI/O

16、設備設備1 1I/OI/O設備設備n nI/OI/O總線總線圖圖6.4 6.4 三總線結構框圖三總線結構框圖DMADMA總線總線內存總線內存總線第六章第六章 總線總線v總線概述總線概述v總線管理總線管理v總線標準總線標準6.2 6.2 總線管理總線管理6.2.1 6.2.1 總線判優(yōu)與仲裁總線判優(yōu)與仲裁 為解決多個申請者同時競爭總線控制權為解決多個申請者同時競爭總線控制權, ,總線控制機總線控制機構中設置有總線判優(yōu)和仲裁控制邏輯構中設置有總線判優(yōu)和仲裁控制邏輯. .一、主設備和從設備的概念一、主設備和從設備的概念 總線在任一時刻只為某兩個設備占用總線在任一時刻只為某兩個設備占用, ,其中：其中

17、：v主設備主設備: :獲得總線控制權的設備；獲得總線控制權的設備；v從設備從設備: :被主設備訪問的設備；被主設備訪問的設備；v通常通常CPUCPU為主設備為主設備, ,存儲器為從設備存儲器為從設備,I/O,I/O設備可為主設備可為主設備和從設備設備和從設備. .v注意注意: :在定義總線數(shù)據(jù)傳送操作時是在定義總線數(shù)據(jù)傳送操作時是“輸入輸入”或或“輸輸出出”時時, ,必須以主設備為參考點必須以主設備為參考點, ,這和前面提到的以主這和前面提到的以主機為參考點的輸入、輸出含義不同機為參考點的輸入、輸出含義不同. . 二、總線判優(yōu)和仲裁二、總線判優(yōu)和仲裁v多個主設備同時要使用總線時多個主設備同時要

18、使用總線時, ,按優(yōu)先順序確定由哪一按優(yōu)先順序確定由哪一個主設備使用總線；個主設備使用總線；v總線判優(yōu)控制按照其仲裁控制機構的設置分為集中式總線判優(yōu)控制按照其仲裁控制機構的設置分為集中式和分布式兩種；和分布式兩種；v集中式控制集中式控制: :將總線控制邏輯集中在一處將總線控制邏輯集中在一處( (如如CPU)CPU)時；時；v分布式控制分布式控制: :將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個部件上；部件上；v集中式控制又分為鏈式查詢方式、計數(shù)器定時查詢方集中式控制又分為鏈式查詢方式、計數(shù)器定時查詢方式和獨立請求方式式和獨立請求方式. . 1. 1.鏈式查詢方式鏈式

19、查詢方式 亦稱串行鏈接方式、菊花鏈亦稱串行鏈接方式、菊花鏈 方式方式, ,電路如下：電路如下：1. 1.鏈式查詢方式鏈式查詢方式v 總線控制器使用總線控制器使用3 3根控制線與所有設備和部件相連根控制線與所有設備和部件相連,3,3根根控制線如下控制線如下: :總總線線控控制制器器(集集中中仲仲裁裁器器)(I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBRBGBG總線請求總線請求(BR):(BR):有效時有效時, ,表示至少有一個設備要求使用總線表示至少有一個設備要求使用總線總線批準總線批準(BG):(BG):有效時有效時,表示

20、總線控制器響應總線請求；表示總線控制器響應總線請求；總線忙總線忙(BS):(BS):有效時有效時,表示總線正在被某個設備使用表示總線正在被某個設備使用. . 圖圖6.5 6.5 鏈式查詢方式鏈式查詢方式1. 1.鏈式查詢方式鏈式查詢方式v與總線連接的所有設備均可經(jīng)公共的與總線連接的所有設備均可經(jīng)公共的BRBR線發(fā)出總線請線發(fā)出總線請求求; ;v 在在BSBS信號未建立前信號未建立前,BR,BR才能被總線控制器響應才能被總線控制器響應, ,并送出并送出BGBG信號；信號；總總線線控控制制器器(集集中中仲仲裁裁器器)(I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)

21、據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBRBGBG總線請求總線請求(BR):(BR):有效時有效時, ,表示至少有一個設備要求使用總線表示至少有一個設備要求使用總線總線批準總線批準(BG):(BG):有效時有效時,表示總線控制器響應總線請求；表示總線控制器響應總線請求；總線忙總線忙(BS):(BS):有效時有效時,表示總線正在被某個設備使用表示總線正在被某個設備使用. . 圖圖6.5 6.5 鏈式查詢方式鏈式查詢方式1. 1.鏈式查詢方式鏈式查詢方式v BGBG信號串行地通過每個部件信號串行地通過每個部件, ,如果某個部件本身沒有如果某個部件本身沒有總線請求總線請求, ,則將該信號傳送給下一個部件

22、則將該信號傳送給下一個部件, ,否則否則, ,停止傳停止傳送送BGBG信號信號, ,獲得總線使用權獲得總線使用權. .總總線線控控制制器器(集集中中仲仲裁裁器器)(I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBRBGBG總線請求總線請求(BR):(BR):有效時有效時, ,表示至少有一個設備要求使用總線表示至少有一個設備要求使用總線總線批準總線批準(BG):(BG):有效時有效時,表示總線控制器響應總線請求；表示總線控制器響應總線請求；總線忙總線忙(BS):(BS):有效時有效時,表示總線正在被某個設備使用表示總線正在被某個

23、設備使用. . 圖圖6.5 6.5 鏈式查詢方式鏈式查詢方式1. 1.鏈式查詢方式鏈式查詢方式v獲得總線使用權的部件建立獲得總線使用權的部件建立BSBS信號信號, ,并撤銷并撤銷BR,BR,進行數(shù)進行數(shù)據(jù)的傳送；據(jù)的傳送；v BSBS信號在數(shù)據(jù)傳送結束后撤銷信號在數(shù)據(jù)傳送結束后撤銷,BG,BG信號也隨之撤銷信號也隨之撤銷. .總總線線控控制制器器(集集中中仲仲裁裁器器)(I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBRBGBG總線請求總線請求(BR):(BR):有效時有效時, ,表示至少有一個設備要求使用總線表示至少有一個設

24、備要求使用總線總線批準總線批準(BG):(BG):有效時有效時,表示總線控制器響應總線請求；表示總線控制器響應總線請求；總線忙總線忙(BS):(BS):有效時有效時,表示總線正在被某個設備使用表示總線正在被某個設備使用. . 圖圖6.5 6.5 鏈式查詢方式鏈式查詢方式鏈式查詢的特點鏈式查詢的特點: :v 優(yōu)先次序優(yōu)先次序是由是由BGBG線上串接部件的先后位置線上串接部件的先后位置確定確定, ,離總離總線控制器最近的設備具有最高優(yōu)先權；線控制器最近的設備具有最高優(yōu)先權；v需要幾根信號線可完成按既定優(yōu)先次序的總線仲裁需要幾根信號線可完成按既定優(yōu)先次序的總線仲裁; ; 總總線線控控制制器器(集集中

25、中仲仲裁裁器器)(I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBRBGBG總線請求總線請求(BR):(BR):有效時有效時, ,表示至少有一個設備要求使用總線表示至少有一個設備要求使用總線總線批準總線批準(BG):(BG):有效時有效時,表示總線控制器響應總線請求；表示總線控制器響應總線請求；總線忙總線忙(BS):(BS):有效時有效時,表示總線正在被某個設備使用表示總線正在被某個設備使用. . 圖圖6.5 6.5 鏈式查詢方式鏈式查詢方式v易于擴充設備；易于擴充設備；v故障敏感；故障敏感；v優(yōu)先級安排可能造成低級別設備總是

26、用不上總線優(yōu)先級安排可能造成低級別設備總是用不上總線. .總總線線控控制制器器(集集中中仲仲裁裁器器)(I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBRBGBG總線請求總線請求(BR):(BR):有效時有效時, ,表示至少有一個設備要求使用總線表示至少有一個設備要求使用總線總線批準總線批準(BG):(BG):有效時有效時,表示總線控制器響應總線請求；表示總線控制器響應總線請求；總線忙總線忙(BS):(BS):有效時有效時,表示總線正在被某個設備使用表示總線正在被某個設備使用. . 圖圖6.5 6.5 鏈式查詢方式鏈式查詢方式

27、2.2.計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式v總線上的每個部件通過公共的總線上的每個部件通過公共的BRBR線發(fā)出請求線發(fā)出請求; ;v當當BS=0BS=0時時, ,總線控制器令其中的計數(shù)器開始計數(shù)總線控制器令其中的計數(shù)器開始計數(shù), ,并且并且將計數(shù)值發(fā)向各個部件將計數(shù)值發(fā)向各個部件; ;當計數(shù)值與請求使用總線的設當計數(shù)值與請求使用總線的設備地址一致時備地址一致時, ,該設備獲得總線控制權該設備獲得總線控制權, ,置置BR=0,RS=1,BR=0,RS=1,同時中止計數(shù)器的計數(shù)及查詢工作同時中止計數(shù)器的計數(shù)及查詢工作, ,直至該設備完成數(shù)直至該設備完成數(shù)據(jù)傳送之后據(jù)傳送之后, ,撤銷撤銷BSBS

28、信號信號. .總總線線控控制制器器I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBR圖圖6.6 6.6 計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式 定時查詢定時查詢地址地址計數(shù)計數(shù) 計數(shù)器定時查詢的特點計數(shù)器定時查詢的特點: :優(yōu)先級次序較靈活優(yōu)先級次序較靈活當總線控制器因授當總線控制器因授權某設備使用總線而停止計數(shù)時權某設備使用總線而停止計數(shù)時, ,可從以下方式中選擇一種來控可從以下方式中選擇一種來控制下一次計數(shù)的起始值制下一次計數(shù)的起始值: :v下一次計數(shù)的起始值為下一次計數(shù)的起始值為0,0,這種方式的優(yōu)先級固定不變這種方式的優(yōu)

29、先級固定不變, ,設備碼小設備碼小的設備優(yōu)先級高的設備優(yōu)先級高; ;v下一次計數(shù)的起始值為上一次的中止值下一次計數(shù)的起始值為上一次的中止值, ,這相當于循環(huán)檢測這相當于循環(huán)檢測, ,各設各設備的設備級相等備的設備級相等; ;v下一次計數(shù)的起始值由程序設定下一次計數(shù)的起始值由程序設定, ,程序可靈活改變設備的優(yōu)先級程序可靈活改變設備的優(yōu)先級. .總總線線控控制制器器I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBR圖圖6.66.6計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式 定時查詢定時查詢地址地址計數(shù)計數(shù) 總總線線控控制制器器I/OI

30、/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BSBSBRBR0 0BRBR1 1BRBRn nBGBGn nBGBG1 1BGBG0 0內有排隊電路內有排隊電路3 3、獨立請求方式、獨立請求方式v每一個設備都有兩根控制線每一個設備都有兩根控制線: :總線批準總線批準BGiBGi和總線請求和總線請求BRi;BRi;v 所有設備共用一條總線忙控制線所有設備共用一條總線忙控制線BS;BS; 圖圖6.7 6.7 獨立請求方式獨立請求方式總總線線控控制制器器I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地

31、址線BSBSBRBR0 0BRBR1 1BRBRn nBGBGn nBGBG1 1BGBG0 0內有排隊電路內有排隊電路3 3、獨立請求方式、獨立請求方式v每一個設備都可以發(fā)總線請求信號每一個設備都可以發(fā)總線請求信號BRi,BRi,總線控制器中有總線控制器中有一排隊電路一排隊電路, ,根據(jù)一定優(yōu)先次序決定先響應哪個部件的根據(jù)一定優(yōu)先次序決定先響應哪個部件的請請求求BRi,BRi, 然后送回批準信號然后送回批準信號BGiBGi; ; 圖圖6.7 6.7 獨立請求方式獨立請求方式總總線線控控制制器器I/OI/O接口接口0 0I/OI/O接口接口1 1I/OI/O接口接口n n數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址

32、線BSBSBRBR0 0BRBR1 1BRBRn nBGBGn nBGBG1 1BGBG0 0內有排隊電路內有排隊電路v該設備接到該設備接到BGiBGi信號后信號后, ,將將BRiBRi置置0,0,并將并將BSBS置置1, 1,開始傳送數(shù)開始傳送數(shù)據(jù)據(jù); ;v 傳送完畢傳送完畢, ,將將BSBS置置0.0. 圖圖6.7 6.7 獨立請求方式獨立請求方式獨立請求方式的特點獨立請求方式的特點: :v響應速度最快響應速度最快( (與前述兩種方式相比與前述兩種方式相比) )；v優(yōu)先級策略完全由總線控制器決定優(yōu)先級策略完全由總線控制器決定, ,可以編程改可以編程改變；變；v控制線數(shù)量多控制線數(shù)量多, ,

33、總線控制復雜總線控制復雜. .6.2.2 6.2.2 總線通信控制總線通信控制 主機與外設通過總線進行信息交換時主機與外設通過總線進行信息交換時, , 必然存必然存在時間上的配合和動作的協(xié)調在時間上的配合和動作的協(xié)調. .一、基本概念一、基本概念v總線周期總線周期: :連接在總線上的兩個部件連接在總線上的兩個部件, ,完成一次完成一次完整且可靠的信息傳輸時間完整且可靠的信息傳輸時間. .分為以下分為以下4 4個階段個階段: :1. 1.申請分配階段申請分配階段 需要使用總線的主設備提申請需要使用總線的主設備提申請, ,仲裁機構決定下仲裁機構決定下一傳輸周期總線使用權授予某一申請者一傳輸周期總線

34、使用權授予某一申請者. .2.2.尋址階段尋址階段v被授權的主設備通過總線發(fā)出本次要訪問的從被授權的主設備通過總線發(fā)出本次要訪問的從設備地址及相關命令設備地址及相關命令, ,啟動該設備啟動該設備. .3.3.傳數(shù)階段傳數(shù)階段v主、從設備經(jīng)數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)交換主、從設備經(jīng)數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)交換. .4.4.結束階段結束階段v主設備信息從總線撤除主設備信息從總線撤除, ,讓出總線使用權讓出總線使用權. .二、總線通信控制二、總線通信控制v兩個設備傳送數(shù)據(jù)時兩個設備傳送數(shù)據(jù)時, ,需要提供控制數(shù)據(jù)傳送的需要提供控制數(shù)據(jù)傳送的定時信號定時信號, ,例發(fā)送方何時將數(shù)據(jù)加載在總線上例發(fā)送方何時將數(shù)據(jù)加載在總

35、線上, ,接接受方何時可以從總線上下載數(shù)據(jù)；受方何時可以從總線上下載數(shù)據(jù)；v從定時的角度出發(fā)從定時的角度出發(fā), ,可將總線通信方式分為以下可將總線通信方式分為以下兩種：兩種： 1. 1.同步通信同步通信( (無應答通信無應答通信) )v定義定義: :由一個統(tǒng)一的時鐘給連接到總線上的所有由一個統(tǒng)一的時鐘給連接到總線上的所有設備提供定時信號設備提供定時信號. .可由一個時鐘周期可由一個時鐘周期( (或多個時或多個時鐘周期鐘周期) )構成一個總線周期構成一個總線周期, ,在一個總線周期內完在一個總線周期內完成一次數(shù)據(jù)傳送成一次數(shù)據(jù)傳送. .v v總線周期包括總線周期包括4 4個時鐘周期個時鐘周期.

36、.對于讀命令對于讀命令, ,其總線周期為其總線周期為: :vT1:T1:主模塊發(fā)地址主模塊發(fā)地址 ; ;v T2: T2:主模塊發(fā)讀命令主模塊發(fā)讀命令; ;v T3: T3:從模塊提供數(shù)據(jù)從模塊提供數(shù)據(jù); ;v T4: T4:主模塊撤銷讀命令主模塊撤銷讀命令, ,從模塊撤銷數(shù)據(jù)從模塊撤銷數(shù)據(jù)時鐘時鐘總線傳輸周期總線傳輸周期T1T1 T2T2 T3T3 T4T4地址地址讀命令讀命令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 圖圖6.8 6.8 同步式數(shù)據(jù)輸入傳輸同步式數(shù)據(jù)輸入傳輸v v優(yōu)點：優(yōu)點： 總線周期固定總線周期固定; ;主從設備之間配合簡單一致主從設備之間配合簡單一致. .v缺點缺點: :主從模塊時間配合屬于強制性同步主

37、從模塊時間配合屬于強制性同步, ,按照最慢速度按照最慢速度的部件設計公共時鐘的部件設計公共時鐘, ,影響總線工作效率影響總線工作效率; ;缺乏靈活性缺乏靈活性. .v適用適用: :線路短、部件速度接近線路短、部件速度接近. .時鐘時鐘總線傳輸周期總線傳輸周期T1T1 T2T2 T3T3 T4T4地址地址讀命令讀命令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 圖圖6.8 6.8 同步式數(shù)據(jù)輸入傳輸同步式數(shù)據(jù)輸入傳輸2.2.異步通信異步通信( (應答通信應答通信) )v定義定義: :允許各模塊速度的不一致允許各模塊速度的不一致, ,沒有公共時沒有公共時鐘標準鐘標準, ,從而沒有統(tǒng)一的總線周期從而沒有統(tǒng)一的總線周期, ,靠主從設靠主

38、從設備之間的備之間的 “ “請求請求- -應答應答”( (握手握手) )方式通信；方式通信；v過程過程: :主設備發(fā)出請求主設備發(fā)出請求RequestRequest信號信號, ,等待從等待從設備反饋回來應答設備反饋回來應答AcknowledgeAcknowledge信號后信號后, ,才才開始通信開始通信. .v特點特點: :從從“請求請求”到到“回答回答”的時間是由操的時間是由操作的實際時間決定的作的實際時間決定的, ,而不是由而不是由CPUCPU的節(jié)拍的節(jié)拍硬性規(guī)定硬性規(guī)定, ,故保證兩個工作速度相差很大的故保證兩個工作速度相差很大的設備間可靠地進行信息交換設備間可靠地進行信息交換, ,自動

39、完成時間自動完成時間的配合的配合; ; 成本高成本高. .2.2.異步通信異步通信( (應答通信應答通信) )v分類分類( (根據(jù)根據(jù)“請求請求”和和“回答回答”信號的撤銷信號的撤銷是否互鎖是否互鎖) )：不互鎖、半互鎖、全互鎖不互鎖、半互鎖、全互鎖不互鎖不互鎖: “: “請求請求”和和“回答回答”信號都有一定的信號都有一定的時間寬度，時間寬度， “ “請求請求” ” 信號的結束和信號的結束和“回答回答”信號的結束不互鎖，如圖信號的結束不互鎖，如圖7.10(a) 7.10(a) 所示。所示。請求請求回答回答圖圖7.10(a) 7.10(a) 請求與回答信號的互鎖請求與回答信號的互鎖2.2.異步

40、通信異步通信( (應答通信應答通信) )v分類分類( (根據(jù)根據(jù)“請求請求”和和“回答回答”信號的撤銷信號的撤銷是否互鎖是否互鎖) )：不互鎖、半互鎖、全互鎖不互鎖、半互鎖、全互鎖半互鎖：半互鎖： “ “請求請求” ” 的撤銷取決于接受到的撤銷取決于接受到“回回答答”信號，而信號，而“回答回答”信號的撤銷由從設備自信號的撤銷由從設備自己決定，如圖己決定，如圖7.10(b) 7.10(b) 所示。所示。請求請求回答回答圖圖7.10(b) 7.10(b) 請求與回答信號的互鎖請求與回答信號的互鎖2.2.異步通信異步通信( (應答通信應答通信) )v分類分類( (根據(jù)根據(jù)“請求請求”和和“回答回答”

41、信號的撤銷信號的撤銷是否互鎖是否互鎖) )：不互鎖、半互鎖、全互鎖不互鎖、半互鎖、全互鎖全互鎖：全互鎖： “ “請求請求” ” 的撤銷取決于接受到的撤銷取決于接受到“回回答答”信號，而信號，而“請求請求” ” 的撤銷導致的撤銷導致“回答回答”信號的撤銷，如圖信號的撤銷，如圖7.10(c) 7.10(c) 所示。所示。 靈活性、可靠性最高。靈活性、可靠性最高。請求請求回答回答圖圖7.10(b) 7.10(b) 請求與回答信號的互鎖請求與回答信號的互鎖6.3 6.3 總線標準總線標準6.3.1 6.3.1 何謂總線標準何謂總線標準v系統(tǒng)與各功能模塊、模塊和模塊之間互系統(tǒng)與各功能模塊、模塊和模塊之間

42、互連的標準界面；連的標準界面；v國際公布或推薦的互連各個模塊的標準，國際公布或推薦的互連各個模塊的標準，提供系統(tǒng)與各功能模塊、模塊和模塊之提供系統(tǒng)與各功能模塊、模塊和模塊之間互連的標準界面；間互連的標準界面；v 該界面對其兩端的模塊而言都是透明的，該界面對其兩端的模塊而言都是透明的，即界面的一方只需根據(jù)總線標準的要求即界面的一方只需根據(jù)總線標準的要求來完成自身一方接口功能的設計，不必來完成自身一方接口功能的設計，不必考慮對方于界面的接口方式?？紤]對方于界面的接口方式。6.3.2 6.3.2 標準化的好處標準化的好處為計算機接口的軟硬件設計提供方便。為計算機接口的軟硬件設計提供方便。制定總線標準

43、使系統(tǒng)設計簡化，便于模塊制定總線標準使系統(tǒng)設計簡化，便于模塊生產批量化，確保性能穩(wěn)定，質量可靠，生產批量化，確保性能穩(wěn)定，質量可靠，便于維護，較好解決了設備與總線之間便于維護，較好解決了設備與總線之間不通用、不匹配的問題。不通用、不匹配的問題。6.3.3 6.3.3 流行的總線標準流行的總線標準一、一、ISAISA總線總線二、二、EISAEISA總線總線三、三、VESAVESA總線總線四、四、PCIPCI總線總線五、五、AGPAGP總線總線六、六、RS-232CRS-232C總線總線七、七、UABUAB總線總線具體標準內容略。具體標準內容略。第七章第七章 總線總線 習題課習題課一、選擇題一、選

44、擇題1. 1.三種集中式總線控制中，三種集中式總線控制中，( )( )方式對電路方式對電路故障最敏感。故障最敏感。A.A.鏈式查詢；鏈式查詢；B.B.計數(shù)器定時查詢；計數(shù)器定時查詢；C.C.獨立請求。獨立請求。2.2.連接計算機與計算機之間的總線屬于連接計算機與計算機之間的總線屬于( )( )總線。總線。A.A.內；內； B.B.系統(tǒng)系統(tǒng) ； C.C.通信。通信。3.3.三種集中式總線控制中，三種集中式總線控制中，( )( )方式響應最方式響應最快?？?。A.B.C.A.B.C.同同1 1題。題。4.4.計算機中使用總線結構便于增減外設，計算機中使用總線結構便于增減外設，便于實現(xiàn)積木化，同時便于

45、實現(xiàn)積木化，同時( )( )。A.A.減少了信息傳輸量；減少了信息傳輸量；B.B.提高了信息傳輸速度；提高了信息傳輸速度；C.C.減少了信息傳輸線的條數(shù)；減少了信息傳輸線的條數(shù)；D.D.加重加重CPUCPU工作量。工作量。5.5.信息可以在兩個方向上同時傳輸?shù)目偩€信息可以在兩個方向上同時傳輸?shù)目偩€屬于屬于( )( )。A.A.單工總線單工總線 B.B.半雙工總線半雙工總線C.C.全雙工總線全雙工總線 D.D.單向總線單向總線6.6.串行總線與并行總線比，串行總線與并行總線比，( )( )。A.A.串行總線成本高，速度快；串行總線成本高，速度快；B.B.串行總線成本高，速度慢；串行總線成本高，速

46、度慢；C.C.并行總線成本高，速度快；并行總線成本高，速度快；D.D.并行總線成本低，速度快；并行總線成本低，速度快；7.7.總線的獨立請求方式的缺點是總線的獨立請求方式的缺點是( )( )。A.A.線路簡單；線路簡單； B.B.響應速度慢；響應速度慢；C.C.對優(yōu)先級的控制不靈活；對優(yōu)先級的控制不靈活；D.D.所需控制線多。所需控制線多。8.8.在鏈式查詢方式下，在鏈式查詢方式下，( )( )。A.A.總線設備的優(yōu)先級可變；總線設備的優(yōu)先級可變；B.B.越靠近總線控制器的設備優(yōu)先級越高；越靠近總線控制器的設備優(yōu)先級越高；C.C.各設備的優(yōu)先級相等；各設備的優(yōu)先級相等；D.D.各設備獲得總線使

47、用權的機會均等。各設備獲得總線使用權的機會均等。9.9.總線的異步通信方式總線的異步通信方式( )( )。A.A.不采用時鐘信號，只采用握手信號；不采用時鐘信號，只采用握手信號；B.B.既采用時鐘信號，又采用握手信號；既采用時鐘信號，又采用握手信號；C.C.既不采用時鐘信號，又不采用握手信號。既不采用時鐘信號，又不采用握手信號。10.10.不同的信號，共用一組信號線，分時傳送，不同的信號，共用一組信號線，分時傳送，這種總線傳輸方式是這種總線傳輸方式是( )( )。A.A.猝發(fā)；猝發(fā)； B.B.并行；并行； C.C.復用。復用。11.11.系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線是根據(jù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)線、地址

48、線和控制線是根據(jù)( )( )來劃分的。來劃分的。A.A.總線所處的位置；總線所處的位置；B.B.總線的傳輸方向；總線的傳輸方向；C.C.總線傳輸?shù)膬热??？偩€傳輸?shù)膬热荨?2.12.總線通信中的同步控制是（總線通信中的同步控制是（ ）。）。A.A.只適合于只適合于CPUCPU的控制方式；的控制方式；B.B.由統(tǒng)一時序控制的方式；由統(tǒng)一時序控制的方式；C.C.只適合于外設控制的方式。只適合于外設控制的方式。13.13.在計數(shù)器查詢方式下，若每一次計數(shù)從在計數(shù)器查詢方式下，若每一次計數(shù)從上一次計數(shù)的終止點開始，則上一次計數(shù)的終止點開始，則( )( )。A.A.設備號小的優(yōu)先級高；設備號小的優(yōu)先級高；

49、B.B.每個設備使用總線的機會相等；每個設備使用總線的機會相等；C.C.設備號大的優(yōu)先級高。設備號大的優(yōu)先級高。14.14.在計數(shù)器查詢方式下，若計數(shù)從在計數(shù)器查詢方式下，若計數(shù)從0 0開始，開始，則則( )( )。A.B.C.A.B.C.同上題。同上題。15.15.微機中控制總線提供的完整信息是微機中控制總線提供的完整信息是( )( )。A.A.存儲器和存儲器和I/OI/O設備的地址碼；設備的地址碼；B.B.所有存儲器和所有存儲器和I/OI/O設備的時序信號和控設備的時序信號和控制信號；制信號；C.C.來自存儲器和來自存儲器和I/OI/O設備的響應信號；設備的響應信號；D.D.上述各項；上述

50、各項；E. E.上述上述B B、C C兩項；兩項；F.F.上述上述A A、B B兩項。兩項。1616、總線、總線( )( )通信方式能夠適用于速度差異較通信方式能夠適用于速度差異較大的部件之間的通信。大的部件之間的通信。A.A.同步同步 B.B.全互鎖全互鎖 C.C.非互鎖非互鎖 D.D.半同步半同步1717、 全互鎖方式中，全互鎖方式中，( )( )。A.A.就緒信號和應答信號的上升邊沿和下降邊沿就緒信號和應答信號的上升邊沿和下降邊沿都相互鎖定。都相互鎖定。B.B.就緒信號和應答信號的上升邊沿相互鎖定。就緒信號和應答信號的上升邊沿相互鎖定。C.C.就緒信號和應答信號的下降邊沿相互鎖定。就緒信

51、號和應答信號的下降邊沿相互鎖定。D.D.就緒信號的上升和下降邊沿都與應答信號的就緒信號的上升和下降邊沿都與應答信號的上升邊沿相互鎖定。上升邊沿相互鎖定。1818、在各種異步通信方式中，速度最快的是、在各種異步通信方式中，速度最快的是（ ）。）。A.A.全互鎖全互鎖 B.B.半互鎖半互鎖 C.C.非互鎖非互鎖1919、總線中數(shù)據(jù)信號和地址信號分別用一組線路、總線中數(shù)據(jù)信號和地址信號分別用一組線路同時傳輸，這種傳輸方式屬于（同時傳輸，這種傳輸方式屬于（ ）。）。A.A.串行傳輸串行傳輸 B.B.并行傳輸并行傳輸C.C.復合傳輸復合傳輸 D.D.消息傳輸消息傳輸20.20.總線中數(shù)據(jù)信號和地址信號分

52、別用一組線路總線中數(shù)據(jù)信號和地址信號分別用一組線路同時傳輸，這種傳輸方式屬于（同時傳輸，這種傳輸方式屬于（ ）。）。A.A.串行傳輸串行傳輸 B.B.并行傳輸并行傳輸C.C.復合傳輸復合傳輸 D.D.消息傳輸消息傳輸2121、為了對、為了對n n個設備使用總線的請求進行仲裁，個設備使用總線的請求進行仲裁，在獨立請求方式中需要在獨立請求方式中需要( )( )根控制線。根控制線。A.nA.n條條 B.3 B.3 條條 C.2nC.2n條條 D.(2n+1)D.(2n+1)條條2222、為了對、為了對n n個設備使用總線的請求進行仲裁，個設備使用總線的請求進行仲裁，在鏈式查詢方式中需要在鏈式查詢方式

53、中需要( )( )根控制線。根控制線。A.nA.n條條 B.3 B.3 條條 C.2nC.2n條條 D.(2n+1)D.(2n+1)條條2323、PCPC機數(shù)據(jù)總線的信號狀態(tài)是（機數(shù)據(jù)總線的信號狀態(tài)是（ ）。）。A.A.單向雙態(tài)單向雙態(tài) B.B.雙向雙態(tài)雙向雙態(tài)C.C.單向三態(tài)單向三態(tài) D.D.雙向三態(tài)雙向三態(tài)2424、PCPC機地址總線的信號狀態(tài)是（機地址總線的信號狀態(tài)是（ ）。）。A.A.單向雙態(tài)單向雙態(tài) B.B.雙向雙態(tài)雙向雙態(tài)C.C.單向三態(tài)單向三態(tài) D.D.雙向三態(tài)雙向三態(tài)2525、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸率，是因為（率，是因為（ ）。）。A.A.同步通信不需要應答信號同步通信不需要應答信號B.B.同步通信的總線長度較短同步通信的總線長度較短C.C.同步通信用一個公共的時鐘信號