计算机组成原理的总线系统.ppt

第六章　总线系统第六章　总线系统学习重点学习重点总线的概念和结构形态总线的概念和结构形态总线的连接方式总线的连接方式总线总线信息的传送方式信息的传送方式接口的基本概念和功能接口的基本概念和功能总线的仲裁总线的仲裁王健 2010-6-36.1.1 6.1.1 总线的基本概念总线的基本概念　　总线是构成计算机系统的互总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路进行数据传送的公共通路　　一个单处理器系统中的总线，　　一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：大致分为三类：　　　　(1)(1)内部总线内部总线：：CPUCPU内部连接各内部连接各寄存器及运算部件之间的总线　寄存器及运算部件之间的总线　6.16.1  总线的概念和结构形态总线的概念和结构形态(2)(2)系统总线系统总线：：CPUCPU同计算机系统的同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线等互相连接的总线　　(3)(3)I/OI/O总线总线：中、低速：中、低速I/OI/O设备之间设备之间互相连接的总线互相连接的总线。

1.1.总线的特性总线的特性物理特性物理特性：指总线的物理连接方式，：指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等的形状，引脚线的排列方式等功能特性功能特性：描述总线中每一根线的：描述总线中每一根线的功能电气特性电气特性：定义每一根线上信号的：定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围送入传递方向及有效电平范围送入CPUCPU的的信号叫输入信号信号叫输入信号(IN)(IN)，从，从CPUCPU发出的信发出的信号叫输出信号号叫输出信号(OUT)(OUT)时间特性时间特性: :定义了每根线在什么时间定义了每根线在什么时间有效规定了总线上各信号有效的时序有效规定了总线上各信号有效的时序关系，关系，CPUCPU才能正确无误地使用才能正确无误地使用 2.2.总线的标准化总线的标准化 不同厂家生产的各功能部件在实不同厂家生产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的，但各厂家现方法上几乎没有相同的，但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用，生产的相同功能部件却可以互换使用，其原因在于它们都遵守了相同的系统其原因在于它们都遵守了相同的系统总线的要求，这就是系统总线的标准总线的要求，这就是系统总线的标准化问题。

目前，已经出现了很多总线化问题目前，已经出现了很多总线标准，如标准，如PCIPCI、、ISAISA等 ( (详细见详细见6.1.46.1.4总线实例部分总线实例部分) )　　 总线带宽：总线带宽：总线本身所能达到的最总线本身所能达到的最高传输速率，是衡量总线性能的重要指高传输速率，是衡量总线性能的重要指标，单位兆字节每秒标，单位兆字节每秒(MB/s)(MB/s) 【【例例1 1】】(1)(1)某总线在一个总线周期中某总线在一个总线周期中并行传送并行传送4 4个字节的数据，假设一个总个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为钟频率为33MHz33MHz，，则总线带宽是多少则总线带宽是多少? ? (2)(2)如果一个总线周期中并行传送如果一个总线周期中并行传送6464位位数据，总线时钟频率升为数据，总线时钟频率升为66MHz66MHz，，则总则总线带宽是多少线带宽是多少? ?[ [解解](1)](1)设总线带宽用设总线带宽用DrDr表示，总表示，总线时钟周期用线时钟周期用T=1/fT=1/f表示，一个总表示，一个总线周期传送的数据量用线周期传送的数据量用D D表示，根表示，根据定义可得据定义可得 Dr = D/T = D×1/T = D×f Dr = D/T = D×1/T = D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s=4B×33×1000000/s=132MB/s(2)64(2)64位位=8B=8B，， Dr= D×f Dr= D×f =8B×66×1000000/s=528MB/s=8B×66×1000000/s=528MB/s6.1.2 6.1.2 总线的连接方式总线的连接方式1.1.单总线结构单总线结构 　　在许多单处理器的计算机中，　　在许多单处理器的计算机中，使用一条单一的系统总线来连接使用一条单一的系统总线来连接CPUCPU、、主存和主存和I/OI/O设备，叫做单总设备，叫做单总线结构。

如图线结构如图6.16.1所示　　单总线结构特点：单总线结构特点： 在单总线结构中，要求要求连在单总线结构中，要求要求连接到总线上的逻辑部件必须高速运接到总线上的逻辑部件必须高速运行，以便在某些设备需要使用总线行，以便在某些设备需要使用总线时能迅速获得总线控制权；而当不时能迅速获得总线控制权；而当不再使用总线时，能迅速放弃总线控再使用总线时，能迅速放弃总线控制权否则，由于一条总线由多种制权否则，由于一条总线由多种功能部件共用，可能导致很大的时功能部件共用，可能导致很大的时间延迟 　　 单总线结构容易扩展成多单总线结构容易扩展成多CPUCPU系统：这只要在系统总线上系统：这只要在系统总线上挂接多个挂接多个CPUCPU即可 DMADMA操作操作: : 某些外围设备也某些外围设备也可以指定地址可以指定地址 如果一个由外如果一个由外围设备指定的地址对应于一个围设备指定的地址对应于一个主存单元，则主存予以响应，主存单元，则主存予以响应，于是在于是在主存和外设主存和外设间将进行直间将进行直接存储器传送接存储器传送(DMA)(DMA)2.2.双总线结构双总线结构　　这种结构保持了单总线系统简　　这种结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，但又在单、易于扩充的优点，但又在CPUCPU和和主存之间专门设置了一组高速的存主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使储总线，使CPUCPU可通过专用总线与存可通过专用总线与存储器交换信息，并减轻了系统总线储器交换信息，并减轻了系统总线的负担，同时主存仍可通过系统总的负担，同时主存仍可通过系统总线与外设之间实现线与外设之间实现DMADMA操作，而不必操作，而不必经过经过CPUCPU。

当然这种双总线系统以增当然这种双总线系统以增加硬件为代价加硬件为代价 3.3.多总线结构多总线结构在在CPUCPU、主存、、主存、I/OI/O之间互联采用之间互联采用多条总线主要有如下几种：多条总线主要有如下几种：lCPUCPU总线：连接总线：连接CPUCPU和和cachecachel系统总线：主存连在其上系统总线：主存连在其上l高速总线上可以连接高速高速总线上可以连接高速LANLAN（（100Mb/s100Mb/s局域网）、视频接口、局域网）、视频接口、图形接口、图形接口、SCSISCSI接口（支持本地磁接口（支持本地磁盘驱动器和其他外设）、盘驱动器和其他外设）、FirewireFirewire接口（支持大容量接口（支持大容量I/OI/O设备）l高速总线通过扩充总线接口与高速总线通过扩充总线接口与扩充总线相连，扩充总线上可以扩充总线相连，扩充总线上可以连接串行方式工作的连接串行方式工作的I/OI/O设备n通过通过““桥桥””，，CPUCPU总线、系统总总线、系统总线和高速总线彼此相连桥实质线和高速总线彼此相连桥实质上是一种具有缓冲、转换、控制上是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。

功能的逻辑电路 多总线结构使高速、中速、多总线结构使高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同低速设备连接到不同的总线上同时进行工作，以提高总线的效率时进行工作，以提高总线的效率和吞吐量，而且处理器结构的变和吞吐量，而且处理器结构的变化不影响高速总线化不影响高速总线6.1.3 6.1.3 总线的内部结构总线的内部结构　　早期总线的内部结构如图所示　　早期总线的内部结构如图所示 　　它实际上是处理器芯片引脚的延　　它实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器与伸，是处理器与I/OI/O设备适配器的通设备适配器的通道这种简单的总线一般由道这种简单的总线一般由50—10050—100条线组成，这些线按其功能可分为三条线组成，这些线按其功能可分为三类：类：地址线、数据线和控制线地址线、数据线和控制线 早期总线结构的不足之处在于：早期总线结构的不足之处在于：第一、第一、CPUCPU是总线上的唯一主控者是总线上的唯一主控者第二、总线信号是第二、总线信号是CPUCPU引脚信号的延引脚信号的延伸，故总线结构紧密与伸，故总线结构紧密与CPUCPU相关，通相关，通用性较差用性较差　　当代流行的总线内部结构如图　　当代流行的总线内部结构如图它是一些标准总线，追求与结构、它是一些标准总线，追求与结构、CPUCPU、、技术无关的开发标准，并满足技术无关的开发标准，并满足包括多个包括多个CPUCPU在内的主控者环境需求。

在内的主控者环境需求 在当代总线结构中，在当代总线结构中，CPUCPU和它私和它私有的有的cachecache一起作为一个模块与总线一起作为一个模块与总线相连系统中允许有多个这样的处理相连系统中允许有多个这样的处理器模块而总线控制器完成几个总线器模块而总线控制器完成几个总线请求者之间的协调与仲裁请求者之间的协调与仲裁　　整个总线分成如下四部分：　　整个总线分成如下四部分：　　1 1 数据传送总线：数据传送总线： 由地址线、数由地址线、数据线、控制线组成据线、控制线组成 　　2 2 仲裁总线：仲裁总线： 包括总线请求线和包括总线请求线和总线授权线总线授权线3 3 中断和同步总线：中断和同步总线：用于处理用于处理带优先级的中断操作，包括中断请带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线求线和中断认可线　　　　4 4 公用线公用线：： 包括时钟信号线、包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等电或断电的时序信号线等 6.1.5 6.1.5 总线结构实例总线结构实例　　　　大大多多数数计计算算机机采采用用了了分分层层次次的的多多总总线线结结构构。

在在这这种种结结构构中中，，速速度度差差异异较较大大的的设设备备模模块块使使用用不不同同速速度度的的总总线线，，而而速速度度相相近近的的设设备备模模块块使使用用同同一一类类总总线线PentiumPentium计计算算机机主主板板的总线结构框图如图的总线结构框图如图 CPUCPU总线：总线： 也称也称CPU—CPU—存储器总存储器总线，它是一个线，它是一个6464位数据线和位数据线和3232位地位地址线的同步总线总线时钟频率为址线的同步总线总线时钟频率为66.6MHz(66.6MHz(或或60MHz)60MHz)，，CPUCPU内部时钟是内部时钟是此时钟频率的倍频此总线可连接此时钟频率的倍频此总线可连接4—128MB4—128MB的主存主存扩充容量是的主存主存扩充容量是以内存条形式插入主板有关插座来以内存条形式插入主板有关插座来实现的CPUCPU总线还接有总线还接有L2L2级级cachecache主存控制器和主存控制器和cachecache控制器芯片用控制器芯片用来管理来管理CPUCPU对主存和对主存和cachecache的存取的存取操作CPUCPU是这条总线的主控者，是这条总线的主控者，但必要时可放弃总线控制权。

但必要时可放弃总线控制权PCIPCI总线：总线： 用于连接高速的用于连接高速的I/OI/O设备模块通过设备模块通过““桥桥””芯片，上面芯片，上面与更高速的与更高速的CPUCPU总线相连，下面与低总线相连，下面与低速的速的ISAISA总线相接总线相接PCIPCI总线是一个总线是一个32(32(或或6464位位) )的同步总线，的同步总线，3232位位( (或或6464位位) )数据数据/ /地址线是同一组线，分时地址线是同一组线，分时复用总线时钟频率为复用总线时钟频率为33.3MHz33.3MHz，，总线带宽是总线带宽是132MB/s132MB/sPCIPCI总线采用总线采用集中式仲裁方式，有专用的集中式仲裁方式，有专用的PCIPCI总线总线仲裁器主板上一般有仲裁器主板上一般有3 3个个PCIPCI总线总线扩充槽ISAISA总线：总线： PentiumPentium机使用该总机使用该总线与低速线与低速I/OI/O设备连接主板上一般设备连接主板上一般留有留有3—43—4个个ISAISA总线扩充槽，以便使总线扩充槽，以便使用各种用各种1616位位/8/8位适配器卡该总线位适配器卡该总线支持支持7 7个个DMADMA通道和通道和1515级可屏蔽硬件级可屏蔽硬件中断。

另外，中断另外，ISAISA总线控制逻辑还总线控制逻辑还通过主板上的片级总线与实时钟通过主板上的片级总线与实时钟/ /日日历、历、ROMROM、、键盘和鼠标控制器键盘和鼠标控制器(8042(8042微微处理器处理器) )等芯片相连接等芯片相连接 CPUCPUPCIPCIISAISA北北桥桥南南桥桥6.26.2  总线接口总线接口6.2.1 6.2.1 信息的传送方式信息的传送方式计算机系统中，传输信息采用三计算机系统中，传输信息采用三种方式：种方式：串行传送、并行传送和分串行传送、并行传送和分时传送时传送但是出于速度和效率上的但是出于速度和效率上的考虑，系统总线上传送的信息必须考虑，系统总线上传送的信息必须采用并行传送方式采用并行传送方式 串行传送串行传送 使用一条传输线，采用脉冲使用一条传输线，采用脉冲传送 主要优点是只需要一条传输主要优点是只需要一条传输线，这一点对长距离传输显得特线，这一点对长距离传输显得特别重要，不管传送的数据量有多别重要，不管传送的数据量有多少，只需要一条传输线，成本比少，只需要一条传输线，成本比较低廉 缺点就是速度慢。

缺点就是速度慢分时传送分时传送 分时传送有两种概念一是采分时传送有两种概念一是采用总线复用方式，某个传输线上既用总线复用方式，某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息传送地址信息，又传送数据信息为此必须划分时间片，以便在不同为此必须划分时间片，以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务分时传送的另一种概数据的任务分时传送的另一种概念是共享总线的部件分时使用总线念是共享总线的部件分时使用总线 6.2.2 6.2.2 接口的基本概念接口的基本概念接口即接口即I/OI/O设备适配器，具体指设备适配器，具体指CPUCPU和主存、外围设备之间通过总线和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件接口部件在进行连接的逻辑部件接口部件在它动态连接的两个部件之间起着它动态连接的两个部件之间起着““转换器转换器””的作用，以便实现彼此之的作用，以便实现彼此之间的信息传送间的信息传送CPUCPU、、接口和外围设接口和外围设备之间的连接关系如图备之间的连接关系如图6.86.8  为了使所有的外围设备能够兼容，为了使所有的外围设备能够兼容，并能在一起正确地工作，并能在一起正确地工作，CPUCPU规定了规定了不同的信息传送控制方法。

不同的信息传送控制方法 一个标一个标准接口可能连接一个设备，也可能连准接口可能连接一个设备，也可能连接多个设备典型的接口通常具有如接多个设备典型的接口通常具有如下功能：下功能：1.1.控制控制　接口靠程序的指令信息　接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等闭设备等 　　2.2.缓冲缓冲 接口在外围设备和计接口在外围设备和计算机系统其他部件之间用作为一个算机系统其他部件之间用作为一个缓冲器，以补偿各种设缓冲器，以补偿各种设备在速度上的差异备在速度上的差异 3.3.状态状态　接口监视外围设备的　接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息状态信工作状态并保存状态信息状态信息包括数据息包括数据““准备就绪准备就绪””、、““忙忙””、、““错误错误””等等，供等等，供CPUCPU询问外围设备询问外围设备时进行分析之用时进行分析之用4.4.转换转换　接口可以完成任何要求　接口可以完成任何要求的数据转换，例如并－－串转换或的数据转换，例如并－－串转换或串－－并转换，因此数据能在外围串－－并转换，因此数据能在外围设备和设备和CPUCPU之间正确地进行传送。

之间正确地进行传送5.5.整理整理　接口可以完成一些特别　接口可以完成一些特别的功能，例如在需要时可以修改字的功能，例如在需要时可以修改字计数器或当前内存地址寄存器计数器或当前内存地址寄存器6.6.程序中断程序中断　每当外围设备向　每当外围设备向CPUCPU请求某种动作时，接口即发生一请求某种动作时，接口即发生一个中断请求信号到个中断请求信号到CPUCPU 一个适配器必有两个接口一个适配器必有两个接口( (下页图下页图) ) ★★与系统总线的接口：与系统总线的接口：CPUCPU和适配器和适配器的数据交换一定是并行方式；的数据交换一定是并行方式；★★与外设的接口：与外设的接口：适配器和外设的适配器和外设的数据交换可能是并行方式，也可能数据交换可能是并行方式，也可能是串行方式根据外围设备供求串是串行方式根据外围设备供求串行数据或并行数据的方式不同，行数据或并行数据的方式不同，适适配器分为串行数据接口和并行数据配器分为串行数据接口和并行数据接口两大类接口两大类 【【例例2 2】】 利用串行方式传送字符，每利用串行方式传送字符，每秒钟传送的数据位数常称为波特假秒钟传送的数据位数常称为波特。

假设数据传送速率是设数据传送速率是120120个字符个字符/ /秒，每秒，每一个字符格式规定包含一个字符格式规定包含1010个数据位个数据位( (起始位、停止位、起始位、停止位、8 8个数据位个数据位) )，问，问传送的波特数是多少传送的波特数是多少? ?每个数据位占每个数据位占用的时间是多少用的时间是多少? ?　　　　　　　　　　　　　【【解解】】：波特数为：：波特数为：1010位位×120/×120/秒秒=1200=1200波特波特 每个数据位占用的时间每个数据位占用的时间TdTd是波特是波特数的倒数：数的倒数：Td=1/1200=0.833×0.001s=0.833msTd=1/1200=0.833×0.001s=0.833ms6.3 6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式总线的仲裁、定时和数据传送模式6.3.1 6.3.1 总线的仲裁总线的仲裁　　　　连接到总线上的功能模块有连接到总线上的功能模块有主动主动和和被动被动两种形态两种形态 (主方和从方主方和从方) )　　　　为了解决多个主设备同时竞争总线为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件，以某控制权，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。

下一次主方 对多个主设备提出的占用总线请求，对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用优先级或公平策略进行仲裁一般采用优先级或公平策略进行仲裁按照总线仲裁电路的位置不同，仲按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类1.1.集中式仲裁集中式仲裁 集中式仲裁中每集中式仲裁中每个功能模块有两条线连到中央仲裁器：个功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条是送往仲裁器的总线请求信号线一条是送往仲裁器的总线请求信号线BRBR，，一条是仲裁器送出的总线授权信号线一条是仲裁器送出的总线授权信号线BGBG (1) (1) 链式查询方式链式查询方式　　如图　　如图6.96.9所示 主要特点主要特点：总线授权信号：总线授权信号BGBG串行地串行地从一个从一个I/OI/O接口传送到下一个接口传送到下一个I/OI/O接口假如假如BGBG到达的接口无总线请求，则继续到达的接口无总线请求，则继续往下查询；假如往下查询；假如BGBG到达的接口有总线请到达的接口有总线请求，求，BGBG信号便不再往下查询，该信号便不再往下查询，该I/OI/O接接口获得了总线控制权。

口获得了总线控制权离中央仲裁器最近的设备具有最高离中央仲裁器最近的设备具有最高优先级，通过接口的优先级排队电路来优先级，通过接口的优先级排队电路来实现  链式查询方式的优点链式查询方式的优点: : 只用很少只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁，很容易扩充设备仲裁，很容易扩充设备链式查询方式的缺点链式查询方式的缺点: : 对询问链的对询问链的电路故障很敏感，如果第电路故障很敏感，如果第i i个设备的接个设备的接口中有关链的电路有故障，那么第口中有关链的电路有故障，那么第i i个个以后的设备都不能进行工作以后的设备都不能进行工作另外，查询链的优先级是固定的，另外，查询链的优先级是固定的，如果优先级高的设备出现频繁的请求如果优先级高的设备出现频繁的请求时，优先级较低的设备可能长期不能时，优先级较低的设备可能长期不能使用总线使用总线 (2)(2)计数器定时查询方式计数器定时查询方式总线上的任一设备要求使用总线总线上的任一设备要求使用总线时，通过时，通过BRBR线发出总线请求中央仲线发出总线请求中央仲裁器接到请求信号以后，在裁器接到请求信号以后，在BSBS线为线为““0”0”的情况下让计数器开始计数，的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。

计数值通过一组地址线发向各设备每个设备接口都有一个设备地址每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备求总线的设备地址相一致时，该设备 置置““1”BS1”BS线，获得了总线使用权，线，获得了总线使用权，此时中止计数查询此时中止计数查询P222 图图6.9优点：优点：每次计数可以从每次计数可以从““0”0”开始，开始，也可以从中止点开始也可以从中止点开始如果从如果从““0”0”开开始，各设备的优先次序与链式查询法相始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的如果从中同，优先级的顺序是固定的如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等计数器的初值也可用程序来设置计数器的初值也可用程序来设置，，这可以方便地改变优先次序，但这种灵这可以方便地改变优先次序，但这种灵活性是以增加线数为代价的活性是以增加线数为代价的(3)(3)独立请求方式独立请求方式　　每一个共享总线的设备均有一对总　　每一个共享总线的设备均有一对总线请求线线请求线BRiBRi和总线授权线和总线授权线BGiBGi。

当设备当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求要求使用总线时，便发出该设备的请求信号中央仲裁器中的排队电路决定首信号中央仲裁器中的排队电路决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号信号BGiBGi （（如下图）如下图） P222 图图6.9 独立请求方式的优点：独立请求方式的优点：响应时间短，响应时间短，确定优先响应的设备所花费的时间少，确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询用不着一个设备接一个设备地查询 其次，对优先次序的控制相当灵活，其次，对优先次序的控制相当灵活，可以预先固定也可以通过程序来改变优可以预先固定也可以通过程序来改变优先次序；先次序； 还可以用屏蔽还可以用屏蔽( (禁止禁止) )某个请求的办某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求法，不响应来自无效设备的请求 2.2.分布式仲裁分布式仲裁 分布式仲裁不需分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器当它们块都有自己的仲裁号和仲裁器当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。

如果仲裁总线上的号大，则它的总较如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号线请求不予响应，并撤消它的仲裁号最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上显然，分布式仲裁是以优先级仲裁上显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础策略为基础 6.3.2 6.3.2 总线的定时总线的定时总线的一次信息传送过程，大致可总线的一次信息传送过程，大致可分为如下五个阶段：分为如下五个阶段：请求总线，总线仲请求总线，总线仲裁，寻址裁，寻址( (目的地址目的地址) )，信息传送，状态，信息传送，状态返回返回( (或错误报告或错误报告) )为了同步主方、从方的操作，必须为了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议定时：事件出现在总线制订定时协议定时：事件出现在总线上的时序关系上的时序关系1.1.同步定时同步定时在同步定时协议中，事件出现在总线上在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定由于的时刻由总线时钟信号来确定由于采用了公共时钟，每个功能模块什么采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规时候发送或接收信息都由统一时钟规定，因此，同步定时具有较高的传输定，因此，同步定时具有较高的传输频率。

频率同步定时适用于总线长度较短、同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况各功能模块存取时间比较接近的情况 见下页图见下页图　　2.2.异步定时异步定时 在异步定时协议中，后在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，即建立在应答式或互锁机事件的出现，即建立在应答式或互锁机制基础上在这种系统中，不需要统一制基础上在这种系统中，不需要统一的共公时钟信号总线周期的长度是可的共公时钟信号总线周期的长度是可变的异步定时的优点异步定时的优点是总线周期长度可是总线周期长度可变，不把响应时间强加到功能模块上，变，不把响应时间强加到功能模块上，因而允许快速和慢速的功能模块都能连因而允许快速和慢速的功能模块都能连接到同一总线上接到同一总线上 (更复杂更复杂) )【【例例3 3】【】【自学自学】】 某某CPUCPU采用集中式采用集中式仲裁方式，使用独立请求与菊花链查仲裁方式，使用独立请求与菊花链查询相结合的二维总线控制结构每一询相结合的二维总线控制结构每一对请求线对请求线BRiBRi和授权线和授权线BGiBGi组成一对菊组成一对菊花链查询电路。

每一根请求线可以被花链查询电路每一根请求线可以被若干个传输速率接近的设备共享当若干个传输速率接近的设备共享当这些设备要求传送时通过这些设备要求传送时通过BRiBRi线向仲线向仲裁器发出请求，对应的裁器发出请求，对应的BGiBGi线则串行线则串行查询每个设备，从而确定哪个设备享查询每个设备，从而确定哪个设备享有总线控制权有总线控制权请分析说明演示图所示的总线仲请分析说明演示图所示的总线仲裁时序图裁时序图 【【解解】】：从时序图看出，该总线采用：从时序图看出，该总线采用异步定时协议异步定时协议　　 当某个设备请求使用总线时，在当某个设备请求使用总线时，在该设备所属的请求线上发出申请信号该设备所属的请求线上发出申请信号BRi(1)BRi(1)CPUCPU按优先原则同意后给出按优先原则同意后给出授权信号授权信号BGiBGi作为回答作为回答(2)(2)BGiBGi链式链式查询各设备，并上升从设备回答查询各设备，并上升从设备回答SACKSACK信号证实已收到信号证实已收到BGiBGi信号信号(3)(3)CPUCPU接接到到SACKSACK信号后下降信号后下降BGiBGi作为回答作为回答4)(4)在总线在总线““忙忙””标志标志BBSYBBSY为为““0”0”情况该设备上升情况该设备上升BBSYBBSY，，表示该设备表示该设备获得了总线控制权，成为控制总线获得了总线控制权，成为控制总线的主设备的主设备(5)(5)。

在设备用完总线后，在设备用完总线后，下降下降BBSYBBSY和和SACK(6)SACK(6)，，释放总线释放总线 在上述选择主设备过程中，可能现在上述选择主设备过程中，可能现行的主从设备正在进行传送此时行的主从设备正在进行传送此时需等待现行传送结束，即现行主设需等待现行传送结束，即现行主设备下降备下降BBSYBBSY信号后信号后(7)(7)，新的主设备，新的主设备才能上升才能上升BBSYBBSY，，获得总线控制权获得总线控制权 6.3.3 6.3.3 总线数据传送模式总线数据传送模式　　当代的总线标准大都能支持以下　　当代的总线标准大都能支持以下四类模式的数据传送：四类模式的数据传送：读、写操作读、写操作　读操作是由从方到　读操作是由从方到主方的数据传送；写操作是由主方到主方的数据传送；写操作是由主方到从方的数据传送一般，主方先以一从方的数据传送一般，主方先以一个总线周期发出命令和从方地址，经个总线周期发出命令和从方地址，经过一定的延时再开始数据传送总线周过一定的延时再开始数据传送总线周期为了提高总线利用率，减少延时期为了提高总线利用率，减少延时损失，主方完成寻址总线周期后可让损失，主方完成寻址总线周期后可让出总线控制权，以使其他主方完成出总线控制权，以使其他主方完成更紧迫的操作。

然后再重新竞争总更紧迫的操作然后再重新竞争总线，完成数据传送总线周期线，完成数据传送总线周期块传送操作块传送操作　　只需给出块的起　　只需给出块的起始地址，然后对固定块长度的数据始地址，然后对固定块长度的数据一个接一个地读出或写入对于一个接一个地读出或写入对于CPU(CPU(主方主方) )、存储器、存储器( (从方从方) )而言的块而言的块传送，常称为猝发式传送，其块长传送，常称为猝发式传送，其块长一般固定为数据线宽度一般固定为数据线宽度( (存储器字长存储器字长) )的的4 4倍写后读、读修改写操作写后读、读修改写操作 只给只给出地址一次，或进行先写后读操作，出地址一次，或进行先写后读操作，或进行先读后写操作前者用于校验或进行先读后写操作前者用于校验目的，后者用于多道程序系统中对共目的，后者用于多道程序系统中对共享存储资源的保护这两种操作和猝享存储资源的保护这两种操作和猝发式操作一样，主方掌管总线直到整发式操作一样，主方掌管总线直到整个操作完成个操作完成广播、广集操作广播、广集操作一般而言，数一般而言，数据传送只在一个主方和一个从方之间据传送只在一个主方和一个从方之间进行。

但有的总线允许一个主方进行但有的总线允许一个主方对多个从方进行写操作，这种操作对多个从方进行写操作，这种操作称为称为广播广播 与广播相反的操作称为与广播相反的操作称为广集广集，，它将选定的多个从方数据在总线上它将选定的多个从方数据在总线上完成完成ANDAND或或OROR操作，用以检测多个中操作，用以检测多个中断源本章完•课后习题。