计算机组成原理讲义

1、6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式总线的仲裁总线的定时总线数据传送模式6.3.1 总线的仲裁主方（主设备）可以启动一个总线周期的功能模块，如CPU、I/O设备。从方（从设备）被主方指定与其通信的功能模块，如存储器、CPU。为什么要仲裁？为解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须有总线仲裁部件。总线占用期：主方持续控制总线的时间注意某一时刻，只能有一个主设备控制总线，其它设备此时可以作为从设备某一时刻，只能有一个设备向总线发送数据，但可以有多个设备从总线接收数据 常用的仲裁策略A.公平策略在多处理器系统中对各CPU模块的总线请求采用公平的原则来处理。B.优先级策略I/O模块的总线请求采用优先级

2、策略。按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分成：集中式仲裁分布式仲裁集中式仲裁集中式仲裁中每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BR，一条是仲裁器送出的总线授权信号线BG。链式查询方式计数器定时查询方式独立请求方式链式查询方式总线控制部件I/O接口0BSBRI/O接口1I/O接口nBG数据线地址线BS -总线忙BR-总线请求BG-总线同意I/O接口1链式查询方式的优点只用很少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。链式查询方式的缺点对询问链的电路故障很敏感；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时，优先级较低的设备可能长期不能使用总线

3、 计数器定时查询方式 0BS -总线忙BR-总线请求总线控制部件数据线地址线I/O接口0BSBRI/O接口1I/O接口n设备地址I/O接口1 计数器设备地址 1优点：优先次序可灵活变动。固定优先级：计数器每次初值均为0。循环优先级：计数器从中止点开始计数(优先级相等)独立请求方式排队器排队器总线控制部件数据线地址线I/O接口0I/O接口1I/O接口nBR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-总线同意BR-总线请求特点：每个设备均有一对BR和BG线，通过自身的BR线请求，由中央仲裁器经判优发出BGi以使优先设备获得总线使用权。优点：响应速度快，对优先次序的控制灵活。缺点：控制线数量多。分布式仲裁

4、分布式仲裁不需要中央仲裁器，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上。 6.3.2 总线的定时总线上信息传送过程的五个阶段： 请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回(或错误报告)。定时：指事件出现在总线上的时序关系。同步定时异步定时 同步定时在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定。每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定。优点：时序规整，控

5、制简单，具有较高的传输频率，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缺点：不适合存取时间差别大的模块异步定时在异步定时协议中，后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现，即建立在应答式或互锁机制基础上。 特点：无公共时钟信号，可变长度的总线周期优点：可靠性高，适用于存取时间差别大的模块之间的通信。缺点：增加总线的复杂性和成本。异步时序的互锁关系不互锁半互锁全互锁主设备从设备请求回答主设备发出请求信号后，经过一定的时间关闭请求信号，而从设备在收到请求信号后发出回答信号，经过一定的时间后自动关闭回答信号。主设备在收到从设备的回答信号后才结束请求信号，但从设备的回答信号是由从设备本身

6、定时决定的主设备在收到从设备的回答信号后结束请求信号，而从设备在获知请求信号后便撤销其回答信号例3 某CPU采用集中式仲裁方式，使用独立请求与菊花链查询相结合的二维总线控制结构。每一对请求线BRi和授权线BGi组成一对菊花链查询电路。每一根请求线可以被若干个传输速率接近的设备共享。当这些设备要求传送时通过BRi线向仲裁器发出请求，对应的BGi线则串行查询每个设备，从而确定哪个设备享有总线控制权。请分析说明演示图所示的总线仲裁时序图 图6.11 某CPU总线仲裁时序图总线请求BRi总线同意BGi设备回答SACK总线忙 BBSY【解】：设备请求使用总线 BRi; CPU同意后，以BGi回答;设备接收到BGi，使BRi，并回答SACK;CPU接到SACK后， BGi作为回答;在BBSY为“0”时上升BBSY设备获得总线使用权;用完总线后，下降BBSY和SACK，释放总线。6.3.3 总线数据传送模式1、读、写操作读操作由从方到主方的数据传送过程；写操作由主方到从方的数据传送过程。2、块传送操作CPU存储器之间数据块传送采用一次多倍字长的猝发式传送。3、写后读、读修改写操作只给出地址一次，或进行先写后读操作（用于校验）或进行先读后