1、第六章第六章 总线总线v总线概述总线概述v总线管理总线管理v总线标准总线标准6.1 6.1 总线概述总线概述6.1.1 6.1.1 总线的基本概念总线的基本概念 计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种计算机系统的五大部件之间的互连方式有两种: :v 分散连接分散连接: :各部件之间使用单独的连线各部件之间使用单独的连线; ;v 总线连接总线连接: :将各部件连到一组公共信息传输线上将各部件连到一组公共信息传输线上. .v 总线总线: :构成计算机系统的互联机构构成计算机系统的互联机构, ,是多个部件是多个部件分时共享分时共享的公共信息传送线路的公共信息传送线路. .v 共享共享: :总线上各
2、部件之间互换的信息总线上各部件之间互换的信息, ,可以通过可以通过这组公共线路传送这组公共线路传送. .v 分时分时: :同一时刻总线上只能传送一个部件发送的同一时刻总线上只能传送一个部件发送的 信息信息. .v 6.1.2 6.1.2 总线的分类总线的分类一、按连线数量分一、按连线数量分v并行总线、串行总线并行总线、串行总线v串行串行由低位到高位由低位到高位, ,单条单条1 1位传输线；位传输线；v并行并行多条多条1 1位传输线；位传输线；v分别适用于远距离和近距离的数据传输分别适用于远距离和近距离的数据传输. .二、按并行总线传输的数据宽度分二、按并行总线传输的数据宽度分8 8位总线、位总
3、线、 1616位总线、位总线、 3232位总线、位总线、 6464位总线位总线三、根据允许的数据传输方向分三、根据允许的数据传输方向分v 单向传输单向传输( (单工单工) )总线和双向传输总线和双向传输( (双工双工) )总线总线 其中双工总线又分为：其中双工总线又分为：v 全双工总线全双工总线: :可以在两个方向上同时传送的总线；可以在两个方向上同时传送的总线；v 半双工总线：一个通信线路上允许数据双向传送半双工总线：一个通信线路上允许数据双向传送, ,但不但不允许同时双向传送的总线允许同时双向传送的总线. .四、按总线连接的部件不同分四、按总线连接的部件不同分-在计算机中使在计算机中使用的
4、总线按从里向外的层次用的总线按从里向外的层次, ,分为以下分为以下4 4类类. .1. CPU1. CPU片内总线片内总线 CPUCPU内各部件之间的信息传送线内各部件之间的信息传送线, ,如如R RR R、R RALUALU之间的信息传送线之间的信息传送线. .2.2.片级总线片级总线 插板内各芯片之间互连的总线插板内各芯片之间互连的总线, ,亦称部件内总亦称部件内总线线. .如显示适配卡、多功能卡等插卡均使用片如显示适配卡、多功能卡等插卡均使用片级总线实现芯片一级的互连级总线实现芯片一级的互连. .3. 3. 系统总线系统总线v指计算机系统内各功能部件指计算机系统内各功能部件(CPU(CP
5、U、主存、主存、I/OI/O接口接口) ) 之间相互连接的总线之间相互连接的总线. .v系统总线又按其上传输信息的不同分成系统总线又按其上传输信息的不同分成三类三类: :数据总线数据总线: :用来传输各功能部件之间的用来传输各功能部件之间的数据信息数据信息. .v双向；双向；v位数称为数据总线宽度位数称为数据总线宽度. .地址总线地址总线: :用来指出用来指出CPUCPU要访问的存储要访问的存储单元或单元或I/OI/O端口的地址端口的地址. .v单向；单向；v位数与存储单元个数有关位数与存储单元个数有关. .控制总线控制总线: :用来发出各种控制信号用来发出各种控制信号, ,实现对设实现对设备
6、的监视与控制备的监视与控制. .v就任一控制信号而言就任一控制信号而言, ,传输是单向的传输是单向的; ;v对于控制总线总体而言对于控制总线总体而言, ,可看作双向的可看作双向的; ;v故故, ,从从CPUCPU的角度看的角度看, ,控制信号既有输入控制信号既有输入, ,又有又有输出输出; ;v控制信号例控制信号例存储器读存储器读/ /写、写、I/OI/O读读/ /写、总线写、总线请求、总线允许、中断请求、中断响应、复请求、总线允许、中断请求、中断响应、复位、时钟位、时钟4.4.通信总线通信总线( (外总线外总线) )v用于计算机系统之间或计算机系统与其他系用于计算机系统之间或计算机系统与其他
7、系统统( (如控制仪表、远程通信设备等如控制仪表、远程通信设备等) )之间通信之间通信. .6.1.3 6.1.3 总线的组成与性能指标总线的组成与性能指标一、总线组成一、总线组成v总线结构的物理结构示意图如下：总线结构的物理结构示意图如下：CPUCPU插板插板主存插板主存插板I/OI/O插板插板v将将CPUCPU及其它一些电路及其它一些电路( (如基本如基本I/OI/O设备控制电设备控制电路路) )安装在主板上；安装在主板上；v将由许多导线组成的总线将由许多导线组成的总线, ,按照总线标准直接印按照总线标准直接印制在电路板上制在电路板上, ,通过各插槽的相应点与各部件相通过各插槽的相应点与各
8、部件相连连. .主板主板图图6.1 6.1 总线物理结构示意图总线物理结构示意图 BUSBUS二、总线的性能指标二、总线的性能指标1. 1.总线宽度总线宽度v通常指通常指数据总线数据总线的根数；的根数；v单位是单位是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.总线时钟频率总线时钟频率v 单位单位MHZ.MHZ.3.3.总线带宽总线带宽v总线数据传输率总线数据传输率, ,即单位时间内总线上传输数即单位时间内总线上传输数据的位数据的位数; ;v单位是单位是MBpsMBps( (兆字节每秒兆字节每秒). ).例例:(
9、 :(教材教材P.213)P.213)某总线在一个总线周期中并行传某总线在一个总线周期中并行传送送4 4个字节的数据个字节的数据, ,假设一个总线周期等于一个假设一个总线周期等于一个时钟周期时钟周期, ,总线时钟频率是总线时钟频率是33MHz,33MHz,总线带宽是总线带宽是多少多少? ?解答解答: :用用DrDr表示总线带宽表示总线带宽, ,总线时钟周期为总线时钟周期为T=1/f,T=1/f,一个总线周期传送的数据量表示为一个总线周期传送的数据量表示为D;D;依据定义依据定义有有: :Dr=D/T=DDr=D/T=Df f=4B=4B333310106 6/s /s=132MB/s=132M
10、B/s( (若一个总线周期由若一个总线周期由4 4个个T T构成构成, ,总线带宽是多少总线带宽是多少?) ?)6.1.4 6.1.4 总线结构总线结构v一般分为单总线结构和多总线结构；一般分为单总线结构和多总线结构；v单机系统中常分为单总线、双总线和三总线单机系统中常分为单总线、双总线和三总线三种结构；三种结构；v采用总线结构的优点采用总线结构的优点: :便于故障诊断与维修便于故障诊断与维修, ,便便于模块化结构设计于模块化结构设计, ,简化系统设计简化系统设计, ,便于系统的便于系统的扩展和升级扩展和升级. .一、单总线结构一、单总线结构v将将CPUCPU、主存和、主存和I/OI/O设备设
11、备( (通过通过I/OI/O接口接口) )都挂接都挂接到一组总线上到一组总线上, ,称为单总线结构称为单总线结构. .v单总线结构框图如下单总线结构框图如下: :图图6.2 6.2 单总线结构框图单总线结构框图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设备设备1 1I/OI/O设备设备2 2I/OI/O设备设备n n单总线单总线(系统总线系统总线)v单总线结构的特点：单总线结构的特点：v1. 1.结构简单、易于扩充；结构简单、易于扩充；v2.2.允许部件之间直接交换信息允许部件之间直接交换信息, ,总线负载重；总线负载重；v3.3.共享传输介质
12、极易形成系统瓶颈共享传输介质极易形成系统瓶颈v某时刻只允许一对部件之间传送信息；某时刻只允许一对部件之间传送信息；v4.4.适用于小型微型计算机系统适用于小型微型计算机系统. .二、双总线结构二、双总线结构v双总线双总线: :一条为内存总线一条为内存总线-用于用于CPUCPU、内存和、内存和通道之间进行数据传送通道之间进行数据传送; ;另一条是另一条是I/OI/O总线总线, ,用用于多个外设与通道之间进行数据传送于多个外设与通道之间进行数据传送. .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设备设备1 1I/OI/O设备设备n n内
13、存总线内存总线I/OI/O总线总线图图6.3 6.3 双总线结构框图双总线结构框图v通道通道: :是一台具有特殊功能的处理器是一台具有特殊功能的处理器, CPU, CPU将部分功将部分功能下放给通道能下放给通道, ,使其对使其对I/OI/O设备具有统一管理的功能设备具有统一管理的功能. .以完成外设与主存之间的数据传送以完成外设与主存之间的数据传送. .v 增加硬件代价增加硬件代价; ;在大中型计算机中使用。在大中型计算机中使用。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设备设备1 1I/OI/O设备设备n n内存总线内存总线I/O
14、I/O总线总线图图6.3 6.3 双总线结构框图双总线结构框图三、三总线结构三、三总线结构 三总线指内存总线、直接内存访问三总线指内存总线、直接内存访问(DMA)(DMA)总线和总线和I/OI/O总线总线. .v内存总线用于内存总线用于CPUCPU和内存间传送地址、数据和控制信息和内存间传送地址、数据和控制信息; ;v主存主线用于主存与主存主线用于主存与CPUCPU之间的传输之间的传输; ;v I/O I/O总线用于总线用于 CPUCPU和各类和各类I/OI/O设备之间传送数据设备之间传送数据; ;v DMA DMA总线用于内存和高速外设间直接传送数据总线用于内存和高速外设间直接传送数据. .
15、v CPUCPU主存主存I/OI/O接口接口I/OI/O接口接口I/OI/O设备设备1 1I/OI/O设备设备n nI/OI/O总线总线图图6.4 6.4 三总线结构框图三总线结构框图DMADMA总线总线内存总线内存总线 三总线结构特点：三总线结构特点：v 一般讲一般讲, ,在三总线系统中在三总线系统中, ,任一时刻只使用一种总线；任一时刻只使用一种总线；v 若使用双端口存储器若使用双端口存储器, ,内存总线和内存总线和DAMDAM总线同时工作总线同时工作. .此此时比单总线系统运行快时比单总线系统运行快, ,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
16、/OI/O设备设备1 1I/OI/O设备设备n nI/OI/O总线总线图图6.4 6.4 三总线结构框图三总线结构框图DMADMA总线总线内存总线内存总线第六章第六章 总线总线v总线概述总线概述v总线管理总线管理v总线标准总线标准6.2 6.2 总线管理总线管理6.2.1 6.2.1 总线判优与仲裁总线判优与仲裁 为解决多个申请者同时竞争总线控制权为解决多个申请者同时竞争总线控制权, ,总线控制机总线控制机构中设置有总线判优和仲裁控制逻辑构中设置有总线判优和仲裁控制逻辑. .一、主设备和从设备的概念一、主设备和从设备的概念 总线在任一时刻只为某两个设备占用总线在任一时刻只为某两个设备占用, ,
17、其中：其中：v主设备主设备: :获得总线控制权的设备；获得总线控制权的设备；v从设备从设备: :被主设备访问的设备；被主设备访问的设备；v通常通常CPUCPU为主设备为主设备, ,存储器为从设备存储器为从设备,I/O,I/O设备可为主设备可为主设备和从设备设备和从设备. .v注意注意: :在定义总线数据传送操作时是在定义总线数据传送操作时是“输入输入”或或“输输出出”时时, ,必须以主设备为参考点必须以主设备为参考点, ,这和前面提到的以主这和前面提到的以主机为参考点的输入、输出含义不同机为参考点的输入、输出含义不同. . 二、总线判优和仲裁二、总线判优和仲裁v多个主设备同时要使用总线时多个主
18、设备同时要使用总线时, ,按优先顺序确定由哪一按优先顺序确定由哪一个主设备使用总线；个主设备使用总线；v总线判优控制按照其仲裁控制机构的设置分为集中式总线判优控制按照其仲裁控制机构的设置分为集中式和分布式两种；和分布式两种；v集中式控制集中式控制: :将总线控制逻辑集中在一处将总线控制逻辑集中在一处( (如如CPU)CPU)时；时；v分布式控制分布式控制: :将总线控制逻辑分散在与总线连接的各个将总线控制逻辑分散在与总线连接的各个部件上；部件上；v集中式控制又分为链式查询方式、计数器定时查询方集中式控制又分为链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求方式式和独立请求方式. . 1. 1.链式查
19、询方式链式查询方式 亦称串行链接方式、菊花链亦称串行链接方式、菊花链 方式方式, ,电路如下：电路如下：1. 1.链式查询方式链式查询方式v 总线控制器使用总线控制器使用3 3根控制线与所有设备和部件相连根控制线与所有设备和部件相连,3,3根根控制线如下控制线如下: :总总线线控控制制器器(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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBRBGBG总线请求总线请求(BR):(BR):有效时有效时, ,表示至少有一个设备要求使用总线表示至少有一个设备要求使用总线总线批准总线批准(BG):(BG):有效时有
20、效时,表示总线控制器响应总线请求；表示总线控制器响应总线请求；总线忙总线忙(BS):(BS):有效时有效时,表示总线正在被某个设备使用表示总线正在被某个设备使用. . 图图6.5 6.5 链式查询方式链式查询方式1. 1.链式查询方式链式查询方式v与总线连接的所有设备均可经公共的与总线连接的所有设备均可经公共的BRBR线发出总线请线发出总线请求求; ;v 在在BSBS信号未建立前信号未建立前,BR,BR才能被总线控制器响应才能被总线控制器响应, ,并送出并送出BGBG信号；信号；总总线线控控制制器器(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
21、口n n数据线数据线地址线地址线BSBSBRBRBGBG总线请求总线请求(BR):(BR):有效时有效时, ,表示至少有一个设备要求使用总线表示至少有一个设备要求使用总线总线批准总线批准(BG):(BG):有效时有效时,表示总线控制器响应总线请求；表示总线控制器响应总线请求；总线忙总线忙(BS):(BS):有效时有效时,表示总线正在被某个设备使用表示总线正在被某个设备使用. . 图图6.5 6.5 链式查询方式链式查询方式1. 1.链式查询方式链式查询方式v BGBG信号串行地通过每个部件信号串行地通过每个部件, ,如果某个部件本身没有如果某个部件本身没有总线请求总线请求, ,则将该信号传送给
22、下一个部件则将该信号传送给下一个部件, ,否则否则, ,停止传停止传送送BGBG信号信号, ,获得总线使用权获得总线使用权. .总总线线控控制制器器(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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBRBGBG总线请求总线请求(BR):(BR):有效时有效时, ,表示至少有一个设备要求使用总线表示至少有一个设备要求使用总线总线批准总线批准(BG):(BG):有效时有效时,表示总线控制器响应总线请求；表示总线控制器响应总线请求；总线忙总线忙(BS):(BS):有效时有效时,表示总线正在被某个设备使用表示总线
23、正在被某个设备使用. . 图图6.5 6.5 链式查询方式链式查询方式1. 1.链式查询方式链式查询方式v获得总线使用权的部件建立获得总线使用权的部件建立BSBS信号信号, ,并撤销并撤销BR,BR,进行数进行数据的传送；据的传送；v BSBS信号在数据传送结束后撤销信号在数据传送结束后撤销,BG,BG信号也随之撤销信号也随之撤销. .总总线线控控制制器器(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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBRBGBG总线请求总线请求(BR):(BR):有效时有效时, ,表示至少有一个设备要求使用总线表示至
24、少有一个设备要求使用总线总线批准总线批准(BG):(BG):有效时有效时,表示总线控制器响应总线请求；表示总线控制器响应总线请求；总线忙总线忙(BS):(BS):有效时有效时,表示总线正在被某个设备使用表示总线正在被某个设备使用. . 图图6.5 6.5 链式查询方式链式查询方式链式查询的特点链式查询的特点: :v 优先次序优先次序是由是由BGBG线上串接部件的先后位置线上串接部件的先后位置确定确定, ,离总离总线控制器最近的设备具有最高优先权；线控制器最近的设备具有最高优先权；v需要几根信号线可完成按既定优先次序的总线仲裁需要几根信号线可完成按既定优先次序的总线仲裁; ; 总总线线控控制制器
25、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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBRBGBG总线请求总线请求(BR):(BR):有效时有效时, ,表示至少有一个设备要求使用总线表示至少有一个设备要求使用总线总线批准总线批准(BG):(BG):有效时有效时,表示总线控制器响应总线请求；表示总线控制器响应总线请求；总线忙总线忙(BS):(BS):有效时有效时,表示总线正在被某个设备使用表示总线正在被某个设备使用. . 图图6.5 6.5 链式查询方式链式查询方式v易于扩充设备；易于扩充设备；v故障敏感；故障敏感；v优先级安排可能造成低级
26、别设备总是用不上总线优先级安排可能造成低级别设备总是用不上总线. .总总线线控控制制器器(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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBRBGBG总线请求总线请求(BR):(BR):有效时有效时, ,表示至少有一个设备要求使用总线表示至少有一个设备要求使用总线总线批准总线批准(BG):(BG):有效时有效时,表示总线控制器响应总线请求；表示总线控制器响应总线请求；总线忙总线忙(BS):(BS):有效时有效时,表示总线正在被某个设备使用表示总线正在被某个设备使用. . 图图6.5 6.5 链式查询方式链
27、式查询方式2.2.计数器定时查询方式计数器定时查询方式v总线上的每个部件通过公共的总线上的每个部件通过公共的BRBR线发出请求线发出请求; ;v当当BS=0BS=0时时, ,总线控制器令其中的计数器开始计数总线控制器令其中的计数器开始计数, ,并且并且将计数值发向各个部件将计数值发向各个部件; ;当计数值与请求使用总线的设当计数值与请求使用总线的设备地址一致时备地址一致时, ,该设备获得总线控制权该设备获得总线控制权, ,置置BR=0,RS=1,BR=0,RS=1,同时中止计数器的计数及查询工作同时中止计数器的计数及查询工作, ,直至该设备完成数直至该设备完成数据传送之后据传送之后, ,撤销撤
28、销BSBS信号信号. .总总线线控控制制器器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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBR图图6.6 6.6 计数器定时查询方式计数器定时查询方式 定时查询定时查询地址地址计数计数 计数器定时查询的特点计数器定时查询的特点: :优先级次序较灵活优先级次序较灵活当总线控制器因授当总线控制器因授权某设备使用总线而停止计数时权某设备使用总线而停止计数时, ,可从以下方式中选择一种来控可从以下方式中选择一种来控制下一次计数的起始值制下一次计数的起始值: :v下一次计数的起始值为下一次计数的起始值为0,0,这种方式的优先级固定不变这
29、种方式的优先级固定不变, ,设备码小设备码小的设备优先级高的设备优先级高; ;v下一次计数的起始值为上一次的中止值下一次计数的起始值为上一次的中止值, ,这相当于循环检测这相当于循环检测, ,各设各设备的设备级相等备的设备级相等; ;v下一次计数的起始值由程序设定下一次计数的起始值由程序设定, ,程序可灵活改变设备的优先级程序可灵活改变设备的优先级. .总总线线控控制制器器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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBR图图6.66.6计数器定时查询方式计数器定时查询方式 定时查询定时查询地址地址计数计数 总总线线控控制制器
30、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数据线数据线地址线地址线BSBSBRBR0 0BRBR1 1BRBRn nBGBGn nBGBG1 1BGBG0 0内有排队电路内有排队电路3 3、独立请求方式、独立请求方式v每一个设备都有两根控制线每一个设备都有两根控制线: :总线批准总线批准BGiBGi和总线请求和总线请求BRiBRi; ;v 所有设备共用一条总线忙控制线所有设备共用一条总线忙控制线BS;BS; 图图6.7 6.7 独立请求方式独立请求方式总总线线控控制制器器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数据线数
31、据线地址线地址线BSBSBRBR0 0BRBR1 1BRBRn nBGBGn nBGBG1 1BGBG0 0内有排队电路内有排队电路3 3、独立请求方式、独立请求方式v每一个设备都可以发总线请求信号每一个设备都可以发总线请求信号BRiBRi, ,总线控制器中有总线控制器中有一排队电路一排队电路, ,根据一定优先次序决定先响应哪个部件的根据一定优先次序决定先响应哪个部件的请请求求BRiBRi, , 然后送回批准信号然后送回批准信号BGiBGi; ; 图图6.7 6.7 独立请求方式独立请求方式总总线线控控制制器器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数据线
32、数据线地址线地址线BSBSBRBR0 0BRBR1 1BRBRn nBGBGn nBGBG1 1BGBG0 0内有排队电路内有排队电路v该设备接到该设备接到BGiBGi信号后信号后, ,将将BRiBRi置置0,0,并将并将BSBS置置1, 1,开始传送数开始传送数据据; ;v 传送完毕传送完毕, ,将将BSBS置置0.0. 图图6.7 6.7 独立请求方式独立请求方式独立请求方式的特点独立请求方式的特点: :v响应速度最快响应速度最快( (与前述两种方式相比与前述两种方式相比) )；v优先级策略完全由总线控制器决定优先级策略完全由总线控制器决定, ,可以编程改可以编程改变；变；v控制线数量多控
33、制线数量多, ,总线控制复杂总线控制复杂. .6.2.2 6.2.2 总线通信控制总线通信控制 主机与外设通过总线进行信息交换时主机与外设通过总线进行信息交换时, , 必然存必然存在时间上的配合和动作的协调在时间上的配合和动作的协调. .一、基本概念一、基本概念v总线周期总线周期: :连接在总线上的两个部件连接在总线上的两个部件, ,完成一次完成一次完整且可靠的信息传输时间完整且可靠的信息传输时间. .分为以下分为以下4 4个阶段个阶段: :1. 1.申请分配阶段申请分配阶段 需要使用总线的主设备提申请需要使用总线的主设备提申请, ,仲裁机构决定下仲裁机构决定下一传输周期总线使用权授予某一申请
34、者一传输周期总线使用权授予某一申请者. .2.2.寻址阶段寻址阶段v被授权的主设备通过总线发出本次要访问的从被授权的主设备通过总线发出本次要访问的从设备地址及相关命令设备地址及相关命令, ,启动该设备启动该设备. .3.3.传数阶段传数阶段v主、从设备经数据总线进行数据交换主、从设备经数据总线进行数据交换. .4.4.结束阶段结束阶段v主设备信息从总线撤除主设备信息从总线撤除, ,让出总线使用权让出总线使用权. .二、总线通信控制二、总线通信控制v两个设备传送数据时两个设备传送数据时, ,需要提供控制数据传送的需要提供控制数据传送的定时信号定时信号, ,例发送方何时将数据加载在总线上例发送方何
35、时将数据加载在总线上, ,接接受方何时可以从总线上下载数据；受方何时可以从总线上下载数据；v从定时的角度出发从定时的角度出发, ,可将总线通信方式分为以下可将总线通信方式分为以下两种：两种： 1. 1.同步通信同步通信( (无应答通信无应答通信) )v定义定义: :由一个统一的时钟给连接到总线上的所有由一个统一的时钟给连接到总线上的所有设备提供定时信号设备提供定时信号. .可由一个时钟周期可由一个时钟周期( (或多个时或多个时钟周期钟周期) )构成一个总线周期构成一个总线周期, ,在一个总线周期内完在一个总线周期内完成一次数据传送成一次数据传送. .v v总线周期包括总线周期包括4 4个时钟周
36、期个时钟周期. .对于读命令对于读命令, ,其总线周期为其总线周期为: :vT1:T1:主模块发地址主模块发地址 ; ;v T2: T2:主模块发读命令主模块发读命令; ;v T3: T3:从模块提供数据从模块提供数据; ;v T4: T4:主模块撤销读命令主模块撤销读命令, ,从模块撤销数据从模块撤销数据时钟时钟总线传输周期总线传输周期T1T1 T2T2 T3T3 T4T4地址地址读命令读命令数据数据 图图6.8 6.8 同步式数据输入传输同步式数据输入传输v v优点：优点： 总线周期固定总线周期固定; ;主从设备之间配合简单一致主从设备之间配合简单一致. .v缺点缺点: :主从模块时间配合
37、属于强制性同步主从模块时间配合属于强制性同步, ,按照最慢速度按照最慢速度的部件设计公共时钟的部件设计公共时钟, ,影响总线工作效率影响总线工作效率; ;缺乏灵活性缺乏灵活性. .v适用适用: :线路短、部件速度接近线路短、部件速度接近. .时钟时钟总线传输周期总线传输周期T1T1 T2T2 T3T3 T4T4地址地址读命令读命令数据数据 图图6.8 6.8 同步式数据输入传输同步式数据输入传输2.2.异步通信异步通信( (应答通信应答通信) )v定义定义: :允许各模块速度的不一致允许各模块速度的不一致, ,没有公共时没有公共时钟标准钟标准, ,从而没有统一的总线周期从而没有统一的总线周期,
38、 ,靠主从设靠主从设备之间的备之间的 “ “请求请求- -应答应答”( (握手握手) )方式通信；方式通信；v过程过程: :主设备发出请求主设备发出请求RequestRequest信号信号, ,等待从等待从设备反馈回来应答设备反馈回来应答AcknowledgeAcknowledge信号后信号后, ,才才开始通信开始通信. .v特点特点: :从从“请求请求”到到“回答回答”的时间是由操的时间是由操作的实际时间决定的作的实际时间决定的, ,而不是由而不是由CPUCPU的节拍的节拍硬性规定硬性规定, ,故保证两个工作速度相差很大的故保证两个工作速度相差很大的设备间可靠地进行信息交换设备间可靠地进行信
39、息交换, ,自动完成时间自动完成时间的配合的配合; ; 成本高成本高. .2.2.异步通信异步通信( (应答通信应答通信) )v分类分类( (根据根据“请求请求”和和“回答回答”信号的撤销信号的撤销是否互锁是否互锁) )：不互锁、半互锁、全互锁不互锁、半互锁、全互锁不互锁不互锁: “: “请求请求”和和“回答回答”信号都有一定的信号都有一定的时间宽度，时间宽度， “ “请求请求” ” 信号的结束和信号的结束和“回答回答”信号的结束不互锁，如图信号的结束不互锁，如图7.10(a) 7.10(a) 所示。所示。请求请求回答回答图图7.10(a) 7.10(a) 请求与回答信号的互锁请求与回答信号的
40、互锁2.2.异步通信异步通信( (应答通信应答通信) )v分类分类( (根据根据“请求请求”和和“回答回答”信号的撤销信号的撤销是否互锁是否互锁) )：不互锁、半互锁、全互锁不互锁、半互锁、全互锁半互锁：半互锁： “ “请求请求” ” 的撤销取决于接受到的撤销取决于接受到“回回答答”信号，而信号，而“回答回答”信号的撤销由从设备自信号的撤销由从设备自己决定，如图己决定，如图7.10(b) 7.10(b) 所示。所示。请求请求回答回答图图7.10(b) 7.10(b) 请求与回答信号的互锁请求与回答信号的互锁2.2.异步通信异步通信( (应答通信应答通信) )v分类分类( (根据根据“请求请求”
41、和和“回答回答”信号的撤销信号的撤销是否互锁是否互锁) )：不互锁、半互锁、全互锁不互锁、半互锁、全互锁全互锁：全互锁： “ “请求请求” ” 的撤销取决于接受到的撤销取决于接受到“回回答答”信号，而信号，而“请求请求” ” 的撤销导致的撤销导致“回答回答”信号的撤销，如图信号的撤销，如图7.10(c) 7.10(c) 所示。所示。 灵活性、可靠性最高。灵活性、可靠性最高。请求请求回答回答图图7.10(b) 7.10(b) 请求与回答信号的互锁请求与回答信号的互锁6.3 6.3 总线标准总线标准6.3.1 6.3.1 何谓总线标准何谓总线标准v系统与各功能模块、模块和模块之间互系统与各功能模块
42、、模块和模块之间互连的标准界面；连的标准界面；v国际公布或推荐的互连各个模块的标准，国际公布或推荐的互连各个模块的标准，提供系统与各功能模块、模块和模块之提供系统与各功能模块、模块和模块之间互连的标准界面；间互连的标准界面；v 该界面对其两端的模块而言都是透明的，该界面对其两端的模块而言都是透明的，即界面的一方只需根据总线标准的要求即界面的一方只需根据总线标准的要求来完成自身一方接口功能的设计，不必来完成自身一方接口功能的设计，不必考虑对方于界面的接口方式。考虑对方于界面的接口方式。6.3.2 6.3.2 标准化的好处标准化的好处为计算机接口的软硬件设计提供方便。为计算机接口的软硬件设计提供方
43、便。制定总线标准使系统设计简化，便于模块制定总线标准使系统设计简化，便于模块生产批量化，确保性能稳定，质量可靠，生产批量化，确保性能稳定，质量可靠，便于维护，较好解决了设备与总线之间便于维护，较好解决了设备与总线之间不通用、不匹配的问题。不通用、不匹配的问题。6.3.3 6.3.3 流行的总线标准流行的总线标准一、一、ISAISA总线总线二、二、EISAEISA总线总线三、三、VESAVESA总线总线四、四、PCIPCI总线总线五、五、AGPAGP总线总线六、六、RS-232CRS-232C总线总线七、七、UABUAB总线总线具体标准内容略。具体标准内容略。第七章第七章 总线总线 习题课习题课
44、一、选择题一、选择题1. 1.三种集中式总线控制中，三种集中式总线控制中，( )( )方式对电路方式对电路故障最敏感。故障最敏感。A.A.链式查询；链式查询；B.B.计数器定时查询；计数器定时查询；C.C.独立请求。独立请求。2.2.连接计算机与计算机之间的总线属于连接计算机与计算机之间的总线属于( )( )总线。总线。A.A.内；内； B.B.系统系统 ； C.C.通信。通信。3.3.三种集中式总线控制中，三种集中式总线控制中，( )( )方式响应最方式响应最快。快。A.B.C.A.B.C.同同1 1题。题。4.4.计算机中使用总线结构便于增减外设，计算机中使用总线结构便于增减外设，便于实现
45、积木化，同时便于实现积木化，同时( )( )。A.A.减少了信息传输量；减少了信息传输量；B.B.提高了信息传输速度；提高了信息传输速度；C.C.减少了信息传输线的条数；减少了信息传输线的条数；D.D.加重加重CPUCPU工作量。工作量。5.5.信息可以在两个方向上同时传输的总线信息可以在两个方向上同时传输的总线属于属于( )( )。A.A.单工总线单工总线 B.B.半双工总线半双工总线C.C.全双工总线全双工总线 D.D.单向总线单向总线6.6.串行总线与并行总线比，串行总线与并行总线比，( )( )。A.A.串行总线成本高，速度快；串行总线成本高，速度快；B.B.串行总线成本高，速度慢；串
46、行总线成本高，速度慢；C.C.并行总线成本高，速度快；并行总线成本高，速度快；D.D.并行总线成本低，速度快；并行总线成本低，速度快；7.7.总线的独立请求方式的缺点是总线的独立请求方式的缺点是( )( )。A.A.线路简单；线路简单； B.B.响应速度慢；响应速度慢；C.C.对优先级的控制不灵活；对优先级的控制不灵活；D.D.所需控制线多。所需控制线多。8.8.在链式查询方式下，在链式查询方式下，( )( )。A.A.总线设备的优先级可变；总线设备的优先级可变；B.B.越靠近总线控制器的设备优先级越高；越靠近总线控制器的设备优先级越高；C.C.各设备的优先级相等；各设备的优先级相等；D.D.
47、各设备获得总线使用权的机会均等。各设备获得总线使用权的机会均等。9.9.总线的异步通信方式总线的异步通信方式( )( )。A.A.不采用时钟信号，只采用握手信号；不采用时钟信号，只采用握手信号；B.B.既采用时钟信号，又采用握手信号；既采用时钟信号，又采用握手信号；C.C.既不采用时钟信号，又不采用握手信号。既不采用时钟信号，又不采用握手信号。10.10.不同的信号，共用一组信号线，分时传送，不同的信号，共用一组信号线，分时传送，这种总线传输方式是这种总线传输方式是( )( )。A.A.猝发；猝发； B.B.并行；并行； C.C.复用。复用。11.11.系统中的数据线、地址线和控制线是根据系统
48、中的数据线、地址线和控制线是根据( )( )来划分的。来划分的。A.A.总线所处的位置；总线所处的位置；B.B.总线的传输方向；总线的传输方向；C.C.总线传输的内容。总线传输的内容。12.12.总线通信中的同步控制是（总线通信中的同步控制是（ ）。）。A.A.只适合于只适合于CPUCPU的控制方式；的控制方式；B.B.由统一时序控制的方式；由统一时序控制的方式；C.C.只适合于外设控制的方式。只适合于外设控制的方式。13.13.在计数器查询方式下，若每一次计数从在计数器查询方式下，若每一次计数从上一次计数的终止点开始，则上一次计数的终止点开始，则( )( )。A.A.设备号小的优先级高；设备
49、号小的优先级高；B.B.每个设备使用总线的机会相等；每个设备使用总线的机会相等；C.C.设备号大的优先级高。设备号大的优先级高。14.14.在计数器查询方式下，若计数从在计数器查询方式下，若计数从0 0开始，开始，则则( )( )。A.B.C.A.B.C.同上题。同上题。15.15.微机中控制总线提供的完整信息是微机中控制总线提供的完整信息是( )( )。A.A.存储器和存储器和I/OI/O设备的地址码；设备的地址码；B.B.所有存储器和所有存储器和I/OI/O设备的时序信号和控设备的时序信号和控制信号；制信号；C.C.来自存储器和来自存储器和I/OI/O设备的响应信号；设备的响应信号；D.D
50、.上述各项；上述各项；E. E.上述上述B B、C C两项；两项；F.F.上述上述A A、B B两项。两项。1616、总线、总线( )( )通信方式能够适用于速度差异较通信方式能够适用于速度差异较大的部件之间的通信。大的部件之间的通信。A.A.同步同步 B.B.全互锁全互锁 C.C.非互锁非互锁 D.D.半同步半同步1717、 全互锁方式中，全互锁方式中，( )( )。A.A.就绪信号和应答信号的上升边沿和下降边沿就绪信号和应答信号的上升边沿和下降边沿都相互锁定。都相互锁定。B.B.就绪信号和应答信号的上升边沿相互锁定。就绪信号和应答信号的上升边沿相互锁定。C.C.就绪信号和应答信号的下降边沿
