贵州大学微机原理及复习总线与总线接口技术.ppt

第4章　总线与总线接口技术 4.1 总线与总线操作 4.1.1　总线及总线信号分类一、总线定义 　总线：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。 总线不仅仅是一组传输线，它还包括一套管理信息传输的规则(协议)。 在计算机系统中，总线可以看成一个具有独立功能的组成部件。 二、总线的体系结构 主控模块（Master,主模块) 可以控制总线并启动数据传送的任何模块 受控模块（Slave,从模块) 能够响应总线主模块发出命令的任何模块 分时复用模块 　－有时用作主控模块，有时用作受控模块 三、总线的分类 四、信号线的类型 4.1.2　总线操作及控制 4.1.3　性能指标 总线带宽：即最大传输速率，指总线在每秒钟内能传输的最多字节数，单位为MB/s。三者的关系是： 传输速率=总线位宽×总线频率 　　总线宽度越宽，总线频率越高，则总线传输速率越快　 总线位宽：是指一次可以同时传输数据的位数，单位为位(bit) 工作频率：它是指总线在每秒钟内能传输数据的次数，单位为MHz。如ISA的总线频率为8MHz，而PCI总线有33.3MHz、66.6MHz两种总线频率 总线带宽、总线位宽、总线工作频率三者之间的关系就像高速公路上的车流量、车道数和车速的关系。车流量取决于车道数和车速，车道数越多、车速越快则车流量越大：同样，总线带宽取决于总线宽度和工作频率，总线宽度越宽、工作频率越高则总线带宽越大。 4.2.1总线仲裁控制 总线仲裁是指在总线上有多个总线主模块同时请求使用总线时，决定由哪个模块获得总线控制权。 所谓“总线主模块”，就是具有总线控制能力的模块，在获得总线控制权之后能启动数据信息的传输，如CPU或DMA控制器都可成为这种具有总线控制能力的主模块； 与总线主模块相对应的是“总线从模块”，它是指能够对总线上的数据请求作出响应，但本身不具备总线控制能力的模块。 总线作为一种重要的公共资源，各个总线主模块随时都可能请求使用总线，这样就可能会有不止一个总线主模块同时请求使用总线。 为了让多个总线主模块合理、高效地使用总线，就必须在系统中有处理上述总线竞争的机构，这就是总线仲裁器(bus arbiter)。 它的任务是响应总线请求，合理分配总线资源。 基本的总线仲裁方式有三种，即串行总线仲裁方式、并行总线仲裁方式和串并二维仲裁方式。 1. 串行总线仲裁方式 　　　串行链接仲裁简称串链仲裁、串行仲裁，又叫“菊花链”仲裁(robin Daisy chaining)。该仲裁法又有二线菊花链、三线菊花链、四线菊花链之分，其中三线菊花链使用普遍，最具代表性。 在串行总线仲裁方式中，各个总线主模块获得的总线优先权决定于该模块在串行链中的位置，如图所示。 图中的Ⅰ、Ⅱ、…、N 等N个模块都是总线主模块。当一个模块需要使用总线时，先检查“总线忙”信号。若该信号有效，则表示当前正有其他模块在使用总线，因此该模块必须等待，直到“总线忙”信号无效。 在“总线忙”信号处于无效状态时，任何需要使用总线的主模块都可以通过“请求”线发出总线请求信号。 总线“允许”信号是对总线“请求”信号的响应。 “允许”信号在各个模块之间串行传输，直到到达一个发出了总线“请求”信号的模块，这时“允许”信号不再沿串行模块链传输，并且由该模块获得总线控制权。 由串行的总线仲裁方式的工作原理可以看出，越靠近串行模块链前面的模块具有越高的总线优先权。 2. 并行总线仲裁方式 并行总线仲裁方式的示意图如图18.3所示。 图中，模块Ⅰ到N都是总线主模块。每个模块都有总线“请求”和总线“允许”信号。 各模块间是独立的，没有任何控制关系。 当一模块需要使用总线时，也必须先检测“总线忙”信号。当“总线忙”信号有效时，则表示其他模块正在使用总线，因此该模块必须等待。 当“总线忙”信号无效时，所有需要使用总线的模块都可以发出总线“请求”信号。 总线仲裁器中有优先权编码器和优先权译码器。 总线“请求”信号经优先权编码器产生相应编码，并由优先权译码器向优先权最高的模块发出总线“允许”信号。 得到总线“允许”信号的模块撤销总线“请求”信号，并置“总线忙”信号为有效状态，当该模块使用完总线后再置“总线忙”信号为无效状态。 在串行、并行两种总线仲裁方式中，串行方式由于信号的串行传输会加大延迟(当串行模块链上的模块数目过多时甚至可能会超过系统允许的总线优先权仲裁时间)，而且当高优先级的模块频繁使用总线时，低优先权的模块可能会长时间得不到总线。 串行方式只用于较小的系统中。 而并行方式则允许总线上连接许多主模块，而且仲裁电路也不复杂，因此是一种比较好的总线仲裁方法。 3、串并二维仲裁方式 4.2.2　总线握手控制 2、异步并行总