第六章 总线技术1

17
一、总线传输过程（续）
• 3.数据传输阶段 主模块和从模块之间进行数据传输。 • 4.结束阶段 主从模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总 线。
18
阶段一：总线请求和仲裁阶段 阶段二：寻址阶段 阶段三：数据传输阶段 阶段四：结束阶段
设备1 设备2
设备4
设备3
二、总线仲裁与裁决技术
• 若一个总线上有多个主设备时，就需要总线裁决器 进行裁决，判定由哪个主设备来控制总线，以免发 生总线冲突。裁决对串行、并行总线又有不同的方 法。 • 对串行总线，有令牌总线和冲突检测裁决 • 对并行总线，有集中仲裁和分布仲裁
15
一、 总线传输过程
1、总线主设备和从设备 ◎总线主设备（主模块）： 指能获得总线控制权的设备，并启动和控制总线上 的数据传输，发出地址和读/写控制命令。如CPU、 DMA控制器，其他外围处理器（IO处理器、协处 理器等）。 ◎总线从设备（从模块） 指不具备总线控制能力的设备，但能对主设备提 出的数据请求作出响应，接受主设备发出的地址 和读写命令并执行相应的操作。如内存、I/O接口。
11
四、总线的性能指标
四、总线的性能指标 • 总线宽度 数据总线的位数，如8位/16位/32位/64位等。总线越 宽，传输速度就越快，即数据吞吐量就越大。 • 总线传输速率 在总线上每秒传输的最大字节数（MB/s）或比特数 （Mb/s）。 • 总线的时钟频率 总线工作频率。是影响总线传输速率的主要因素之 一。如：ISA（8MHz），PCI（0~33MHz）等。
BGO1
BGO2
总 线 仲 裁 器
C1
BGI2
C2
BGIn
Cn
BR BB
图6.2
菊花链式总线判决方式
BB（Bus Busy）：总线 忙信号，BB有效说明总 线正被占用。 BR（Bus Request）:总线 请求信号，BR有效说明 至少有一个部件正在申请 总线使用权。 电路简单，便于增减总线 设备。仲裁速度慢，优先 级不能改变。
中 央 仲 裁 器
BR0 BG0
BRN BGN BB
图6.4
二维总线判决方式
29
二、总线仲裁与裁决技术（续）
△ 分布仲裁 与集中仲裁不同，分布仲裁的仲裁器是分布于各 个主设备中，没有独立的中央仲裁器。 每个申请总线的主设备都通过该主设备的分布总 线仲裁部件将其优先级编号送到共享的请求/响应线 上，并通过该组信号线执行线或操作。 该方式实现复杂，控制灵活，可靠性高。分布仲 裁框图如下：
一个总线周期
3. ACK=1 4. READY=0 5. ACK=0
1. READY=1
下一个总线周 期
异步总线协定
• 优点
– 不同速度的设备可以协同工作，适应性强 – 快－快：高速度 – 快－慢：低速度
• 缺点
– 握手过程复杂，总线周期较长 – 传输速度不固定，取决于模块的访问速度 – 死锁
半同步方式
13
四、总线的性能指标（续）
• 多路复用 地址线和数据线共用一组物理线 • 负载能力 可简单的表示为所连接的电路插板的数量 • 信号线数 • 总线控制方式 传输方式，总线仲裁方式，中断分配方式，设备自 动配置等 • 其他性能 电源电压（5V或3.3V），数据宽度是否扩展等。
14
第二节
总线裁决与握手技术
下面介绍一下局部总线，系统总线和通信总线等。
6
二、总线分类（续）
• 局部总线 介于CPU总线和系统总线之间。具有高速传输数据 的能力。分为
– 专用局部总线 – VESA(Video Electronics Standards Association)总线 – PCI总线
• 系统总线 系统内部各部件（插板）之间进行连接和传输信息 的一组信号线。 如：ISA总线、VME总线等
30
二、总线仲裁与裁决技术（续）
• 为实现分布仲 裁，应能在各 主设备之间传 递必要的总线 控制信息。每 个设备都事先 设定一个优先 级，用一个n位 二进制数表示 之。最高优先 级的主设备优 先级编码为n位 全1，最低优先 级的主设备的 优先级编码为 n位全0。
总线 主设备1 BG
n位优先级
主设备2 BG
设备1 仲裁器
设备2
设备4
设备3
二、总线仲裁与裁决技术（续）
• 对并行总线：有集中仲裁与分布仲裁 △集中仲裁 又有串行裁决与并行裁决两种 * 串行裁决有菊花链式和计数器定时查询方式 ① 菊花链式：BG（Bus Grant）信号以串行方式向下传递进行裁决。离
总线仲裁器越近的部件优先级越高。
总线
BG
BGI1
4
一、总线的特点（续）
☆优点：
• 简化了系统结构，便于系统设计制造； • 减少了传输线数目，便于布线，减小体积，提高了系统的可 靠性； • 便于接口设计，所有与总线连接的设备均采用类似接口； • 便于系统扩充、更新与灵活配置，易于实现系统模块化； • 便于设备的软件设计，所有接口的软件就是对不同的口地址 进行操作； • 便于故障诊断与维修，同时也降低了成本。
设备3
冲突检测
• 冲突检测 某一主设备监测到总线空闲时就可使用总线。当发 生冲突后系统立即强制所有使用总线的主设备放弃 总线，经过一段时间间隔再进行重试。适合于主设 备较少的场合。 • 允许出现总线冲突，但在冲突后补救
设备1 设备2
设备4
设备3
总线仲裁
• 允许出现总线争用（申请），但不允许出现总线冲 突（使用） • 优先级仲裁和公平仲裁
25
菊花链式查询方式
BG 总线 仲裁器
BGI1 C1
BGO1
BGI
2
BGO2 C2
BGIn Cn
BR BB
二、总线仲裁与裁决技术（续）
② 计数器定时查询方式（轮询判决）
不使用BG信号线，但需用地址总线。若总线上有N个部件，则 在总线控制部件内设置一个计数器，可以从0计数至N-1, 每个 值对应一个部件。不论哪个部件要使用总线，均通过BR 提出申 请。控制部件通过地址总线定时送出计数器的当前值。提出申请 的部件检查地址总线，若发现其上的值与自己的编号相等，则取 得总线使用权，并通过置BB有效通知控制部件。若控制部件在一 定时间内未收到BB有效，则令计数器加1或减1，发下一个地址。
32
同步方式
• 总线上的主、从设备在同一时钟的控制下进行传送， 传输周期（即总线周期）是固定的。 • 例如：PCI总线，CPU与内存（不插入TW）等 • 特点
•适合高速传输 •便于电路设计 •适应性不好 •设备速度不一样时，必 须以响应速度最慢设备 的速度运行 •设计完成后，不能更改
33
异步方式
第六章 总线技术
1
本章内容提要
本章主要介绍 • 总线的基本知识 （特点、传输方式、分类、规范与指标） • 总线判决与握手信号 • PC系列微机的系统总线 （8位PC总线、ISA、EISA、PCI） • 微机中常用通信总线 （ATA、SCSI、USB、1394）
2
第一节
概述
3
一、总线的特点
一、总线的特点 1、什么是总线 所谓总线就是所有模块或设备共同使用的公共信 息通路，每个模块或设备都通过开关电路与总线上的 相应信号相连。 总线上的模块或设备采用分时方式，轮流交替使 用总线，同一时刻只能有一个模块向总线发送信息， 允许多个模块同时接收总线上的信息。 2、总线的特点 采用总线结构有许多优点，但也有缺点。
☆缺点：
• 部件或设备间信息传输率受总线带宽的限制（带宽已定，无 法改变）； • 总线一旦出现故障，则依赖该总线的系统会陷于瘫痪。
5
二、总线分类
二、总线分类
1、按传输信息的方向性分，有单向总线，如地址总线，部分 控制总线等；双向总线，如数据总线。 2、 按信息线的功能分，有地址、数据、控制总线等；控制总 线包括：Memory与I/O控制信号，总线请求、裁决、响应等， 中断请求、响应等。 3、按总线层次分，有片内总线，片间总线，板内总线，全局 总线，局部总线，背板总线，内部总线和外部总线等。 4、按传输信息的形式分，有并行总线和串行总线等。
16
一、总线传输过程（续）
2、总线数据传输周期 系统总线上的数据是在主模块（主设备）的控制 下进行的，主模块有控制总线的能力，总线完成一次 数据传输分为4个阶段： • 1.申请阶段 欲使用总线的主模块提出申请，总线仲裁器确定把 下一个传输周期的总线使用权指配给那个模块。 • 2.寻址阶段 获得总线使用权的主模块发出存储器地址或I/O端 口地址，使从模块启动。
12
四、总线的性能指标（续）
• 总线定时协定（总线同步方式） 即总线上采用同步还是异步定时。取决于两个模块 间约定的协议。有同步、异步、半同步和分离式协 议。 • 同步方式
– 同步 严格按系统时钟的定时进行主、从模块之间的传输 操作。 – 异步 采用应答式传输技术，传输周期可能较长。传输速 率较慢。
• 采用应答式传输方式。使用请求线（REQ或 READY）和应答线（ACK）来协调传输过程 • 不依赖系统时钟信号
DATA 总线
发送方
READY ACK
接收方
READY
ACK （a）信号连接 （b）时序关系
图6.6
全互锁总线协定示意图
34
异步总线协定
• 全互锁方式
发送方 接收方 1. READY=1 2.接收数 据
10
三、总线的标准化和总线规范
三、总线的标准化和总线规范 1、总线标准化可以达到：
① 部件或模块的兼容性和互换性； ② 保护用户的投资，与总线兼容的模块仍可使用。
2、总线规范规定以下性能
⑴ 功能方面：规定总线的应用范围，目标，总线部件的构成、 性能，总线传输过程以及错误恢复等。 ⑵ 电气性能：规定在电气性能上的基本要求，如基本时序， 信号之间的延时要求等。 ⑶ 机械性能：规定了连接器的机械规范，如尺寸、插头大小、 形状等。 ⑷ 任选性能：描述了总线的选择实现的功能（不是必需的）。