第六章 总线技术

总线宽度 总线定时协定：同步、异步、半同步、分离式 总线传输率

例如某总线上进行8位存储器存取(每次总线操作 传送一个字节)，一个存取周期最快为3个总线时 钟周期(BCLK)，则当BCLK为8.33MHz时，其总线 传输率约为 1/(3/8.33M)=2.78M B/s

总线频宽
6.2总线判决和握手技术
常用的计算机总线－AGP

Accelerated Graphics Port加速图形端口
常用的计算机总线－ PCMCIA


PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 一般用于笔记本
作业

P276
1/2/3/4/5/6/9/10/11

控制简单，便于设计，传送速率较高

缺点


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
异步总线协定
发送方

全互锁方式 P239 图6.6
一个总线周期
1. READY=1
接收方 2.接收数据
3. ACK=1 4. READY=0 5. ACK=0
1. READY=1
分离式总线协定
主设备 从设备 读取数据期间， 交由其它设备使用 主设备 地址和命令 数据读入主设备 读出的数据 T
从设备
读出的数据 送上总线
主设备占用总线的时间
从设备占用总线的时间
常用的计算机总线－ISA

ISA: Industry Standard Architecture


8位/16位 62引脚/98引脚 主频：4.77M/6MHz

集中式仲裁（集中仲裁）

菊花链式 计数器定时查询 独立请求方式 二维判决方式

分散式仲裁（分布仲裁）
菊花链式查询方式
BG (Grant) BGI1 总线 仲裁器 C1 BR(Request) BB(Busy)
BGO1
BGI2 C2
BGO2
BGIn Cn
菊花链式查询方式
BG 总线 仲裁器
第6章 总线技术
6.1概述



总线：是在模块与模块之间，或者设备 与设备之间，传递信息、相互通信的一 组公用信号线，是系统在总线主控器(模 块或设备)的控制下，将发送器发出的信 息准确地传送给接收器的信号载体或通 路。 总线的特点在于共用性，同时挂接多个 模块或设备 专线：某两个模块或设备之间专用的信 号连线
常用的计算机总线－PCI


PCI: Peripheral Component Interconnect， 外部设备互联总线 主频：33M/66MHz 传输速率：133MBps/266MBps
常用的计算机总线－USB

Universal Serial Bus，通用串行总线 P&P,即插即用 速率从几K 到480Mbps
BGI1 C1
BGO1
BGI2 C2
BGO2
BGIn Cn
BR BB
菊花链式查询方式

优点

实现简单，三根控制线即可实现 便于增减总线上的设备：总线控制器的结构 与部件的数量无关 对电路故障敏感：串行线路 仲裁速度慢 优先级不能改变

缺点



其它几种查询方式

计数器定时查询方式（轮询判决） 独立请求方式(并行判决)
总线的优点




简化系统结构，便于系统的设计和制造 减少连线数目，便于机内布线，减小体 积，提高系统的可靠性 便于接口设计 便于系统的扩充 便于设备的软件设计 便于故障诊断和维修
总线上的信息传送方式


一般情况下，同一时刻，总线上最多只 能有一个模块发送信息 分时传送的机制，每个模块轮流使用 总线仲裁器 对比开会
Ready
T1 T2
T3
Tw
Tw
T4
T1
检查Ready信号,Ready=0时需要插入TW 状 态； Ready=1时结束TW 状态，进入T4状态
分离式总线协定
主设备 地址和命令 主设备 数据读入主设备 读出的数据 T 读出的数据 送上总线
从设备 读取数据
从设备
主设备占用总线的时间 从主控模块通过总线向从模块发出地址和读写命令开始，到整个传输 周期结束，总线完全是由该主控模块以及从模块占用。 但并非整个传输周期中总线都得到了充分利用。


总线的操作过程 总线使用权的分配 总线仲裁技术 总线传输握手技术

同步 异步 半同步 分离式
总线的操作过程

主设备


在获得总线控制权后，能启动数据的传输、发出地 址或读写控制命令并控制总线上的数据传送过程的 模块 CPU、DMA控制器、外围处理器 本身不具备总线控制能力，但能够对总线主设备提 出的数据请求做出响应，接受主设备发出的地址(并 进行译码)，和读写命令并执行相应的操作的模块 内存、I/O接口
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 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

缺点



半同步总线协定

使用WAIT或READY信号
＝0，表示存储器或I/O设备未准备就绪，需等待; ＝1，表示存储器或I/O设备已经就绪，可以传送数据

从设备


总线的操作过程

总线数据传输周期


总线请求和仲裁阶段 寻址阶段 数据传输阶段

主－从 从－从

结束阶段
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
总线使用权的分配


处理多个部件同时要求使用总线时引起 的总线冲突 令牌总线 冲突检测 总线仲裁

P237 图6.3 P237 图6.4

二维判决方式

总线传输握手技术


总线握手的作用是控制每个总线周期中 数据传输的开始和结束，以及整个总线 周期中的每个子周期的开始和结束。 四种定时协定：



同步总线协定 异步总线协定 半同步总线协定 分离式总线协定
同步总线协定


连接在总线上的所有部件均在统一的时钟信号 控制下进行数据的传递，各部件的传输周期固 定。 优点
令牌总线

不会出现总线冲突 只有获得令牌的设备才能够使用总线
设备1 设备2
令
设备4
设备3
冲突检测

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
设备1 仲裁器 设备2
设备4
设备3
总线仲裁技术
总线的分类

按照传输信息的性质分类

数据总线 地址总线 控制总线 基本信息总线 数据握手总线 判决总线 定时信号总线 电源信号总线

按照信号线的功能分类

ຫໍສະໝຸດ Baidu


总线的分类

按照层次位置分类



片内总线 片总线 系统总线 设备总线 局部总线

P231 图6.1
总线的性能指标
下一个总线周期
异步总线协定
发送方

半互锁方式
一个总线周期
1. READY=1
接收方 2.接收数据
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
发送方

非互锁方式
一个总线周期 4. READY=0
1. READY=1
接收方 2.接收数据
3. ACK=1