第六章系統(tǒng)總線主要內(nèi)容：(3)常見總線舉例難點：總線仲裁控制(2)總線技術(shù)(1)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)①總線仲裁控制②總線數(shù)據(jù)傳送③出錯處理④總線驅(qū)動總線的基本概念:6.1系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)互連結(jié)構(gòu)從分散結(jié)構(gòu)發(fā)展到總線結(jié)構(gòu)。計算機內(nèi)部進行信息交換，必須在部件之間構(gòu)筑通信線路，通常把連接各部件的通路的集合稱為互連結(jié)構(gòu)。總線是連接兩個或多個功能部件的一組共享的信息傳輸線，它的主要特征就是多個部件共享傳輸介質(zhì)；一個部件發(fā)出的信號可以被連接到總線上的其他所有部件所接收。(1)

物理特性：▲總線的物理特性是指總線在機械物理連接上的特性。包括：連線類型、數(shù)量、接插件的幾何尺寸和形狀以及引腳線的排列等?！鴱倪B線的類型來看，總線可分為電纜式、主板式和底板式。▲連線的數(shù)量來看，總線一般分為串行總線和并行總線。在并行傳輸總線中，按數(shù)據(jù)線的寬度分8位、16位、32位、64位總線等?！?/p>

總線的特性▲一般串行總線用于長距離的數(shù)據(jù)傳送，并行總線用于短距離的高速數(shù)據(jù)傳送。(2)電氣特性：▲總線的電氣特性是指總線的每一條信號線的信號傳遞方向、信號的有效電平范圍。△總線的電平表示方式有兩種：單端方式和差分方式。

在單端電平方式中，用一條信號線和一條公共接地線來傳遞信號；采用正邏輯。

差分電平方式采用一條信號線和一個參考電壓比較來互補傳輸信號，一般采用負邏輯。△

CPU發(fā)出的信號為輸出信號，送入CPU的信號為輸入信號?！?/p>

總線的特性(3)功能特性：

▲總線功能特性是指總線中每根傳輸線的功能。如地址線用來傳輸?shù)刂沸畔?，?shù)據(jù)線用來傳輸數(shù)據(jù)信息，控制線用來發(fā)出控制信息，不同的控制線其功能不同。(4)時間特性：

▲總線時間特性是指總線中任一根傳輸線在什么時間內(nèi)有效，以及每根線產(chǎn)生的信號之間的時序關(guān)系。用信號時序圖來說明?！?/p>

總線的特性6.1.1

總線的結(jié)構(gòu)與連接方式 有三類：內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和多機系統(tǒng)總線一、總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線是一組兩端帶有插頭，用扁平線構(gòu)成。地址線：用于選擇信息傳送的設(shè)備．數(shù)據(jù)線：用于在總線上的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)信息．控制線：用于實現(xiàn)對設(shè)備的控制和監(jiān)視功能．

典型的控制信號包括：時鐘（Clock）：用于總線同步。復(fù)位（Reset）：初始化所有設(shè)備。總線請求（BusRequest）：表明發(fā)出該請求信號的設(shè)備要使用總線?？偩€允許（BusGrant）：表明接收到該允許信號的設(shè)備可以使用總線。中斷請求（InterruptRequest）：表明某個中斷正在請求。中斷回答（InterruptAcknowledge）：表明某個中斷請求已被接受。存儲器讀（MemoryRead）：從指定的主存單元中讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線上。存儲器寫（MemoryWrite）：將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到指定的主存單元中。I/O讀（I/ORead）：從指定的I/O端口中讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線上。I/O寫（I/OWrite）：將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫到指定的I/O端口中。傳輸確認（TransferACK）：表示數(shù)據(jù)已被接收或已被送到總線上。二、總線的連接方式(根據(jù)連接方式不同，單機系統(tǒng)中采用的總線結(jié)構(gòu)有①單總線結(jié)構(gòu)；②雙總線結(jié)構(gòu)；③三總線結(jié)構(gòu)3種基本類型.

在許多微小型計算機中，使用一條單一的系統(tǒng)總線來連接CPU、主存和I/O設(shè)備，叫做單總線結(jié)構(gòu)。1.單總線結(jié)構(gòu) ①采用統(tǒng)一編址法，指令系統(tǒng)簡單，使用靈活，易擴充。②主存實際空間小于地址空間，速度慢。適用于小型或微型計算機的系統(tǒng)總線。此時要求連接到總線上的邏輯部件必須高速運行，以便在某些設(shè)備需要使用總線時能迅速獲得總線控制權(quán)；而當不再使用總線時，能迅速放棄總線控制權(quán)。否則，一條總線由多種部件共用，可能導(dǎo)致很大的時間延遲。在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲總線，使CPU可通過專用總線與存儲器交換信息，并減輕了系統(tǒng)總線的負擔(dān)，同時主存仍可通過系統(tǒng)總線與外設(shè)之間實現(xiàn)DMA操作，而不必經(jīng)過CPU。當前高檔微型機中廣泛采用這種總線結(jié)構(gòu)。2.雙總線結(jié)構(gòu) 3.三總線結(jié)構(gòu)是在雙總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加I/O總線形成的。其中：系統(tǒng)總線是CPU、內(nèi)存和通道（IOP）進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，I/O總線是多個外部設(shè)備與通道之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。三總線系統(tǒng)通常用于中、大型計算機中。三、總線結(jié)構(gòu)對計算機系統(tǒng)性能的影響1、最大存儲容量

在單總線系統(tǒng)中，最大主存容量必須小于由計算機字長所決定的可能的地址總數(shù)。（因為設(shè)備統(tǒng)一編址）在雙總線系統(tǒng)中，對主存和外設(shè)進行存取的判斷是利用各自的指令操作碼。由于主存地址和外設(shè)地址出現(xiàn)于不同的總線上，所以存儲容量不會受到外圍設(shè)備多少的影響。2、指令系統(tǒng)

在雙總線系統(tǒng)中，CPU對存儲總線和系統(tǒng)總線必須有不同的指令系統(tǒng)。（訪問內(nèi)存操作和I/O操作各有不同的指令）在單總線系統(tǒng)中，訪問主存和I/O傳送可使用相同的操作碼，使用相同的指令，但它們使用不同的地址。計算機系統(tǒng)的吞吐量：是指流入、處理和流出系統(tǒng)的信息的速率。它取決于CPU把指令、數(shù)據(jù)從內(nèi)存取出或存入的速度以及把結(jié)果從內(nèi)存送到一臺外圍設(shè)備的速度。由于上述原因，采用雙端口存儲器可以增加主存的有效速度。因為如果把每個端口連到不同的內(nèi)存總線上，那么內(nèi)存可以在同一時間內(nèi)對每個端口完成讀/寫操作。在三總線結(jié)構(gòu)中，由于將CPU的一部分功能下放給通道，由通道對外圍設(shè)備統(tǒng)一管理并實現(xiàn)外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送，因而其吞吐能力比單總線結(jié)構(gòu)強得多。

3、吞吐量一、信息的傳送方式

計算機系統(tǒng)中，信息傳輸基本有四種方式：串行傳送、并行傳送、并串行傳送和分時傳送。但是出于速度和效率上的考慮，系統(tǒng)總線上傳送信息時，通常采用并行傳送方式。在一些微型計算機或單片機中，由于CPU引腳數(shù)的限制，系統(tǒng)總線傳送信息時，采用的是并串行方式或分時方式。6.1.2總線接口1、串行傳送當信息以串行方式傳送時，只有一條傳輸線，且采用脈沖傳送。在串行傳送時，按順序來傳送表示一個數(shù)碼的所有二進制位(bit)的脈沖信號，每次一位。通常以第一個脈沖信號表示數(shù)碼的最低有效位，最后一個脈沖信號表示數(shù)碼的最高有效位。規(guī)定有脈沖表示二進制“1”，無脈沖表示二進制“0”。假定串行數(shù)據(jù)是由“位時間”組成的，那么傳送8個比特需要8個位時間。例如，如果接受設(shè)備在第一個位時間和第三個位時間接受到一個脈沖，而其余的6個位時間沒有收到脈沖，那么就會知道所收到的二進制信息是00000101。注意，串行傳送時低位在前，高位在后。在串行傳送時，被傳送的數(shù)據(jù)需要在發(fā)送部件進行并——串變換，這稱為拆卸；而在接收部件又需要進行串——并變換，這稱為裝配。該方式的主要優(yōu)點：是只需要一條傳輸線。這一點對長距離傳輸顯得特別重要，不管傳送的數(shù)據(jù)量有多少，只需要一條傳輸線，成本比較低廉。指定一個二進制位在傳輸線上占用的時間長度。是為了確定連續(xù)傳送了多少個“0”。2、并行傳送用并行方式傳送二進制信息時，對每個數(shù)據(jù)位都需要單獨一條傳輸線。信息有多少二進制位組成，就需要多少條傳輸線，從而使得二進制數(shù)“0”或“1”在不同的線上同時進行傳送。并行傳送一般采用電位傳送。由于所有的位同時被傳送，所以并行數(shù)據(jù)傳送比串行數(shù)據(jù)傳送快得多。3、并串行傳送發(fā)送部件接收部件低8位低8位高8位高8位4、分時傳送分時傳送有兩種概念。一是采用總線復(fù)用方式，某個傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息。為此必須劃分時間片，以便在不同的時間間隔中完成傳送地址和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。分時傳送的另一種概念是共享總線的部件分時使用總線。二、接口的基本概念

接口是指CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備、或兩種外圍設(shè)備、或兩種機器設(shè)備之間通過總線進行連接的邏輯部件。起“轉(zhuǎn)換器”的作用CPU接口外圍設(shè)備地址線數(shù)據(jù)線控制線狀態(tài)接口典型功能：①控制：接口靠程序的指令信息來控制外圍設(shè)備動作，如啟動、關(guān)閉設(shè)備等。②緩沖：接口在外圍設(shè)備和計算機系統(tǒng)的其他部件之間用作為一個緩沖器，以補償各種設(shè)備在速度上的差異

③狀態(tài)監(jiān)視：接口監(jiān)視外圍設(shè)備的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。接口典型功能：④轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式：接口在外圍設(shè)備和計算機系統(tǒng)其他部件之間用作為一個緩沖器，以補償各種設(shè)備在速度上的差異。

⑤整理:

接口可以完成一些特別的功能，例如在需要時可以修改字計數(shù)器或當前內(nèi)存地址寄存器。⑥程序中斷：每當外圍設(shè)備向CPU請求某種動作時，接口即發(fā)生一個中斷請求信號到CPU。主要內(nèi)容：1、串行通信的優(yōu)點2、傳送編碼3、通信方式4、串行傳送中幾個問題三、串行通信與數(shù)據(jù)接口三、串行通信與數(shù)據(jù)接口1、串行通信的優(yōu)點串行傳送可以大大減少傳送線，從而大大的降低成本。但是串行傳送的速度慢，若并行傳送所需的時間為t，則串行傳送的時間至少為nt（其中n為位數(shù)）。2、傳送編碼在計算機中，數(shù)和字符等都是以一定的編碼表示的。編碼的種類很多，常用的主要有：①擴展的BCD交換碼EBCDIC（ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode），這是一種8b編碼，通常用在同步通信中。②美國標準信息交換碼ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。3、通信方式在串行通信中，有２種最基本的通信方式。1）異步通信ASYNC（AsynchronousDataCommunication）它用一個起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束構(gòu)成一幀，如圖6.7所示。起始位占用一位，字符編碼為7位（ASCII）碼，第8位為奇、偶校驗位，加上這一位使字符中為“1”的位為奇數(shù)（或偶數(shù)），停止位可以是一位、一位半或兩位。于是一個字符就由10b或10.5b或11b構(gòu)成。用這樣的方式表示字符時，字符可以一個接著一個地傳送。三、串行通信與數(shù)據(jù)接口在異步數(shù)據(jù)傳送中，CPU與外設(shè)之間必須遵循如下二項規(guī)定。①字符格式。這是對字符的編碼方式，奇偶校驗方式以及起始位和停止位的規(guī)定形式。例如用ASCII編碼，字符為七位，加上一個偶校驗位，一個起始位，以及一個停止位。形成一個10b的字符格式。②波特率（Baudrate）波特率即數(shù)據(jù)傳送的速率，它對于CPU與外界的通信是很重要的。波特率也是衡量傳輸通道頻寬的指標。假如數(shù)據(jù)傳送的速率是120字符/s，而每一個字符字符格式為10b，則傳送的波特率為

10×120=1200b/s=1200Baud

每一位的傳送時間為波特率的倒數(shù)：

Td=1/1200=0.833ms2)同步傳送（ＳＹＮＣ）在異步傳送中，每一個字符要用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束的標志，占用了時間，所以，在數(shù)據(jù)塊傳送時，為了提高速度，就去掉這些標志，采用同步傳送的方式。此方式在數(shù)據(jù)塊開始處要用同步字符來指示，如圖6.8所示。發(fā)送設(shè)備在發(fā)送的數(shù)據(jù)前面要先發(fā)送同步字符，接收設(shè)備在收到同步字符后就以與發(fā)送設(shè)備相同的時鐘來接收數(shù)據(jù)塊，從而達到快速數(shù)據(jù)傳送的目的。同步傳送的速度高于異步傳送速度，可達上兆波特。但它要求用時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故而硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。4、串行傳送中的幾個問題

1)數(shù)據(jù)傳送方向

①半雙工（HalfDuplex）—如圖6.9所示，每次只能有一個站發(fā)送，即只能是由A發(fā)送到B，或是由B發(fā)送到A，不能A和B同時發(fā)送。②完全雙工（FullDuplex）—如圖6.10所示。兩個站可同時發(fā)送和接收。2)信號的調(diào)制和解調(diào)計算機的通信是一種數(shù)字信號的通信。計算機的通信要求傳送線的頻段很寬，而在長距離通信中，通常利用電話線來傳送。

所以，要用調(diào)制器（Modulator）把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號進行傳送；接收時用解調(diào)器（Demodulator）檢測此模擬信號，再把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如圖6.14所示。

頻移鍵控法FSK（FrequencyShiftKeying），是一種常用的調(diào)制方法：它把數(shù)字信號的“1”與“0”調(diào)制成不同頻率（易于鑒別）的模擬信號，其原理如圖6.15所示。兩個不同頻率的模擬信號，分別由電子開關(guān)控制，在運算放大器的輸入端相加，而電子開關(guān)由要傳輸?shù)臄?shù)字信號（即數(shù)據(jù)）控制。當信號為“1”時，控制上面的電子開關(guān)導(dǎo)通，送出一串頻率較高的模擬信號；當信號為“0”時，控制下面的電子開關(guān)導(dǎo)通，送出一串頻率較低的模擬信號。于是在運算放大器的輸出端，就得到了調(diào)制后的信號。四、Intel8251A可編程通信接口（1）基本性能①可用于同步或異步傳送。②同步傳送，5～8b字符，內(nèi)部或外部字符同步化，自動插入同步字符。③異步傳送，5～8b字符，時鐘速率為通信波特率的1、16或64倍。④可產(chǎn)生中止字符，可產(chǎn)生1、1.5或2b的停止位?？蓹z查假啟動位。自動檢測和處理中止字符。⑤波特率：DC—19.2Kb（異步）；DC—64Kb（同步）。⑥完全雙工，雙緩沖器發(fā)送和接收器。⑦誤差檢測，具有奇偶、溢出和幀錯誤等檢測電路。（2）8251的結(jié)構(gòu)整個8251可以分成五個主要部分：接收器、發(fā)送器、調(diào)制控制、讀寫/控制以及I/O緩沖器。I/O緩沖器由狀態(tài)緩沖器、發(fā)送數(shù)據(jù)/命令緩沖器和接收數(shù)據(jù)緩沖器三部分組成。8251的內(nèi)部由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)相互之間的通信。

1)接收器接收器接收由RxD腳輸入的串行數(shù)據(jù)，并按規(guī)定的格式把它轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存放在接收數(shù)據(jù)緩沖器中。

2)發(fā)送器發(fā)送器接收CPU送來的并行數(shù)據(jù)，將它加上起始位、奇偶校驗位和停止位，然后由TxD腳發(fā)送。五、并行數(shù)據(jù)接口通常并行數(shù)據(jù)接口應(yīng)具有以下功能：①有兩個或兩個以上的具有輸入和輸出數(shù)據(jù)的緩沖器或鎖存器的數(shù)據(jù)端口，可以和CPU的數(shù)據(jù)總線相連接。②每個數(shù)據(jù)端口都有與CPU用應(yīng)答方式交換數(shù)據(jù)所需的狀態(tài)信號和控制信號。具有保存控制字的控制寄存器。CPU可通過用戶程序?qū)⒖刂谱炙偷娇刂萍拇嫫鳎钔鈬O(shè)備執(zhí)行不同的功能。③具有控制外圍設(shè)備的控制和定時信號。（1）數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器可以有兩個或多個。它們既可以作為輸入數(shù)據(jù)寄存器，也可以作為輸出數(shù)據(jù)寄存器，這由方向寄存器來控制。每個數(shù)據(jù)緩沖器，可以接到由多條傳輸線組成的雙向數(shù)據(jù)總線上去，在微型機中，通常把一個數(shù)據(jù)緩沖器稱為一個端口。（2）控制緩沖器控制緩沖器用來作為存放控制字的控制寄存器，并且決定外圍設(shè)備的工作方式。（3）多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器實際上是一個多路開關(guān)，通過多路轉(zhuǎn)換器，兩個或多個數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)接到CPU的數(shù)據(jù)總線上去。（4）控制邏輯控制邏輯用來發(fā)出和接收各種控制信號，其中包括外圍設(shè)備的工作狀態(tài)信號。集中控制分散控制鏈式查詢方式計數(shù)器定時查詢方式獨立請求方式總線的通信同步通信異步通信總線的控制自舉分布式裁決沖突檢測分布式裁決并行競爭分布式裁決6.2

總線的控制與通信6.2

總線的控制與通信連接到總線上的功能模塊有主動和被動兩種形態(tài)。為了解決多個主設(shè)備同時競爭總線控制權(quán)，必須具有總線仲裁部件，以某種方式選擇其中一個主設(shè)備作為總線的下一次主方。對多個主設(shè)備提出的占用總線請求，一般采用優(yōu)先級或公平策略進行仲裁。按照總線仲裁電路的位置不同，仲裁方式分為集中式仲裁和分布式仲裁兩類。6.2.1總線的控制集中式裁決方式是將控制邏輯做在一個專門的總線控制器或總線裁決器中，將所有的總線請求集中起來，利用一個特定的裁決算法進行裁決。集中式控制是三總線、雙總線和單總線結(jié)構(gòu)機器中主要采用的方式，它主要有以下３種控制方式：①鏈式查詢方式；②計數(shù)器定時查詢方式；③獨立請求方式。一、集中式仲裁

1、鏈式查詢方式▲優(yōu)先級由主控設(shè)備在總線上的位置來決定，要求擁有總線使用權(quán)的高優(yōu)先級設(shè)備簡單地攔截總線允許信號，不讓其更低級的設(shè)備收到該信號。▲優(yōu)點是簡單，只需很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線裁決，而且易擴充設(shè)備。▲缺點是不能保證公正性，也即一個低優(yōu)先級請求可能永遠得不到允許；

對電路故障較敏感，一個設(shè)備的故障會影響到后面設(shè)備的操作；

菊花鏈的使用也限制了總線速度。鏈式查詢方式BS:總線忙信號BR:總線請求信號線BG:總線授權(quán)信號

BG

數(shù)據(jù)線

地址線

總線控制部件

設(shè)備0

設(shè)備1

設(shè)備n

……

BR

BS

2、計數(shù)器定時查詢方式▲此方案比鏈式查詢方式多了一組設(shè)備線，少了一根總線允許線BG?！偩€請求的設(shè)備號與計數(shù)值一致時，該設(shè)備便獲得總線使用權(quán)，此時終止計數(shù)查詢，同時該設(shè)備建立總線忙BS信號?！O(shè)備的優(yōu)先級通過設(shè)置不同的計數(shù)初始值來改變

計數(shù)總是從0開始，此時設(shè)備的優(yōu)先次序是固定的；

計數(shù)的初值總是上次得到控制權(quán)設(shè)備的設(shè)備號，那么所有設(shè)備的優(yōu)先級是相等的，是循環(huán)優(yōu)先級方式?！嫈?shù)器定時查詢方式具有靈活的優(yōu)先級，它對電路故障也不如菊花鏈查詢那樣敏感。這種方式增加了一組設(shè)備線，每個設(shè)備要對設(shè)備線的信號進行譯碼處理，因而控制也變復(fù)雜了。計數(shù)器定時查詢方式3、獨立請求方式▲這種方案使用一個中心裁決器從請求總線的一組設(shè)備中選擇一個?！總€設(shè)備都有一對總線請求線BRi和總線允許線BGi▲總線控制器可以給各個請求線以固定的優(yōu)先級，也可以設(shè)置可編程的優(yōu)先級。

裁決算法由硬件來實現(xiàn)，可采用固定的并行判優(yōu)算法、平等的循環(huán)菊花鏈算法、動態(tài)優(yōu)先級算法（如：最近最少用算法、先來先服務(wù)算法）等。獨立請求方式BR:總線請求信號線BG:總線授權(quán)信號

獨立請求方式的優(yōu)缺點：②控制邏輯很復(fù)雜，控制線數(shù)量多。③若n表示允許掛接的最大設(shè)備數(shù)，三種裁決方式所需裁決線分別為：2根、log2n根、2n根。①響應(yīng)速度快，若是可編程的總線控制器，優(yōu)先級設(shè)置靈活。

分布式的裁決方式，沒有專門的總線控制器，其控制邏輯分散在各個部件或設(shè)備中。(1)自舉分布式裁決(2)沖突檢測分布式裁決(3)并行競爭分布式裁決二、分布式裁決方式▲使用多個請求線，不需要中心裁決器，每個設(shè)備獨立地決定自己是否是最高優(yōu)先級請求者。▲

BR0為總線忙信號線，BRi為設(shè)備i的總線請求線。BR0

設(shè)備0

設(shè)備1設(shè)備3BR1BR2設(shè)備2BR3自舉分布式裁決(1)自舉分布式裁決▲一般優(yōu)先級是固定的

總線裁決期間每個設(shè)備將有關(guān)請求線上的信號合成后取回分析，根據(jù)這些請求信號確定自己能否擁有總線控制權(quán)。

▲這種方案需要較多的連線用于請求信號，所以，許多總線用數(shù)據(jù)線DB作為總線請求線。

每個設(shè)備通過取回的合成信息能夠檢測出其他設(shè)備是否發(fā)出了總線請求。

NuBus是在MacintoshII

中的底板式總線，就采用該方案；SCSI總線也采用該方案。▲這種方案中，每個設(shè)備獨立地請求總線，多個同時使用總線的設(shè)備會產(chǎn)生沖突，這時沖突被檢測到，按照某種策略在沖突的各方選擇一個設(shè)備。▲當沖突發(fā)生時，兩個設(shè)備都會停止傳輸，延遲一個隨機時間后再重新使用總線。▲這種方案一般用在網(wǎng)絡(luò)通信總線上。(2)沖突檢測分布式裁決

▲需要使用總線的主控設(shè)備把自己的仲裁號發(fā)送到仲裁線上，每個設(shè)備根據(jù)并行競爭算法決定在一定時間以后占用總線還是撤銷仲裁號。

▲并行競爭方式與自舉分布式裁決算法比較，它可以用很少的裁決線掛接大量的設(shè)備。

例如，假定是８位仲裁號，自舉分布式裁決只能表示8個優(yōu)先級；這種方式可以表示256個優(yōu)先級，仲裁號為255的設(shè)備優(yōu)先級最高，而０最低。

Futurebus+總線標準使用這種裁決方案。(3)并行競爭分布式裁決厎cn7cn6cn0比較得勝仲裁號AB7AB6AB0總線仲裁線設(shè)備并行競爭分布式裁決▲下圖是總線中有８根仲裁線AB0～AB7例子▲兩個設(shè)備同時要求使用總線，仲裁號分別是00000101和00001010；最終留在仲裁線上的號為00001010。裁決號1裁決號2裁決線電平裁決線邏輯00000101高高高高高高高高00001010高高高高低高低高高高高高低高低高00001010cnABABcn并行競爭裁決邏輯舉例分析結(jié)果▲選擇不同裁決方案的因素包括：

總線在I/O設(shè)備的數(shù)量和總線長度的可擴充性方面如何？

總線裁決應(yīng)該多快？

需要什么程度的公正性等。6.2.2總線的通信當共享總線的部件獲得總線使用權(quán)后，就開始傳送信息，即進行通信。通信方式是實現(xiàn)總線控制和數(shù)據(jù)傳送的手段，通常分為同步通信和異步通信兩種?？偩€的一次信息傳送過程，大致可分為如下五個階段：請求總線，總線仲裁，尋址(目的地址)，信息傳送，狀態(tài)返回(或錯誤報告)為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時協(xié)議。定時：事件出現(xiàn)在總線上的時序關(guān)系?？偩€的定時一、同步通信總線上的部件通過總線進行信息傳送時，用一個公共的時鐘信號來實現(xiàn)同步運行，這種方式稱為同步通信（無應(yīng)答通信）。這個公共的時鐘可以由CPU總線控制部件發(fā)送到每一個部件（設(shè)備），也可以讓每個部件有各自的時鐘發(fā)生器，然而它們都必須由總線控制部件發(fā)出的時鐘信號進行同步。由于采用了公共時鐘，每個部件什么時候發(fā)送和接收信息都由統(tǒng)一的時鐘規(guī)定，因此，同步通信具有較高的傳輸頻率。同步通信適用于總線長度較短、各部件存取時間比較接近的情況。這是因為：同步方式對任何兩個設(shè)備之間的通信都給予同樣的時間安排。就總線的長度來講，必須按距離最長的兩個設(shè)備的傳輸延遲來設(shè)計公共時間，但是總線長了勢必降低傳輸頻率。同步總線必須按最慢的部件設(shè)計公共時鐘，如果各部件存取時間相差很大，則會大大損失總線效率?！娇偩€有兩個缺點：

第一，在總線上的每個設(shè)備必須以同樣的時鐘速率進行工作；

▲處理器-主存總線一般都是同步的，因為通信的設(shè)備靠得很近，而且數(shù)量又少。

第二，由于時鐘偏移問題，同步總線如果要快的話就不能很長。二、異步通信▲為了協(xié)調(diào)在發(fā)送和接收者之間的數(shù)據(jù)傳送，一個異步總線必須使用一種握手協(xié)議。

握手協(xié)議由一系列步驟組成，在每一步中，只有當雙方都同意時，發(fā)送者或接收者才會進入到下一步;

協(xié)議是通過一組附加的控制線來實現(xiàn)的。異步通信允許總線上的各部件有各自的時鐘，在部件之間進行通信時沒有公共的時間標準，而是靠發(fā)送信息時同時發(fā)出本設(shè)備的時間標志信號，用“應(yīng)答方式”來進行通信。

(1)ReadReq

(讀請求)：用于指示一個讀請求，假定在送出該信號時,地址同時被放到地址線上；

(3)Ack（回答）：用于回答另一方送過來的ReadReq或Ready信號。

在一個I/O讀事務(wù)中，該信號將由I/O設(shè)備驅(qū)動有效，因為是I/O設(shè)備提供數(shù)據(jù)。

在一個存儲器讀事務(wù)中，該信號將由存儲器驅(qū)動有效，因為是存儲器提供數(shù)據(jù)；

(2)Ready(數(shù)據(jù)就緒)：用于指示數(shù)據(jù)字已在數(shù)據(jù)線上準備好。例：考慮一個設(shè)備請求從存儲器中讀一個字。

△假定存在以下三個控制線。

異步通信協(xié)議△異步通信協(xié)議示意圖；主設(shè)備從存儲器中讀一個字。存儲器接收到ReadReq信號后，就從地址線上讀取地址信息，然后送出Ack信號，表示它已接受了讀請求和地址信息。②主設(shè)備收到Ack信號后，就釋放ReadReq信號和地址線。存儲器發(fā)現(xiàn)ReadReq信號被釋放后，就跟著也降下Ack信號④當存儲器完成數(shù)據(jù)的讀出后，就將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)線上，并送出數(shù)據(jù)就緒信號Ready。⑤

主設(shè)備接收到存儲器送出的Ready信號后，就從數(shù)據(jù)線上開始讀，并送出回答信號Ack，告訴存儲器數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀。存儲器接收到Ack信號后，就得知數(shù)據(jù)已被成功地讀取。此時它就降下Ready信號，并釋放數(shù)據(jù)線。⑦主設(shè)備發(fā)現(xiàn)Ready線降下后，也就跟著降下回答信號Ack。

又一次握手過程完成。在這個過程中完成了一次數(shù)據(jù)信息的交換存儲器接收到ReadReq信號后，就從地址線上讀取地址信息，然后送出Ack信號，表示它已接受了讀請求和地址信息。主設(shè)備收到Ack信號后，就釋放ReadReq信號和地址線。存儲器發(fā)現(xiàn)ReadReq信號被釋放后，就跟著也降下Ack信號④當存儲器完成數(shù)據(jù)的讀出后，就將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)線上，并送出數(shù)據(jù)就緒信號Ready。⑤

主設(shè)備接收到存儲器送出的Ready信號后，就從數(shù)據(jù)線上開始讀，并送出回答信號Ack，告訴存儲器數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀。存儲器接收到Ack信號后，就得知數(shù)據(jù)已被成功地讀取。此時它就降下Ready信號，并釋放數(shù)據(jù)線。⑦主設(shè)備發(fā)現(xiàn)Ready線降下后，也就跟著降下回答信號Ack。

又一次握手過程完成。在這個過程中完成了一次數(shù)據(jù)信息的交換

根據(jù)握手信號的相互作用方式，異步通信有非互鎖、半互鎖和全互鎖三種可能的方式。ReadyAck(a)非互鎖方式(b)半互鎖方式(c)全互鎖方式ReadyAckReadyAck異步通信的三種互鎖方式異步定時的優(yōu)點：是總線周期長度可變，不把響應(yīng)時間強加到功能模塊上，因而允許快速和慢速的功能模塊都能連接到同一總線上。但這以增加總線的復(fù)雜性和成本為代價。6.3常用總線舉例6.3.1總線結(jié)構(gòu)類型6.3.2標準接口類型1．ISA/EISA/MCA/VESA總線ISA(IndustryStandardArchitecture)：是IBM公司為286/AT電腦制定的總線工業(yè)標準，也稱為AT標準。ISA總線的影響非常大，直到現(xiàn)在還有大量ISA總線設(shè)備在使用，大多數(shù)主板也保留了ISA總線的插槽。EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture)

：是EISA集團(由Compaq、HP、AST等組成)專為32bCPU設(shè)計的總線擴展工業(yè)標準，它是ISA總線的擴展，既可連接ISA設(shè)備，也可連接EISA設(shè)備。目前微型機上均保留了EISA總線插槽。6.3.1總線結(jié)構(gòu)類型

1.ISA/EISA/MCA/VESA總線MCA(MicroChannelArchitecture)：是IBM公司為PS/2微型機系統(tǒng)開發(fā)的微通道總線結(jié)構(gòu)。VESA(VideoElectronicsStandardsAssociation)：是VESA組織(由IBM、Compaq等發(fā)起，有120多家公司參加)按LocalBus(局部總線)標準設(shè)計的一種開放性總線，但成本較高，只是適用于486的一種過渡標準，目前已經(jīng)淘汰。2.PCI總線PCI總線是一種不依附于某個具體處理器的局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，需要時，具體由一個橋接電路來實現(xiàn)對這一層的智能設(shè)備取得總線控制權(quán)，以加速數(shù)據(jù)傳輸管理。

3．AGP總線Intel公司開發(fā)了AGP(AcceleratedGraphicsPort，圖形加速端口)標準，主要目的就是要大幅提高微型機的圖形尤其是3D圖形的處理能力。由于AGP總線將顯示卡同主板芯片組直接相連進行點對點傳輸，大幅提高了微型機對3D圖形的處理能力，也將原先占用的大量PCI帶寬資源留給了其他PCI接口卡。連接在AGP總線插槽上的AGP顯示接口卡，其視頻信號的傳送速率可以從PCI總線的133MB/s提高到533MB/s。

3．AGP總線AGP的工作頻率為66.6MHz，是現(xiàn)行PCI總線的二倍，還可以提高到133MHz或更高，傳送速率則會達到1GB/s以上。AGP的實現(xiàn)依賴兩個方面，一是支持AGP的芯片組/主板，二是AGP顯示接口卡。PCI總線的傳輸速度只能達到132MB/s，而AGP總線則能達到528MB/s，四倍于前者。有了如此快的傳輸速度，自然使圖形顯示（特別是3D圖形）的性能有了極大的提高，從而使微型機在圖形處理方面又向前邁了一大步，也使得讓微型機達到3D圖形工作站性能的夢想成為了現(xiàn)實。1．IDE/EIDE接口－１IDE的原文是IntegratedDeviceElectronics，即集成設(shè)備電子部件。它是由Compaq公司開發(fā)并由WesternDigital公司生產(chǎn)的磁盤控制器接口。IDE采用了40線的單組電纜連接。由于把磁盤控制器集成到驅(qū)動器之中，磁盤接口卡就變得十分簡單，現(xiàn)在的微機系統(tǒng)中已不再使用磁盤接口卡，而把磁盤接口電路集成到系統(tǒng)主板上，并留有專門的IDE連接器插口。IDE由于具有多種優(yōu)點，且成本低廉，在個人微機系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。6.3.2標準接口類型1.IDE/EIDE接口－２增強型IDE(EnhancedIDE)是WesternDigital為取代IDE而開發(fā)的磁盤機接口標準。在采用EIDE接口的微機系統(tǒng)中，EIDE接口已直接集成在主板上，因此，不必再購買單獨的接口卡。與IDE相比，EIDE具有支持大容量硬盤、可連接四臺EIDE設(shè)備、有更高數(shù)據(jù)傳輸速率（13.3MB/s以上）等幾方面的特點。為了支持大容量硬盤，EIDE支持三種硬盤工作模式：NORMAL、LBA和LARGE模式。2.UltraDMA33和UltraDMA66接口－１在ATA－2標準推出之后，SFFC又推出了ATA－3標準。ATA－3標準的主要特點是提高了ATA－2的安全性和可靠性。ATA－3本身并沒有定義更高的傳輸模式。此外，ATA標準本身只支持硬盤，為此SFFC將推出ATA－4標準，該標準將集成ATA－3和ATAPI，并且支持更高的傳輸模式。在ATA－4標準沒有正式推出之前，作為一個過渡性的標準，Quantum和Intel推出了UltraATA(UltraDMA)標準。2．UltraDMA33和UltraDMA66接口－２UltraATA的第一個標準是UltraDMA33(簡稱UDMA33)，也有人把它稱為ATA－3。符合該標準的主板和硬盤早在1997年便已經(jīng)投放市場，目前幾乎所有的主板及硬盤都支持該標準。

UltraATA的第二個標準是UltraDMA66（或者UltraATA－66）是由Quantum和Intel在1998年2月份提出的最新標準。UltraDMA66進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸率，突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率在理論上可達66.6MB/s。并且采用了新型的CRC循環(huán)冗余校驗，進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕挠?0針的排線(保留了與現(xiàn)有的微機兼容的40針排線，增加了40條地線)，以保證在高速數(shù)據(jù)傳輸中降低相鄰信號線間的干擾。3.IEEE1394接口IEEE1394是一種串行接口標準，這種接口標準允許把微機、微機外部設(shè)備、各種家電非常簡單地連接在一起。從IEEE1394可以連接多種不同外設(shè)的功能特點來看，也可以稱為總線，即一種連接外部設(shè)備的機外總線。IEEE1394的原型是運行在AppleMac微機上的FireWire(火線)，由IEEE采用并且重新進行了規(guī)范。它定義了數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)定及連接系統(tǒng)，可用較低的成本達到較高的性能，以增強微機與外設(shè)如硬盤、打印機、掃描儀，與消費性電子產(chǎn)品如數(shù)碼相機、DVD播放機、視頻電話等的連接能力。由于要求相應(yīng)的外部設(shè)備也具有IEEE1394接口功能才能連接到IEEE1394總線上，所以，直到1995年第3季度Sony推出的數(shù)碼攝像機加上了IEEE1394接口后，IEEE1394才真正的得到了應(yīng)用。4．DeviceBayDeviceBay是由Microsoft、Intel和Compaq公司共同開發(fā)的標準，這一技術(shù)可讓所有設(shè)備協(xié)同運作，包括CD－ROM、DVD－ROM、磁帶、硬盤驅(qū)動器以及各種符合IEEE1394的設(shè)備。5．SCSI接口SCSI的原文是SmallComputerSystemInterface，即小型計算機系統(tǒng)接口。SCSI也是系統(tǒng)級接口，可與各種采用SCSI接口標準的外部設(shè)備相連，如硬盤驅(qū)動器、掃描儀、光驅(qū)、打印機和磁帶驅(qū)動器等。采用SCSI標準的這些外設(shè)本身必須配有相應(yīng)的外設(shè)控制器。6．USB接口－１USB(UniversalSerialBus)接口的提出是基于采用通用連接技術(shù)，實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展微機連接外設(shè)的范圍的目的。目前微機中幾乎每個設(shè)備都有它自己的一套連接設(shè)備。外設(shè)接口的規(guī)格不一，有限的接口數(shù)量，已無法滿足眾多外設(shè)連接的迫切需要。解決這一問題的關(guān)鍵是，提供設(shè)備的共享接口來解決微機與周邊設(shè)備的通用連接。6．USB接口－２USB(UniversalSerialBus)通用串行總線是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NT(北方電訊)七大公司共同推出新一代的主機與外設(shè)的I/O接口標準。USB提供機箱外的熱插拔即用連接，連接外設(shè)不必再打開機箱，也不必關(guān)閉主機電源。USB采用“級聯(lián)”方式，即每個USB設(shè)備用一個USB插頭連接到一個外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個USB插座供下一個USB外設(shè)連接用。6．USB接口－３使用USB時，新增加的外設(shè)可以直接與系統(tǒng)單元上的端口相連，或者與集線器相連。每個集線器提供7個USB設(shè)備的插口，可以將其他的集線器插入與系統(tǒng)相連的