微机原理与接口技术 总线技术.ppt

第十章 总线 第一节 概述 一、总线的概念 总线是连接计算机有关部件的一组信号线，是 计算机中用来传送信息代码的公共通道。 面向总线的结构主要有以下优点： ① 简化了系统结构，便于系统设计制造； ② 大大减少了连线数目，便于布线，减小体积， 提高系统的可靠性； ③ 便于接口设计，所有与总线连接的设备均采 用类似的接口； ④ 便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实 现系统的模块化； ⑤ 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； ⑥ 便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。 总线的逻辑电路有些是三态的，即输出电平有 三种状态：逻辑“0”，逻辑“1”和“高阻”态。 二、总线的分类 总线可以按其功能、性能和级别分类。 1、按传输信号的性质分类 总线按其信号线上传输的信息性质可分为三组： ① 数据总线，一般情况下是双向总线； ② 地址总线，单向总线，是微处理器或其他主 设备发出的地址信号线； ③ 控制总线，微处理器与存储器或接口等之间 控制信号。通常这部份线的含义和特性最复杂。 2、按照信号的功能分类 ① 基本信息总线，包括地址线、数据线及内存 和I/O的读写控制信号线等。 ② 数据握手总线，又称联络总线，是控制启动 和停止总线操作、实现数据传送同步的信号线， 是为保证总线上能容纳各种存取速度的设备而设 计的信号线。 ③ 判决总线，包括总线判决（总线请求、总线 确认线）和中断判决线（中断请求线、中断响应 线）等。 ④ 定时信号总线，包括时钟信号线、复位信号 线等。 ⑤ 电源信号总线，包括电源线和地线。 3、按照层次位置分类 如图10. 1所示，为计算机按照层次位置分类的 总线示意图。 ① 片内总线：片内总线位于微处理器或I/O芯片 内部。 ② 片总线（元件级总线、芯片总线）：用于单 板计算机或一块CPU插件板的电路板内部，用于 芯片一级的连接。 ③ 系统总线（内总线、板级总线）：用于微机 系统中各插件之间的信息传输。 ④ 设备总线（外总线、通信总线）：用于系统 之间的连接，如微机、与外设或仪器之间的连接 。如通用串行总线RS-232C、智能仪表总线IEEE- 488、并行打印机总线Centronics、并行外部设备 总线SCSI和通用串行总线USB等。 ⑤ 局部总线：这是相对较新的概念，许多文献 也把它称为片总线。 一般将插件板内部的总线叫做局部总线以区别 于系统总线。 三、总线的仲裁 总线的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使 用权 1、菊花链（daisy-chain）式查询方式 如图10.2所示，这种方式也称为串行仲裁。 逻辑上离总线仲裁器越近的部件拥有越高的总 线优先级。图中有三条控制线： BB：总线忙信号，高电平表示总线正被占用。 BR：总线请求信号， BR有效表示至少有一个 部件正在申请使用总线。 BG；总线响应信号，高电平表示总线仲裁器响 应总线请求。 2、计数器定时查询方式 这种方式不使用BG信号线，但需利用地址线。 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 发现其上的值与自身的编号相等，则取得总线使 用权，并通过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。 若计数器从0开始计数，则优先级顺序与部件编号顺序一致。若每次计数从上次计数终止的值开始计数，则从统计效果上看，各部件的优先级基本相等。 3、独立请求方式（并行判决） 如图10.3所示，每个部件都有自己的BR和BG， 由控制部件对申请进行排队和管理。优点是速度 快、可使用软件灵活控制。缺点是电路复杂。 4、二唯判决方式 这种方式综合前几种方式的优点，在一个系统 中综合使用菊花链和并行判决，如图10.4所示。 二唯判决适合于主设备很多的场合。 四、总线体系结构 1、单总线体系结构 如图10.5所示，所谓单总线体系结构是指微机中 所有模块都连到单一总线上，在整个系统中，只 有一条数据通路。 2、并发总线体系结构 如图10.6所示，并发总线体系结构是把存储器 和I/O的数据通路分开，所以CPU对存储器访问 和对I/O的控制可同时进行，即“并发”。 3、带Cache的并发总线体系结构 如图10.7所示，类似于上面一种，只是在CPU和 存储器的数据通路上多了一