【计算机组成原理】第三章 系统总线-2

3.5 总线控制

总线控制主要指总线对在总线上连接的各部件信息发送、信息接收等一系列问题做出判断

主要包括：判优控制（仲裁逻辑）、通信控制

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3.5.1 总线判优控制

概念1：主设备和从设备

        总线上所连接的各类设备，按其对总线有无控制功能分为主设备和从设备

        主设备对总线有控制权，从设备只能响应从主设备发来的总线命令

        总线上的信息的传送由主设备启动。例如：当某个主设备欲与另一个设备（从设备）进行通信时，首先由主设备发出总线请求信号，若多个主设备同时请求总线，由总线控制器的判优或仲裁逻辑按优先级处理。只有获得总线使用权的主设备才能开始传送数据

概念2：总线判优控制分集中式和分布式

        集中式：控制逻辑集中在一起（如CPU中）

        分布式：控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上

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常见的集中控制有三种优先权仲裁方式：

（1）链式查询

说明：将所有设备串式连接，离总线控制器最近的设备具有最高的优先级

查询方式：BG找BR，找到第一个BR，发出BS

关键点：处理一次请求后，重新仲裁的逻辑：BG线从第一个设备（靠近总线控制部件那一段）开始，重现查找BR总线请求，处理匹配最近（离总线控制器）的设备发出的BR，也就是说，对面后面的部件发出的BR，只有其前面没有任何一个部件发出BR时，才能轮到后面部件发出的BR

（2）计数器定时查询

在集中式总线仲裁的 计数器定时查询方式（Counter-timed Query / Counter-based Polling） 中：

• 总线控制器中有一个计数器。
• 当总线空闲且有设备发出总线请求时，总线控制器开始从计数器当前值开始，依次向设备发送地址（或设备号）。
• 每个设备将自己的设备号与当前总线上的地址比较：
  • 如果相等，且该设备发出了请求，则它获得总线控制权；
  • 否则，计数器自动加1，继续下一轮比较。
• 这个过程是由总线控制器主动发起的顺序查询。
• 当计数器达到最大设备号（如 N−1）仍未找到请求者，则回绕到0，继续查询，直到找到一个请求设备。
• 一旦某个设备获得总线，计数器的值通常保留为下一次查询的起点（有的实现会在服务后从0开始，但更常见的是从下一位继续，以实现轮询公平性）。
• 需要说明的是：计数器定时查询，n个设备，需要log2n=x（2的x次方=n）条设备地址线。因为一条线只能表示0、1

（3）独立请求方式

说明：每一个设备都有自己的一对总线请求线和总线同意线。

3.5.2 总线通信控制

总线判优控制决定哪一个主设备使用总线

总线通信控制决定主设备和从设备协调通信传输数据

总线传输周期

1. 申请分配阶段：主模块申请，总线判优觉醒

2. 寻址阶段：主模块发出访问的从模块的地址有关命令，启动本次传输的从模块

3. 传数阶段：主模块和从模块进行数据交换

4. 结束阶段：主模块的有关信息从系统总线上撤除，让出总线使用权

总线通信四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信

1. 同步通信：由 统一时标 控制数据传送 （同步通信有点是规定明确，模块间的配合简单一致；缺点是主从模块时间配合强制性同步，必须在规定时间内完成，所有从模块都用同一限时，因此必须按最慢速度的部件设计公共时钟，一般用于总线长度较短，各部件存取时间比较一致的场合）

2. 异步通信：采用 应答方式 没有公共时钟标准 （主从模块之间增加两条应答线。应答方式：不互锁方式、半互锁方式、全互锁方式）

3. 半同步通信：同步、异步结合 （同步：所有的地址、命令、数据信号的发出时间，严格按照系统时钟的某个前沿开始，接收方都采用系统时钟后沿时刻进行判断识别；异步：允许不同速度的模块和谐地工作，增设了一条 等待WAIT 响应信号线）

上述三种通信共同点：

输入数据为例：

+ 主模块发地址命令 占用总线

+ 从模块准备数据     不占用总线（但此时总线仍被主模块占用），总线空闲

+ 从模块发送数据      占用总线

4. 分离式通信： 充分挖掘系统总线每个瞬间的潜能（将从模块准备数据时占用总线的时间放弃掉，由其他设备使用总线，提高总线工作效率）

分离式通信描述：