现代微机结构微机总线

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1、第三节总线仲裁技术应用于多机系统中,对系统总线—共享资源的分时使用。总线仲裁的最初形式:CPU与DMAC之间一、总线仲裁的方式1、链式仲裁(一)集中仲裁方式总线控制逻辑集中在某一控制部件中。每一个连接在总线上的设备有相应的逻辑,能够产生请求信号,在获准使用总线的情况下能够接收允许信号。多个设备的请求和允许信号串行发送和接收。原理如下图所示:总线系统控制逻辑主控设备1主控设备2主控设备n请求请求请求允许允许允许仲裁过程:(1)“请求”信号逐级传递,直到系统控制逻辑;(2)“允许”信号逐级传递,直到提出请求的设

2、备;(3)未提出请求的设备将“允许”信号传递到下一级,提出“请求”的设备不再将“允许”信号后传;(4)提出请求并收到“允许”信号的设备占有总线。链式仲裁机制:优点:线路简单;速度慢;先请求者优先,并占有总线;多个设备同时请求时,逻辑上越靠近总线系统控制逻辑的设备,优先级越高,并占有总线。缺点:对电路故障很敏感;优先级固定,低优先级设备可能较长时间不能占有总线(如高优先级设备频繁请求)。应用场合:小系统2、改进的链式仲裁请求信号不再串行传递,允许信号仍然串行。增加反映总线当前状态的信号线—“总线忙”。原理如下

3、图所示:总线系统控制逻辑主控设备1主控设备2主控设备n请求总线“忙”允许允许允许仲裁线路过程：(2)任何设备的“请求”直接送到系统控制逻辑;(3)“允许”信号逐级传递,直到提出请求的设备;(4)未提出请求的设备传递“允许”信号到下一级,提出“请求”的设备不再将“允许”信号后传。(5)提出请求并收到“允许”信号的设备占有总线;并置“总线忙”有效。(1)设备提出“请求”的前提是“总线忙”无效。(也可采用系统控制逻辑发出“允许”信号的前提是“总线忙”无效。)优缺点:与链式仲裁相似。3、计数查询方式基本原理:为每一

4、个主设备分配一个地址号,一个主设备接口中具有一个地址号识别电路。系统控制逻辑中设置一计数器,一旦收到请求信号,该计数器开始计数,直到计数值等于提出请求的设备的设备号为止。原理如下图所示:主设备分配有一地址号,比如m1、m2、mn系统控制逻辑收到请求且总线“忙”无效,计数器开始计数;计数器将每一计数值通过设备地址线送往各设备,设备将该计数值与自身的设备号进行比较;主控设备1主控设备2主控设备n请求系统控制逻辑计数器.......设备地址线总线“忙”直到某一次的计数值与提出请求的设备的设备号相等,该设备置总线“

5、忙”有效,计数器停止计数,该设备占有总线。优先级的确定：(1)如果计数器从“0”开始作加“1”计数,(2)如果计数器从最大值开始作减“1”计数,(3)计数器从上一次中断值开始计数,则设备号越小,优先级越高;则设备号越大,优先级越高;则为动态优先级。还可以设置其他不同的计数方式，可很容易改变设备优先级4、并行仲裁方式(独立请求方式)请求与允许信号相互独立。原理如下图所示：“请求”信号与“允许”信号直接送到总线系统控制逻辑,无需逐级传递,速度快。总线系统控制逻辑主设备1主设备2主设备n请求1总线“忙”允许1请求

6、2允许2.......请求n允许n如何决定优先级:(1)系统控制逻辑内置的优先权算法;(2)系统控制逻辑内置硬件优先权排队电路。一种硬件优先权排队电路的实现方法编码器简介(以8:3编码器为例)8:3编码器I1I2I3I4I5I6I7I0O1O2O0I7I6I5I4I3I2I1I0O2O1O00000000100000000010001000001000100000100001100010000100001000001010100000011010000000111当有多个输入同时为1时,输出对应输入值最

7、大的编码。比如:I5I4I3同时为1,则输出101。硬件排队电路构成将所有主设备请求信号连接到编码器输入端,从而把请求信号转换成大小不同的编码值。将高优先级设备的请求连接到更大编码值对应的输入;将编码器输出作为一个3:8译码器输入,用译码器输出信号作为“允许”信号。电路原理图如下:8:3编码器请求1请求2请求3请求4请求5请求6请求7请求0O1O2O0I1I2I3I4I5I6I7I03:8译码器允许0允许1允许2允许3允许4允许5允许6允许7000001010011100101110111假设:按设备

8、号高则优先级高的设计。当多个设备同时请求,比如设备3、设备4、设备5,则I3I4I5同时为1,则输出101,译码器只输出允许信号“允许5”,则设备5占有总线。(二)分布式仲裁方式判优硬件分布在各个总线主设备中，基本原理：为每一个主设备分配一个优先权编码,每一主设备设置有一个判优器。主设备提出请求时,将优先权编码送往判优器,同时将该编码送往一个公共的比较器与其它请求设备的优先权编码进行比较。1、优先权编码法电路原理