计算机组成原理 第三章系统总线 第五节总线控制

第五节 总线控制

总线判优控制和总线通信控制

总线判优控制(总线裁决)：当多个设备需要使用总线进行通信时，采用某种策略选择一个设备使用总线。

总线通信控制(总线定时)：取得了总线控制权的设备如何控制总线进行总线操作？也即如何定义总线事务中的每一步何时开始、何时结束？这就是总线通信的定时问题。

如何进行总线判优控制？

在总线中引入一个或多个总线主控设备。

主控设备：能发起总线请求并控制总线。（如：处理器） 从设备：只能响应从主控设备发来的总线命令。（如：主存）

利用总线裁决决定哪个总线主控设备将在下次得到总线使用权。只有具总线使用权的主控设备才能控制总线。

总线判优控制 如何进行总线裁决？

①总线裁决有两种方式：集中式和分布式

集中式：将控制逻辑做在一个专门的总线控制器或总线裁决器中，通过将所有的总线请求集中起来利用一个特定的裁决算法进行裁决。

分布式：没有专门的总线控制器，其控制逻辑分散在各个部件或设备中。

②总线请求信号：总线请求线和总线许可线。

信号线专用/信号线复用（如：用数据线进行总线请求，这种情况下，总线裁决和数据传输不能重叠进行。）

③裁决方案应在以下两个因素间进行平衡

等级性—具有高优先级的设备应该先被服务。

公平性—即使是具有最低优先权的设备也不能永远得不到总线使用权。 集中式总线判优控制

有以下三种：菊花链查询、计数器定时查询、独立请求 (1)菊花链查询方式

基本思想：总线上有三根线用于总线控制（BS-总线忙、BR-总线请求、BG-总线允许）。BG从最高优先权的设备依次向最低优先权的设备串行相连。如果BG到达的设备有总线请求，则BG信号就不再往下传，该设备建立总线忙BS信号，表示它已获得了总线使用权。

(2)计数器定时查询方式

基本思想：比菊花链查询多一组设备线，少一根总线允许线BG。总线控制器接收到BR送来的总线请求信号后，在总线未被使用（BS=0）的情况下，由计数器开始计数，并将计数值通过设备线向各设备发出。当某个有总线请求的设备号与计数值一致时，该设备便获得总线使用权，此时终止计数查询，同时该设备建立总线忙BS信号。

菊花链查询和计数器定时查询的比较 菊花链查询方式：

优点：①简单，只需几根线就能按一定优先次序实现总线裁决。 ②易扩充设备。

缺点：①不能保证公正性，即低优先级请求可能永远得不到允许。 ②对电路故障敏感，即设备故障会影响到后面设备的操作。 ③菊花链的使用限制了总线速度。 计数器定时查询方式：

优点：①灵活，设备优先级通过设置不同的计数初始值来改变。（若每次初值皆为0，则固定；若每次初值总是刚获得总线使用权的设备，则是平等的循环优先级方式。）

②对电路故障不如菊花链查询那样敏感。 缺点：①增加一组设备线。

②总线设备控制逻辑变复杂(需对设备号进行译码比较等)。 集中式总线判优控制 (3)独立请求方式

基本思想：每个设备都有一对总线请求线BRi和总线允许线BGi。各个设备独立请求总线，当某个设备要求使用总线时，就通过对应的总线请求线将请求信号送到总线控制器。总线控制器中有一个判优电路，可根据各个设备的优先级确定选择哪个设备使用总线。控制器可以给各个请求线以固定的优先级，也可以设置可编程的优先级。

独立请求判优方式

优点：①响应速度快。

②如果是可编程的总线控制器，则优先级可灵活设置。 缺点：控制逻辑复杂，控制线数量多。

（若n表示允许挂接的最大设备数，则菊花链方式只需两根裁决线，计数查询方式大致需用log2n根裁决线，而独立请求方式则需用2n根裁决线。）

裁决算法：由总线控制器中的硬件实现，可采用固定的并行判优算法、平等的循环菊花链算法、动态优先级算法（如：最近最少用算法、先来先服务算法）等。

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