【计算机组成原理·笔记】总线控制

总线控制

总线上连接多个部件，为了解决：

• 什么时候由哪个部件发送信息
• 如何给信息传送定时
• 如何防止信息丢失
• 如何避免多个部件同时发送
• 如何规定接受信息的部件

等一些列问题，需要总线控制线进行统一管理，这就是总线控制，包括两个方面：

• 判优控制
• 通信控制

判优控制

总线判优控制，又称总线仲裁，可以再分为两类：

• 集中式控制
• 分布式控制

总线上连接的设备，可以分为主设备(模块)和从设备(模块)，主设备对总线享有控制权，从设备只能响应来自主设备的总线命令

集中式控制

1. 链式查询

控制总线上其中3根用于总线控制，分别是：BS(总线忙)、BR(总线请求)和BG(总线统一)：

BG信号串行，若某接口由BR请求，则该接口连接的设备获取总线使用权，并建立BS，表示它已经占用了总线。因此离控制部件越近的设备，优先级越高
仅需 2 根线即可确定总线使用者

优点：

• 简单
• 易扩展

缺点：

• 对电路故障敏感
  如果第i个设备的接口故障，i之后的设备都无法使用
• 优先次序固定
• 优先级低的设备可能饥饿

2. 计数器定时查询

相比链式查询，去掉了BG总线，添加了设备地址线：

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当产生BR请求时，如果BS=0时，计数器开始计数，当计数值与其中一个请求使用总线的设备的地址一致时，技术终止，该设备或者总线使用权
需要 ${\log }_{2}n$ 根线确定使用设备，n 是允许接纳的最大设备数

优点：

• 优先次序可变
• 对电路故障不敏感

缺点：

• 增加了一组设备线，设备需要对设备线的信号译码，控制变复杂

3. 独立请求方式

每台设备都拥有一对BR线和BG线，总线控制部件内有一个排队器：

当设备请求总线时，发出BR信号，如果总线忙(BS=1)，就进入排队，排队电路根据一定的规则指定排队中的设备的优先次序
需要 2n 根线确定使用设备，n 是允许接纳的最大设备数

优点：

• 次序灵活可变(可通过程序指定)
• 响应快
• 可以屏蔽某设备的请求

缺点：

• 控制线数量众多，总线控制最为复杂

★ 当代总线控制标准普通采用独立请求方式

通信控制

总线周期：完成依次总线操作的时间

1. 申请分配：主设备请求
2. 寻址阶段：主设备找需要的从设备
3. 传数阶段：主从设备数据交换
4. 结束阶段：主设备让出总线

总线通信控制解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调配合的问题。常用的四种通信方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

• 同步通信
  由 统一时标 控制数据传输

优点：

• 规定明确统一，配合简单
• 适合总线短，部件存取时间一致的场景

缺点：

• 主从时间配合强制同步，不得不按最低速设备的速度设计公共时钟

• 异步通信
  采用 应答方式，可分为 不互锁、半互锁 和 全互锁 三种

优点：

• 解决了同步通信的缺点

• 半同步通信
  同步、异步结合：

  • 同步：
    • 发送方 用 时钟前沿 发信号
    • 接收方 用 时钟后沿 判断识别
  • 异步：
    • 不同速度设备协调工作
    • 增加 WAIT(等待响应信号)线
      优点：
  • 兼容了同步和异步的优点

• 分离式通信
  充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力：

  • 各模块有权占用总线
  • 同步通信
  • 各模块准备数据时，不占用总线
  • 总线被占用时，无空闲

提高了总线的有效占用率