计算机组成原理学习笔记——总线的仲裁方式
总线的仲裁方式
- 一、集中仲裁
- 1、链式查询
- 2、计数器定时查询
- 3、独立请求
- 二、分布仲裁
- 用于
当多个主设备同时竞争总线控制权时
,决定哪个主设备优先获得控制权;只有获得了总线控制权的设备方可以传输数据。 - 仲裁方式主要由
集中仲裁方式和分布仲裁方式
两种。
一、集中仲裁
- 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,基本由 CPU 进行处理。 - 集中仲裁又可分为
链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求方式
三种。
1、链式查询
- 总线上
所有的部件共用一根总线请求线
,当有部件
请求使用总线时,需经此线发总线请求信号到总线控制器
,总线控制器便查询总线是否忙碌
,如不忙碌便立即发总线响应信号到 BG 线串行地从一个部件传送到下一个部件
,依次查询,直到某个部件有总线请求
便不再传下去。 - 此方式下,
部件离总线控制器越近优先级越高,离总线控制器越远则优先级越低
。 - 优点:
优先级固定,只需较少的控制线就能按一定优先次序实现总线控制,结构简单,扩充容易
。 - 缺点:
对硬件电路的故障敏感,且优先级不能改变,这要极易导致当优先级高的部件频繁请求总线时,优先级低的部件长期不能使用总线
。
2、计数器定时查询
- 采用一个
计数器来控制总线使用权
,因此增加了一组设备地址线
,少了总线响应线
,仍是共有一根总线请求线
。工作原理如下,当总线控制器收到总线请求信号并判断总线空闲时,计数器开始计数,计数值通过设备地址线发向各个部件,当地址线上的计数值与请求使用总线设备的地址一致时,该设备获得总线控制权
,同时中止计数器的计数及查询。 - 优点:
计数器计数可从“0”开始,当设备优先次序固定,则设备优先级就按0,1……的顺序排列,固定不变;计数可以从上一次的终点开始,即采用一种循环方法,此时设备使用总线的优先级相等;计数器的初值还可由程序设置,因此优先次序可以改变,且这种方式对电路的故障不那么敏感
。 - 缺点:
增加了控制线,若设备有 n 个,则大致需要 ⌈log_2n ⌉+2条控制线,控制也比链式查询复杂
。
3、独立请求
每个设备都有一对总线请求线和总线允许线
,当部件需要使用总线时,经各自的总线请求线向总线控制器发送总线请求信号
,在控制器中排队,总线控制器按一定的优先次序决定批准某个部件的请求
,并经该部件的总线允许线向该部件发送总线响应信号
,将总线控制器交给该部件。- 优点:
响应速度快,对优先次序的控制相当灵活
。 - 缺点:
控制线数量多,若有设备 n 个,则需要 2n+1 条控制线,其中的 1 是指反馈线,用于让设备向总线控制器反馈已经使用完总线;总线控制逻辑复杂
。
二、分布仲裁
- 分布仲裁方式不需要中央仲裁器,每个潜在的主模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时,就会把它们各自唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上,每个仲裁器从仲裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号比较。若仲裁总线上的仲裁号优先级高,则它的总线请求不予响应,并撤销它的仲裁号。最后,获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。
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