文章目录

基本概念
总线判优控制
- 链式查询
- 计数器查询
- 独立请求方式
总线通信控制
- 同步通信
- 异步通信
- - 不互锁方式
  - 半互锁方式
  - 全互锁方式
  - 波特率
- 半同步通信(同/异步结合)
- 分离式通信
系列文章

基本概念

定义
总线上有多个部件,所以需要总线控制器统一管理

何时何部件发送信息
如何给信息传送定时
如何防信息丢失
如何避免多个部件的同时发送
...

分类

总线判优控制(仲裁控制)
通信控制

总线判优控制

基本概念
总线判优控制可分为集中式和分布式两种，前者将控制逻辑集中在一处（如在 CPU中），后
者将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上。

主设备(模块):

对总线有控制权,启动在总线上的信息传送

从设备(模块):

只能响应从主设备发来的总线命令,没有控制权

为何判优

假如某主设备欲与某从设备进行通信
首先主设备发出总线请求信号
但是若此时有多个主设备同时要使用总线
那此时如何决定哪个主设备获得使用权呢?
所以总线的判优控制就应运而生了
它可以按一定的优先等级顺序分配使用权

分类
总线判优控制

集中式

链式查询
计数器定时查询
独立请求方式

分布式

链式查询

链式查询图解

文字叙述:

# BS,BR,BG代表了总线的3种状态信号(忙,请求,同意)
如果BG信号到达的接口有BR信号
那么BG信号就不再往下传了
意味着该接口获得了总线使用权
于是发出BS信号,表示总线已被占用

注：在查询链中离总线控制器最近的部件具有最高优先权，离总线控制器越远，优先权越低。

特点

链式查询通过接口的优先权排队电路实现
结构简单，易扩充设备(优点)
速度慢，需要一直向下查询，对电路故障特别敏感(缺点)
优先级别低的设备可能很难获得请求(缺点)
最不稳定(缺点)

计数器查询

计数器查询图解

文字叙述:

#与链式查询相比多了设备地址线少了同意总线BG
#判优流程总线控制部件接收到BR信号在BS=0时(总线未被占用)总线控制部件的计数器开始计数且通过设备地址线向各设备发一组地址信号当某个请求占用总线的设备地址与计数值一致时终止计数查询

注：
如果计数器的初值是0，则各部件的优先次序与链式查询法相同。
如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等
特点

计数器初值可用程序设置，方便改变优先次序
代价:增加了控制线数

独立请求方式

独立请求方式图解

文字叙述:

#在独立请求方式中每一个共享总线的部件均有一队控制线总线请求BR(i)总线同意BG(i)
#p判优流程当某个部件发出BR(i)信号时总线控制器中有排队电路可据此优先次序决定首先响应哪个部件的BR(i)然后给该部件发回BG(i)

特点

响应时间快，对优先次序的控制相当灵活(优点)
代价:增加了控制线数

总线通信控制

定义
总线控制主要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如何配合.
基本概念
在总线的共享中,在竞争总线使用权时,按部件的优先等级分配;而在通信时间上,则按照分时方式处理.
分时方式:

#以获得总线使用权的先后顺序分时占用总线
即哪个部件获得使用权
此时刻就由该部件传送
等其下一部件获得使用权后
接着下一时刻传送
(轮流交替传送)

总线周期

申请分配阶段: 主模块申请,总线仲裁决定
寻址阶段: 主模块向从模块发出地址和命令
传数阶段: 主模块和从模块交换数据
结束阶段: 主模块撤销有关信息
# 设备=模块

同步通信

定义
通信双方由统一时标控制数据传送成为同步通信

同步数据输入

附注:

同步数据输出

附注:

注：
同步通信采用速度最慢的那个模块作为标准，即使有关模块的速度比较快，也要按照最慢的模块进行设置。
一般应用在总线长度比较短，并且各个模块的存取时间比较一致的情况下，使用同步式传输数据。
特点

优点:具有较高的传输效率，可靠性较高
缺点:所有模块都强求速度一致的同一时限，设计缺乏灵活性

异步通信

定义
异步通信克服了同步通信的缺点,允许各模块速度的不一致性,给设计者充分的灵活性.
没有公共的时钟标准.也不要求所有部件严格的统一操作时间,而是采用应答模式(又称握手模式)
应答模式:

即当主模块发出请求(Request)时
得等到从模块反馈回来响应(Acknowledge)信号后
才开始通信
#要求:主、从模块之间增加两条应答线(握手交互信号线 Handshaking)

分类
异步通信得应答方式可分为:

不互锁
半互锁
全互锁

不互锁方式

通信流程

# 主模块
主模块发出请求信号后
不用等待来自从模块得响应信号
而是经过一段时间
确认从模块已收到请求信号后
便撤销其请求信号
# 从模块
从模块接收到请求信号后
在条件允许时发出回答信号
并且通过一段时间
确认主模块已收到回答信号后
自动撤销回答信号

实例
在CPU向主存写信息时,CPU要先后给出地址信号、写命令以及写入数据,即采用的是不互锁的方式.

缺点：
有可能出现主设备发出的请求未至从设备，或者从设备发出的响应未置主设备的情况

半互锁方式

概念
当一方存在互锁关系,另一方不存在互锁关系,则称为半互锁方式.
缺点：有可能导致“请求”信号一直保持高电平
通信流程

# 主模块(有互锁关系)
主模块发出请求信号
必须等接收到来自从模块得回答信号后
才能撤销其请求信号
# 从模块
从模块接收到请求信号后
发出回答信号
不用确认主模块请求信号已是否已撤销
而是隔一段时间后
自动撤销回答信号

实例
在多机系统中,某个CPU需要访问共享存储器(供所有CPU访问的存储器)时,该CPU发出访存命令后,必须收到存储器未被占用的回答信号后,才能真正进行访存操作.

全互锁方式

通信流程

# 主模块(有互锁关系)
主模块发出请求信号
必须等接收到来自从模块得回答信号后
才能撤销请求信号
# 从模块(有互锁关系)
从模块发出回答信号
必须等主模块请求信号已撤销后
再撤销其回答信号

实例
在网络通信中,通信双发即采用的全互锁方式.

波特率

异步通信可用于

并行传送
串行传送

异步串行通信的数据传送速率用波特率衡量.
波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数,单位用bps(位每秒),记作波特.

例题1
在异步串行传输系统中,假设每秒传输120个数据帧,其字符格式规定包含1个起始位、7个数据位、1个校验位、1个终止位,试计算波特率.
解:

根据题目给出的字符格式
1帧包含1+7+1+1=10位
故波特率为:
(1+7+1+1)x120=1200bps=1200波特

例题2
在异步传输系统中,若字符格式为:1位起始位、8位数据位、1位奇校验位、1位终止位.假设波特率为1200bps,求此时的比特率.
解:

根据题目给出的字符格式
有效数据位有8位
而1帧包含1+8+1+1=11位
故比特率为:
1200(8/11)=872.72 bps

附:总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。
例如:
通常地址总线与数据总线在物理上是分
开的两种总线，地址总线传输地址码，数据总线传输数据信息。为了提高总线的利用率，优化设计，特将地址总线和数据总线共用一组物理线路，在这组物理线路上分时传输地址信号和数据信号，即为总线的多路复用。

半同步通信(同/异步结合)

基本概念
半同步通信既保留了同步的基本特点,如所有的地址、命令、数据信号的发出时间,都严格参照系统时钟的某个前沿开始,而接收方都采用系统时钟后沿时刻进行判断识别;同时又像异步那样,允许不同速度的模块和谐地工作.
特点
WAIT响应信号线:采用插入时钟(等待)周期的措施来协调通信双方的配合问题.
半同步通信数据输入过程(图)

特点

优点:其控制方式比异步通信简单
缺点:对系统时钟频率不能要求太高,系统工作的速度不会太高

三种通信的共同点
一个总线传输周期(以输入数据为例):

主模块发地址、命令     :占用总线
从模块准备数据        :不占用总线,即总线空闲
从模块向主模块发数据   :占用总线

分离式通信

目的
充分挖掘系统总线每个瞬间的潜力

一个总线传输周期:

#子周期1:主模块申请占用总线使用完后即放弃总线的使用权
#子周期2:从(主)模块申请占用总线将各种信息传送至总线上

特点

1.各模块有权申请占用总线
2.采用同步式通信,不等对方回答
3.各模块准备数据时,不占用总线
4.总线被占用时,无空闲
5.充分提高了总线的有效占用

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