计算机组成原理第三章系统总线第六节总线通讯控制

第六节总线通讯控制(总线定时)总线完成一次传输，分四个阶段：总线裁决：决定哪个主控设备使用总线寻址阶段：主控设备送出要访问的主存或设备的地址，同时送出有关命令(读或写等)，启动从设备数据传输阶段：主、从设备间进行数据交换结束阶段：有关信息在总线上撤销，让出总线使用权总线通信控制的目的：解决主、从设备如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调进行数据通信。有四种通信方式：同步、异步、半同步、分离式通信同步通信控制控制线中有一个时钟信号线，挂接在总线上的所有设备都从这个公共的时钟线上获得定时信号，一定频率的时钟信号定义了等间隔的时间段，这个固定的时间段为一个时钟周期，也称总线周期。每种总线操作都有一个确定的通信协议（规定在每个时钟周期内交换哪些信息）。例如，在处理器-主存总线上执行存储器读操作，其协议为：在第1个时钟周期发送地址和存储器读命令，然后存储器被要求在第5个时钟将数据放到总线上。优点：速度快，并且接口逻辑很少（因为协议简单）。缺点:①总线上的每个设备必须以同样的时钟速率进行工作。②由于时钟偏移问题，同步总线不能很长.同步定时方式（读操作）示意图异步通信控制非时钟定时，没有一个公共的时钟标准。因此，能够连接带宽范围很大的各种设备。总线能够加长而不用担心时钟偏移问题。采用握手协议（应答方式）。由一系列步骤组成，只有当双方都同意时，发送者或接收者才会进入到下一步，协议通过一对附加的“握手”信号线（Ready、Ack）来实现。异步通信有非互锁、半互锁和全互锁三种方式优点：灵活，可挂接各种具有不同工作速度的设备。缺点:①对噪声较敏感。②接口逻辑较复杂。异步通信方式三条控制线ReadReq:读请求，告诉从设备进行读操作地址信息同时送到地址/数据线上DataRdy:数据就绪，从设备已准备好数据，主设备可取数据同时送到地址/数据线上Ack:回答信号线，表示已收到对方的请求信号该图描述的是读操作的过程，写操作也类似半同步通信控制为解决异步通信方式对噪声敏感的问题，一般在异步总线中引入时钟信号，就绪和应答等定时信号都在时钟的上升沿有效，这样信号的有效时间限制在时钟到达的时刻，而不受其他时间的信号干扰。这种通信方式称为半同步通信方式。(例如：Wait信号、TRDY和IRDY信号等)半同步方式结合了同步和异步的优点。既保持了“所有信号都由时钟定时”的特点，又允许“不同速度设备共存于总线”。半同步定时方式（读操作）示意图分离式通信控制•基本思想：将一个传输操作事务分成两个子过程。在第一个子过程中，主控设备A在获得总线使用权后，将请求的事务类型（即总线命令）、地址以及其他有关信息（如标识主控设备身份的编号等）发送到总线上，从设备B记录下这些信息。主控设备发完这些信息后便立即释放总线，这样其他设备便可使用总线。在第二个子过程中，从设备B收到主控设备A发来的信息后，就按照其请求的命令进行相应的操作，当准备好主控设备所需的数据后，从设备B便请求使用总线，一旦获得使用权，则从设备B就将主控设备A的编号及所需的数据等送到总线上，这样主控设备A便可接收数据。•优点：提高整个系统的总有效带宽。•缺点：控制相当复杂，开销大。分离事务通信过程同步和异步总线的最大带宽比较举例：假定同步总线的时钟周期为50ns，每次总线传输花1个时钟周期，异步总线每次握手需要40ns，两种总线的数据都是32位宽，存储器的取数时间为200ns。要求求出从该存储器中读出一个字时两种总线的数据传输率。分析如下：同步总线所需的步骤和时间为：（1）发送地址和读命令到存储器：50ns（2）存储器读数据：200ns（3）传送数据到设备：50ns所以总时间为300ns。因而产生的数据传输率为4B/300ns，即：13.3MB/s。同步和异步总线的最大带宽比较异步总线的步骤和时间：第1步为：40ns；第2、3、4步为：Max(3x40ns，200ns)=200ns；（第2、3、4步都和存储器访问时间重叠）第5、6、7步为：3x40ns=120ns。总时间为360ns，故数据传输率为4B/360ns=11.1MB/s由此可知：同步总线仅比异步快大约20%。要获得这样的速度，异步总线上的设备和存储器系统必须足够快，以使每次在40ns内能完成一个子过程。