总线类型、仲裁、带宽、传输速率、层次结构

# Lecture13 - 总线

# 类型

系统总线 - io 控制器

通信总线 - io 设备

地址线和数据线可以复用

# 总线结构

# 设计要素

# 用途

专用总线： “或”

# 仲裁

# 集中式

# 链式查询

橙色 “繁忙” 的是双向箭头

在总线不忙的时候，才能发起请求，但是一个时钟周期内可能有多个设备发起请求。

总线仲裁器在总线不忙的时候，才能发起允许信号。

设备 1 优先级最高，设备 N 优先级最低。

不能保证公平性 —— 设备 N 很难拿到允许信号

对电路故障敏感 —— 后面的设备无法判断是前面的设备想使用，还是前面的设备坏了。之前的设备坏了，后面的电路都无法使用。

限制总线的速度 —— 平均要等待 n ² / 2 的时间

# 计数器查询

与 “链式查询” 相比，绿色（串联的线）变成一条总线。

报到自己的 ID 则可以占用。

# 独立请求

每个设备都有允许线和请求线。

只要总线不繁忙，想要请求就可以请求，每个设备没有无谓的等待的时间。

# 分布式

# 自举式

自举式（自主选举式）

向上的箭头 —— 表达自己想要用的请求

向下的箭头 —— 接受优先级更高的设备是否有想用的请求

设备 3 的优先级最高

设备 0 的优先级最低，没有请求线，没有优先级更低的设备去监听请求

# 冲突检测

只要总线空闲，就立刻请求

"随机时间间隔"

# 时序

离散事件、系统动力

同步时序、异步时序、半同步是一类，分离事务是另外一个

同步时序：时钟周期

异步时序：事务的相对顺序

# 同步时序

约定好，第一个时刻取地址，第二个时刻取数据，etc……

快的迁就慢的

# 异步时序

Ready: 你可以来拿了

Ack: 我已经拿好了

都有上升沿和下降沿（在总线上放好了，撤好了）

非互锁 —— 仅表示前后顺序

半互锁 ——Ack 上升，Ready 才可以撤，可以防止 Ready 提前撤，Ready 持续等

全互锁 —— 防止 Ack 先撤，Ready 没接收到持续等

有两根 ready 线，ReadReq 和 DataRdy

1 CPU 告诉存储器，地址已经准备好

2 存储器告诉 CPU，已经读取完毕

3 CPU 收到读取完毕信号，释放 Ready

4 存储器收到释放完毕的信号，释放 Ack

5 存储器告诉 CPU，数据已经准备好

6 CPU 告诉存储器，数据已经读取完毕

7 存储器释放 Ready 信号

8 CPU 释放 Ack 信号

# 半同步时序

发生在时钟上升沿才认为是有效的

# 分离事务

中间过程释放给其他设备使用，数据需要准备时间，数据准备好再请求。

# 总线带宽和数据传输速率

区分总线带宽和数据传输速率

总线带宽更偏向于理想状态

数据传输速率偏向于实际状态（一般求的是数据传输速率）

# 例题

5 的时候，如果数据准备不好，那么就不能如期进行数据传输

同步总线需要使用整数倍的时钟周期

每次传输，一个地址。

64 位宽 —— 每次可以传输两个字

4 同步读取 并且 cache 降低

200MHz 时钟频率 ——5ns 时钟周期

要么提高数据量，要么减少所耗费的时间

块传输 —— 减少地址时间，减少后面的数据的访问时间

分离总线事务 —— 一个事务分成两个过程，中间的过程让别的事务来，节省数据准备的时间

分离地址线和数据线 —— 原先是地址和数据分别传输，现在地址和数据可以同时传输

# 总线层次结构

# 单总线结构

车越多，路越堵

# 双总线结构 I

增加存储器总线

CPU 和存储器的传输占很大的一部分负担

# 双总线结构 II

增加 IO 总线和 IOP

# 多总线结构 I

# 多总线结构 II

DMA 总线 (IO 部分会讲)

# 总结