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2021年计算机组成原理第24讲_总线第10章 输入输出系统
Chapter 10 Input/output System
A bus system can be constructed with three-state gates. A three-state gate is a digital circuit that exhibits three states. Two of the states are signals equivalent to logic 1 and 0 as in a conventional gate.
The third state is a high-impedance state. The high-impedance state behaves like an open circuit, which means that the output is disconnected and does not have a logic significance.
（4）
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§10．5 总线结构
⑴ 物理（机械）特性
总线的物理特性是指总线在机械物理连接上的特性。包括：连线类型和数量，接插件的几何尺寸和形状，引脚排列，等。
连线类型：
电缆式
主板插槽式
连线数量：
并行总线（用于短距离的高速数据传送）
串行总线（用于长距离传输）
总线的宽度对于数据传输率、实现的成本、可靠性（抗干扰性）影响很大。
总线特性
总线（BUS）是由多个设备共享的传送信息的一簇公共的信号线及相关逻辑。
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⑵ 电气特性
总线的电气特性是指总线的每一条信号线的信号传递方向，信号的有效电平范围。例如：
地址线一般是单向的，主控设备输出地址，从设备输入地址。
数据线一般是双向的。
控制线是单向的，(每条信号线)输出 / 输入。
单端方式：信号线对地的电平。 （正逻辑/负逻辑）
差分方式：2条信号线之间的电平差。
有效电平：TTL，CMOS，其他
总线特性
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⑶ 功能特性
总线的功能特性是指总线中每条传输线的功能。
⑷ 时间特性
总线的时间特性是指总线中每一条传输线在什么时间内有效，以及每一条线产生的信号之间时序关系。
时间特性可用信号时序图来说明。
CLK2
CLK
T1
T2
T1
T2
T1
T2
T1
T2
ADS
IN
IN
DB
总线特性
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总线性能指标
总线宽度：数据总线的位数。
传输率：在总线上每秒能传输的最大数据量，用MB/S 表示。
时钟同步/异步：总线上的数据传输与时钟同步的称为同步总线，数据传输与时钟不同步的称为异步总线。
总线复用：一般为地址/数据线复用。将低N位地址总线与N位的数据总线复用。访存时，先用地址总线输出高N位地址，用数据总线输出低N位地址，需要附加电路将低N位地址锁存。然后，将低N位的地址/数据线转换为数据总线。
信号线数：
总线控制方式：包括并发工作，自动配置，仲裁方式，等。
其他指标：如，负载能力，电源电压，等。
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§ 总线组成
在系统中，能够发起一次总线传输（发出地址和控制命令）的设备称为主控设备，如处理机、通道、DMA控制器等。
只能响应读/写请求不能发出命令的设备称为从设备（Slave），如存储器。
在单主控设备系统中，所有总线操作都由处理机控制。
在多主控设备系统中，需要一个仲裁机制来决定哪个主控设备可以使用总线。
主控设备 Master
从设备 Slave
一. 总线判优控制
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总线仲裁（裁决Arbitration ）需要考虑以下问题：
① 等级性：每个主控设备有不同优先级。优先级高的设备应先被服务。
② 公平性：任何设备无论优先级高低都不应该永远得不到总线使用权。
③ 尽量缩小总线仲裁的时间开销。
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总线仲裁方式分两大类：集中式，分布式。
集中仲裁方式将控制逻辑集中在一个专门的总线控制器中，将所有的总线请求集中起来利用一个特定的仲裁算法进行裁决。
常用：菊花链方式，计数器定时查询方式，独立请求方式，等。
分布式的仲裁方式没有专门的总线控制器，控制逻辑分散在各个部件或设备中。
常用的有