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力的模块，通常是CPU或以CPU为中心的逻辑模块，在获得总线控制权之后能启动数据信息的传输；与之相对应的总线从设备，是指能够对总线上的数据请求做出响应，但本身不具备总线控制能力的模块。在早期的计算机系统中，一条总线上只有一个主设备，总线一直由它占用，技术简单，实现也比较容易。

随着应用的发展，主要是工业控制、科学计算的需求，多个主设备共享总线的情况越来越多，这对总线技术提出了新的要求。根据这类系统的特点，需要解决各个主设备之间资源争用等问题，这使得总线的复杂性大为增加。

总线仲裁就是在多个总线主设备的环境中提出来的。在多处理机系统中，每个处理机都可以作为总线主设备，都要共享资源，它们都必须通过系统总线才能访问其它资源，总线也可视为是一种重要的公共资源。由于每个处理机都会随机地提出对总线使用的要求，这样就可能发生总线竞争现象。为了防止多个处理机同时控制总线，就要在总线上设立一个处理上述总线竞争的机构，按优先级次序，合理地分配资源，这就是总线仲裁问题。用硬件来实现总线分配的逻辑电路称为总线仲裁器(Bus Arbiter)。它的任务是响应总线请求，通过对分配过程的正确控制，达到最佳使用总线。

对总线仲裁问题的解决是以优先级(又称优先权)的概念为基础的，通常有三种总线分配的优先级技术──串联、并联和循环。 1. 串联优先级判别法。

等N个模块，都可作为总线主设备，各个模块中的“请求”输出端采用集电极(漏极)开路门，“请求”端用“线或”方式接到仲裁器“请求”输入端，每个模块的“忙”端同仲裁器的“总线忙”状态线相连，这是一个输入输出双向信号线。当一个模块占有总线控制权时，该模块的“忙”信号端成为输出端，向系统的“忙”状态线送出有效信号(例如低电平)。其它模块的“忙”信号端全部作为输入端工作，检测“忙”线上状态。一个模块若要提出总线“请求”，其必要条件是选检测到“忙”信号输入端处于无效状态。与此相应，仲裁器接受总线请求输入的条件，也是“忙”线处于无效状态。

进一步可以规定仲裁器输出“允许”信号的条件首先是“忙”线无效，表示总线没

有被任一模块占用；其次才是有模块提出了总线请求。“允许”信号在链接的模块之间传输，直到提出总线“请求”的那个模块为止。这里用“允许”信号的边沿触发，它把共享总线的各模块要使用总线时，便发生信号禁止后面的部件使用总线。通过这种方式，就确定了请求总线各模块中优先级最高的模块。显然，在这种方式中，当优先级高的模块频繁请求时，优先级别低的模块可能很长时间都无法获得总线。一旦有模块占用总线后，“允许”信号就不再存在。 2. 并联优先级别判别法。

N个模块，都可作为总线主设备，每个模块都有总线“请求”线和总线“允许”线，模块之间是独立的，没有任何控制关系。这些信号接到总线优先控制器(仲裁器)，任一模块使用总线，都要通过“请求”线向仲裁器发出“请求”信号。仲裁器一般由一个优先级编码器和一个译码器组成。该电路接到某个模块或多个模块发来的请求信号后，首先优先级编码器进行编码，然后由译码器产生相应的输出信号，发往请求总线模块中优先级最高的模块，并把“允许”信号送给该模块。被选中的模块撤销总线“请求”信号，输出总线“忙”信号，通知其余模块，总线已经占用。在一个模块占用总线的传输结束以后，就把总线“忙”信号撤销，仲裁器也撤销“允许”信号。根据各请求输入的情况，仲裁器重新分配总线控制权。 3.循环优先级判别法。

循环优先级判别方法类似于并联优先级判别方法，只是其中的优先级是动态分配的，原来的优先级编码器由一个更为复杂的电路代替，该电路把占用总线的优先级在发出总线请求的那些模块之间循环移动，从而使每个总线模块使用总线的机会相同。

7.1.5 总线通信协议

总线通信同步方式规定了实现总线数据传输的定时规则，这种规则又称为总线通信协议。总线数据通信方式按照传输定时的方法可分为同步式和异步式两类。这里以处理器总线为例进行说明。

1. 同步通信

在同步方式中，所有的设备都从同一个公共的时钟信号中获得定时信息。一定频率的时钟信号线定义了等间隔的时段，每一个时间段定义了一个总线周期。在这个时序图中，t0时刻CPU将设备地址放到设备地址线上并设置模式控制线以表示读数据操作。这个信号通过总线传到设备时经过一定的时间延迟，被访问的设备收到这些信号后进行译码和回答也需要一定时间。

因此时钟的宽度t1-t0应大于从CPU到设备之间的最大延迟加上设备对地址进行译码的时间，以使设备能够在时刻t1作出响应。被寻址的设备在识别到读操作的请求之后，将数据在t1时放到数据线上。经过一定的延迟之后，CPU在t2时读入数据，t2-t1应大于总线数据的延迟以及CPU的寄存器的数据建立时间。在t2之后数据保持一段时间，到t3时所有的总线信号被清除，准备进行一个总线操作周期。 2. 异步通信

另一种总线操作使用一个在CPU和设备之间的“握手”信号，去除了公共的时钟信号，从而使得操作成为异步的。两条握手信号分别称为“就绪”(ready)和“应答”(ack-nowledge)。在异步方式下，总线操作周期时间不是固定的，操作的每个步骤都有一个信号表示。异步方式允许总线周期有较大的变化范围。根据握手信号的相互作用，异步通信方式可有非互锁、半互锁和全互锁三种可能的方式。在非互锁方式中，发送设备将数据放在总线上，延迟一定时间后发出就绪信号，通知对方数据已在总线上，接收设备根据这个就绪信号接收数据，并发出应答信号作回答，表示数据已接收到，发送设备收到应答信号后可以撤销数据，以便进行下一次传输。

上述握手信号发出后，经过固定的时间就自动撤销。如果总线上各设备之间的速度差异很大，这种方式比较简单，有利于提高传输速度，但有时不能保证就绪信号和应答信号正确到达对方。因为，当握手信号过短时，速度慢的设备容易将其错过，而当握手信号过长时则会延迟到下一个周期，使下一周期的握手产生错误。半互锁方式与非互锁方式类似，只是让就绪信号保持到发送设备接收到应答信号为止。

这样解决了就绪信号的宽度问题，但应答信号的宽度仍难以确定。在全互锁方式中，数据发送设备在发出数据后发出数据准备就绪信号，接收设备在接收到后发出应答信号，发送设备在收到应答后复位就绪信号，在就绪信号复位后接收设备才复位应答信号。这样，就绪信号和应答信号的宽度是依据传输情况而变化的，传输距离不同，信号的宽度也不同，从而解决了通信中的异步定时问题。

这种异步互锁式总线被广泛采用，因为它可适合各种工作速度的设备，总线周期是可变的，但它比较复杂，每次传输数据时需要传递四个握手信息，不利于提高传输速度。由于全互锁方式中的就绪信号和应答信号的上升边沿和下降边沿都是触发边沿，因此这种方式称为四边沿协议。

7.1.6 总线负载能力

所谓总线的负载能力即驱动能力，是指当总线接上负载(接口设备)后必须不影响总线输入/输出的逻辑电平。例如PC总线中的输出信号，在输出低电平要吸收电流(由负载流入信号源)，以IOL表示，这时的负载能力就是指当它吸收了规定电流时，仍能保持逻辑低电平。输出高电平的负载能力以IOH表示，这是一个由信号源流向负载的输出电流。当输出电流超过规定值时，输出逻辑电平会降低，甚至变到阈值以下。 7.2.1 ISA总线

ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线也称AT总线，是由Intel公司、IEEE和EISA集团联合开发的与IBM-PC/AT原装机总线意义相近的系统总线，它具有16位数据宽度，最高工作频率为8MHz，数据传输速率达到16MB/s，地址线24条，可寻访16M字节地址单元。它是在早期的62线PC总线基础上再扩展一个36线插槽形成的。分成62线和36线两段，共计98线。其62线插槽的引脚排列及定义，与PC总线兼容。

98根线分布5类：地址线、数据线、控制线、时钟线、电源线。 7.2.2 EISA总线