计算机组成原理学习笔记——总线的仲裁方式

• 用于当多个主设备同时竞争总线控制权时，决定哪个主设备优先获得控制权；只有获得了总线控制权的设备方可以传输数据。
• 仲裁方式主要由集中仲裁方式和分布仲裁方式两种。

一、集中仲裁

• 将所有的总线请求集中起来，利用一个特定的裁决算法进行裁决，基本由 CPU 进行处理。
• 集中仲裁又可分为链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求方式三种。

1、链式查询

• 总线上所有的部件共用一根总线请求线，当有部件请求使用总线时，需经此线发总线请求信号到总线控制器，总线控制器便查询总线是否忙碌，如不忙碌便立即发总线响应信号到 BG 线串行地从一个部件传送到下一个部件，依次查询，直到某个部件有总线请求便不再传下去。
• 此方式下，部件离总线控制器越近优先级越高，离总线控制器越远则优先级越低。
• 优点：优先级固定，只需较少的控制线就能按一定优先次序实现总线控制，结构简单，扩充容易。
• 缺点：对硬件电路的故障敏感，且优先级不能改变，这要极易导致当优先级高的部件频繁请求总线时，优先级低的部件长期不能使用总线。

2、计数器定时查询

• 采用一个计数器来控制总线使用权，因此增加了一组设备地址线，少了总线响应线，仍是共有一根总线请求线。工作原理如下，当总线控制器收到总线请求信号并判断总线空闲时，计数器开始计数，计数值通过设备地址线发向各个部件，当地址线上的计数值与请求使用总线设备的地址一致时，该设备获得总线控制权，同时中止计数器的计数及查询。
• 优点：计数器计数可从“0”开始，当设备优先次序固定，则设备优先级就按0，1……的顺序排列，固定不变；计数可以从上一次的终点开始，即采用一种循环方法，此时设备使用总线的优先级相等；计数器的初值还可由程序设置，因此优先次序可以改变，且这种方式对电路的故障不那么敏感。
• 缺点：增加了控制线，若设备有 n 个，则大致需要 ⌈log_2⁡n ⌉+2条控制线，控制也比链式查询复杂。

3、独立请求

• 每个设备都有一对总线请求线和总线允许线，当部件需要使用总线时，经各自的总线请求线向总线控制器发送总线请求信号，在控制器中排队，总线控制器按一定的优先次序决定批准某个部件的请求，并经该部件的总线允许线向该部件发送总线响应信号，将总线控制器交给该部件。
• 优点：响应速度快，对优先次序的控制相当灵活。
• 缺点：控制线数量多，若有设备 n 个，则需要 2n+1 条控制线，其中的 1 是指反馈线，用于让设备向总线控制器反馈已经使用完总线；总线控制逻辑复杂。
  

二、分布仲裁

• 分布仲裁方式不需要中央仲裁器，每个潜在的主模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，就会把它们各自唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器从仲裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号比较。若仲裁总线上的仲裁号优先级高，则它的总线请求不予响应，并撤销它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。

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