武汉大学测控仪器通信第四章共享存储区通信技术ppt课件.ppt

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1、测控总线与仪器通信技术主讲：武汉大学电子信息学院王先培第四章共享存储区通信技术4.1共享存储区的物理结构共享存储区从物理结构上可以分为四种：公用总线方式，矩阵开关方式，多端口共用方式和总线窗口方式。4.1.1公用总线方式在公用总线共享存储区结构中，各微处理机都通过公用总线连接到共享存储区上。连接方法有两种：单公用总线方式和多重公用总线方式。图4-1表示了单公用总线共享存储区系统，其中M1,M2，M3为共享存储器；，为共享I/O端口或者外设；P1，P2，P3为三台微处理机，它们有自己专用内存、专用

2、总线、专用软件、专用外设等；BC（BusController）为总线控制器，也称总线仲裁器。在系统的公用资源中单公用总线是最重要的公用资源，由总线控制器BC来仲裁某一时刻由哪一台微处理机使用。实际上，通过对公用总线使用权的仲裁，也等于对共享存储器及共享I/O完成了管理与分配，从而实现利用共享存储器作为中介实现通信。单公用总线只有一条总线，容易因竞争影响通信速率，从而出现瓶颈现象。为了克服瓶颈，提高通信速率和系统可靠性，可采用图4-2所示的多重公用总线方式。在多重公用总线系统中，可供总线控制器分配

3、的公用总线增多，从而可以减少排队现象，提高通信速率；当某一条公用总线发生故障，通信依然可以进行，因而比单公用总线系统可靠性高。4.1.2矩阵开关方式矩阵开关（也称纵横开关）式共享存储器结构中，每一个共享存储器Mi，每一个I/Oi端口与每台微处理机Pi都能建立起一条独立通道，如图4-3所示。图中黑点表示矩阵开关上的一组开关。4.1.3多端口共用方式图4-4是多端口共用存储器结构。该结构由三部分组成：Mi为多端口共用存储器；Pi表示多台微处理机；I/Oi表示多端口共用I/O设备。P1PiPnM1Mi

4、MnI/O1I/OiI/On……………………………………图4-4多端口共用存储器多端口共用存储器系统有两种实现方法：本质型多端口存储器实现方法，非本质型多端口存储器实现方法。图4-5为用这两种实现方法组成的多端口共用存储器系统的结构。本质型多端口存储器是一片内部集成了存储器、端口以及端口控制器的芯片，并具有几条独立访问内存的通道，使得存储器的访问并行化，用它作为多台微处理机的共用存储器非常方便。非本质型多端口存储器由普通的单口存储器芯片、多端口（三态门芯片）及端口控制器三个部分组成，仅有一条访问

5、存储单元的通道，只能由端口控制器控制多端口轮流接通，分别访问。非本质型多端口存储器造价便宜，结构简单，用户可自行进行电路设计及连接，在智能仪表与实时控制系统中得到较广泛的应用。多端口RAM端口2端口3端口1端口2端口3端口1多端口及端口控制器单口RAM图4-5(a)本质型多端(b)非本质型多端口存储器口存储器4.1.4总线窗口方式总线窗口共享存储区系统由三部分组成。如图4-6所示：A机系统（包括A机CPU、A机总线、A机专用内存、A机共用内存、A机外设）；B机系统（包括B机CPU、B机总线、B机

6、专用内存、B机共用内存、B机外设）；总线窗口。系统的共享存储器是在A、B机系统中各划定的一块特定的内存区域，并将其映射到对方的存储空间中，双方均可访问到。总线窗口实现两机虚拟地址到实际地址的变换。当系统较简单时，可用逻辑电路来实现；当系统较庞大时，应构成内含有微处理机的智能总线窗口。4.2共享存储区的逻辑结构4.2.1虚拟结构在多微处理机系统中，虚拟存储区技术是常用的逻辑结构形式。每台微处理机都带着存储器，它既为各处理机自己所有，又为多机共享。每台微处理机能访问所有处理机的存储器，形成了远大于单

7、个处理机存储器容量的虚拟存储空间，使用虚拟存储地址寻址。从虚拟逻辑结构上看，共享存储器把专用与共享融合在一起，可以方便地实现多机通信，而且使每台微处理机的存储空间都得以扩大。虚拟逻辑结构首先要解决虚/实地址间的地址映射问题。实现地址映射的方法有两种：一种是由硬件电路组成的总线窗口实现地址映射；另一种是由含有微处理器的智能总线窗口实现地址映射。当一台微处理机要使用另一台微处理机的存储器时，由总线窗口中的开关控制接通总线，本虚拟地址必须经过总线窗口中的地址变换器进行动态重定位，把虚拟地址变成实际地址

8、之后才可用来激活本机地址线，找到正确的存储单元。虚拟结构必须解决两台或两台以上微处理机访问同一存储单元引起的冲突。4.2.2信箱结构信箱式共享存储区把各微处理机专用与共享存储区划分开来，仅建立一块较小的共享区供通信使用，而且对共享区作了细分，建立类似邮政信箱格式的分格式逻辑结构。通信池结构很像配水系统的中间水池。四周有许多阀门接着水源及用户。若某水源要向某用户供水，首先打开该水源阀们，把应配水量放在中间水池中，然后关掉水源，再打开该用户阀门，则把应配水量供给该用户。这仅仅是个比喻而已，但由此可见