5.4.2- 并行总线仲裁方式（教案）-《计算机原理》同步教学（电子工业出版社第3版）

教案 编号：PTGZ-289 流水号：056 （首页）共 4页 课程 《计算机原理》 一体化 理论 章节（课题）及内容 《并行总线仲裁方式》 班级日期 中职 2024.04 授课方式 讲授与任务驱动相结合 课时 1 作业题数 1 拟用时间 40分钟 教学目标 · 了解并行总线仲裁的基本概念和作用。 · 掌握并行总线仲裁的几种主要方式，包括集中式仲裁、分布式仲裁和串行化仲裁。 · 能够分析不同仲裁方式的特点和应用场景。 教学资源准备 多媒体设备 课本教材 学生练习素材 教学重点 · 并行总线仲裁的基本概念和作用。 · 各种并行总线仲裁方式的特点和应用场景 教学难点 1. 如何根据实际需求选择合适的并行总线仲裁方式。 2. 各种并行总线仲裁方式之间的区别和联系。 教学方法 讲授法、任务驱动法、演示法、体验探究法等。 · 直观展示法：利用多媒体课件展示并行总线仲裁的相关图片、视频等，帮助学生建立直观印象。 · 对比分析法：通过对比不同仲裁方式的优缺点，使学生更好地理解和掌握各种仲裁方式。 · 案例分析法：结合具体实例，分析并行总线仲裁方式在实际应用中的选择和作用。 · 小组讨论法：鼓励学生分组讨论，共同解决问题，培养团队协作精神 授课教师： 审阅签名： 教学过程 教学活动内容 时间分配教学方法 课前导入 1. 提问：“你们知道在并行总线系统中，当多个设备同时请求使用总线时，是如何解决冲突的吗？”引导学生思考并行总线仲裁的问题。 2. 引出并行总线仲裁的概念，简要介绍并行总线仲裁的作用，为后续学习打下基础。 2分钟 讲授新课 练习指导 1. 并行总线仲裁的基本概念（5分钟） 2. 1. 介绍并行总线仲裁的定义，即在多个设备同时请求使用并行总线时，通过一定的规则和方法来决定哪个设备获得总线的使用权。 2. 阐述并行总线仲裁在计算机系统中的作用，如保证数据传输的顺利进行、提高总线的利用率等。 3. 并行总线仲裁的主要方式（15分钟） 4. 4. 集中式仲裁：通过一个集中的仲裁机构（如总线控制器）来裁决哪个设备获得总线的使用权。介绍集中式仲裁的优点（实现简单、仲裁速度快）和缺点（可靠性较低、扩展性差）。 4. 分布式仲裁：每个设备都参与仲裁过程，通过协商一致来决定哪个设备获得总线的使用权。介绍分布式仲裁的优点（可靠性高、扩展性好）和缺点（实现复杂、仲裁速度较慢）。 4. 串行化仲裁：将并行总线上的请求转换为串行请求，然后按照串行总线仲裁的方式进行仲裁。介绍串行化仲裁的优点（实现简单、适用于大规模系统）和缺点（可能导致资源浪费、仲裁速度较慢）。 5. 并行总线仲裁方式的选择与应用（10分钟） 6. 6. 结合具体的应用场景，分析如何选择合适的并行总线仲裁方式。 6. 举例说明在不同领域（如工业自动化、消费电子等）中并行总线仲裁方式的选择和应用。 并行总线仲裁是计算机系统中用于协调多个设备对共享总线或资源的访问的一种机制。在多设备同时访问总线的情况下，通过总线仲裁机制可以确保每个设备按照一定规则依次获得总线控制权，从而避免冲突和数据损坏。 总线仲裁的主要目的是解决多设备同时访问总线时可能出现的冲突和竞争的问题，保证设备能够有序地进行数据传输和通信。 在总线仲裁中，存在一些名词，以下是这些名词的解释： 1. **主控制器（Master）**：负责控制总线访问，决定哪个设备有权访问总线的设备。 2. **从设备（Slave）**：被主控制器控制的设备，只有得到主控制器的许可才能访问总线。 3. **仲裁器（Arbiter）**：负责对多个设备发出的总线请求进行仲裁，决定哪个设备有权访问总线。 4. **仲裁算法**：仲裁器使用的算法，用于决定哪个设备有权访问总线。常见的仲裁算法包括优先级仲裁、轮询仲裁、仲裁线等。 5. **总线协议（Bus protocol）**：设备在总线上通信所遵守的规则，包括总线数据传输的起始、结束、同步等细节。不同的总线协议可能会采用不同的仲裁算法，以实现总线访问的控制。 总之，并行总线仲裁在计算机硬件系统中发挥着重要的作用，提高了系统的效率和可靠性。 并行总线仲裁主要有三种方式：集中式仲裁、分布式仲裁和串行化仲裁。下面将分别介绍这三种方式，并给出少量举例。 1. **集中式仲裁**： 集中式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，通常由CPU进行处理。集中式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。 - **链式查询方式**：在这种方式中，设备通过总线连接成一个仲裁环。当一个设备需要访问