微型计算机总线技术62页PPT

INTA#
INTB#
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接口控制
中断
TD1
TD0
TCK
TMS
TRST#
JTAG
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9. PCI总线原理
• PCI配置空间：PCI设备内有一个256B的 配置存储器，为系统提供本设备的信息 及申请系统存储空间所必需的参数。
PCI主要设备信息： a) 制造商标识（Vendor ID）：PCI组织分
微计算机总线
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1. 总线出现的背景：
• 计算机部件要具有通用性，适应不同系 统与不同用户的需求，设计必须模块化。
• 计算机部件产品(模块)供应出现多元化。 • 模块之间的联接关系要标准化，使模块
具有通用性。 • 模块设计必须基于一种大多数厂商认可
的模块联接关系，即一种总线标准。
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总线接插件以及按装尺寸均有统一规定。 功能规范：总线每条信号线（引脚的名
称）、功能以及工作过程要有统一规定。 电气规范：总线每条信号线的有效电平、
动态转换时间、负载能力等。
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3. 总线的发展情况
• S-100总线：产生于1975年，第一个标准化总线，为 微计算机技术发展起到了推动作用。
间隔可以不同，但必须是时钟周期的整 数倍，信号的出现,采样与结束仍以公共 时钟为基准。ISA总线采用此定时方法。
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6.总线操作
• 数据传输类型：分单周方式和突发 (burst)方式。
单周期方式：一个总线周期只传送一个 数据。
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单周期数据传送方式
地址线
数据线
地址
T/C

同步方式的时序
时钟周期
时钟 地址 数据
总线周期
总线周期
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异步方式的时序
地址/数据 (发送方)请求 (接收方)应答
16
半同步方式的时序
时钟 地址 数据 就绪
等待一个时钟周期
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二、总线的仲裁控制
多个设备都要使用总线时，决定由哪个设备使 用总线的方法。 链式查询方式 独立请求方式
80x86微机中采用的是独立请求方式
Small Computer System Interface
外部总线 USB（通用串行总线） IEEE 1394（高性能串行总线）
27
一、ISA总线
主要特性
16位数据线（早期的为8位，已被淘汰） 24位地址线（可寻址16MB存储器） 时钟频率8MHz 数据传输率16MB/s 提供11个中断请求输入 提供7个DMA通道
PCI（外围部件互连总线）
Peripheral Component Interconnect
常用系统接口标准 AGP（加速图形接口）
Accelerated Graphics Port
IDE（集成设备接口），又称ATA接口
Integrated Device Electronics
SCSI（小型计算机系统接口）
I
DQ
STB
CP
O
OE
CP D Q 00 11
24
典型锁存器芯片
8282 / 74LS373 —— 具有三态正相输出的锁存器 内部包含8个D触发器
DI0 DI1 DI2
8282 74LS373
DO0 DO1 DO2
DI3
DO3
DI4
8D
DO4

主要优点是传输线少， 成本低廉，适合于远距离传 送，但是传送速率低。
0 11 0 1 0 1 0
8T
目
源
的
图 6 . 1 串行传送
2.并行传送 并行传送是采用多条传输线，同时传送多位数据。其传输速率比串 行高，但是所需传输线路多，成本高，常用于近距离传送，其示意 如图6.2所示。 在并行传送时，若数据字长大于数据线的宽度时，常把多位数据分 段传送。比如先传送低字节，再传送高字节。因此，这种传送方式 也称为分组传送。
⒈ 数据总线 数据总线用来传送数据，其位数亦称为数总线的宽度。比如 ISA总线的数据宽度为16位，PCI总线的数据宽度为32位。
Hale Waihona Puke 2. 地址总线地址总线用来传送存储器或外设端口地址。地址线的位数亦称为地址 宽度，它反映的是CPU的寻址范围。比如ISA总线的地址宽度为20位， 寻址范围220=1MB；PCI总线的地址宽度为32位，寻址范围为 232=4GB。
3. 控制总线 控制总线用于传送各种控制信号。在不同的总线结构中，控制总线往 往有较大的差异。比如种类不同，有效信号的定义可能不同，但是基本 信号必不可少。比如地址有效信号、读命令、写命令、中断请求/响应信 号、总线请求/响应信号等。 除此之外，还有电源线和地线。为了适应不同设备的需要，电源线可 能有多种，地线可以有多条。
6.3 总线结构
目前，总线的结构形式主要分为三种，即单总线、双总线及多 总线结构。
1 . 单总线结构 2. 双总线结构 3 . 多总线结构
能及常用总线的特点与应用。
6.1.1 基本概念
1. 什么是总线
总线是连接计算机各组成部件的共用数据通路。连接在总线上的 各个部件以分时的方式共享总线，实现数据传送。计算机工作的过 程，实质上就是数据流通过总线在各个部件之间流动的过程。因此， 总线也是计算机系统中的重要组成部分。 2. 总线的作用 总线的作用主要表现在两个方面。一是连接计算机的各组成部件， 构成不同规模的计算机系统。二是在各组成部件之间形成通路，实 现数据和信息传送。

低速（Low-speed）1.5Mb/s，全速（Full-speed）12Mb/s 半双 工 ➢ 2008年11月 USB3.0 5Gbps全双工，高于eSATA标准3Gbps的数 据传输率 新的电源管理机制，支持待机、休眠和暂停等状态
USB总线 基本特性
① 接口信号线
✓ USB总线只有4根线，D+、D-为信号线，VBUS和 GND是电源线
✓ ISA是一种低速的16位系统总线，也可以用作8位总线，工作频率只有 8MHz。
✓ L空A间17~LA23 高位地址线：新增加的地址线，可以最多访问16M的地址
✓ SD15~SD8 ✓ IRQ14~IRQ15,IRQ10~IRQ12 ✓ DRQ5~DRQ7 DRQ0 ✓ DACK5~DACK7 DACK0 ✓ MASTER
单总线和多总线
✓ 单总线结构
➢ 所有部件都连接到同一种总线(系统总线) ,例如PC总线、ISA总线 ➢ 结构简单 ,便于扩充 ➢ 相同的传输速度难以适应不同设备的要求
✓ 双总线结构
➢ 引入局部总线 ，连接高速数据传输的外设 ➢ VESA
✓ 多总线结构
➢ 三种以上总线的结构 ➢ 或者是多层PCI总线，或者是不同的总线 ➢ 现代的微型计算机都是多总线结构
不同层次的总线
✓ 片内总线
➢ 芯片内部的各个部件连接的总线
✓ 片总线
➢ 各个芯片之间进行连接的总线
✓ 系统总线（一般意义的总线 ）
➢ 微机系统内部，连接各个功能模块的总线
✓ 外部总线
➢ 又称通信总线，是连接微型计算机系统和其他的计算 机系统或者电子设备的总线
➢ 分为串行总线和并行总线
不同层次的总线
✓ 总线宽度
➢ 系统总线的数据线的数目 ➢ 总线宽度越宽，同时传输的数据就越多，吞吐量就越大

总线仲裁
多个主控模块同时申请总线使用权时，系统根据某种 算法做出裁定，把总线的控制权赋予某个主控模块。
寻址(目的寻址)
主控模块取得总线控制权后，由该模块进行寻址， 通知被访问的模块进行信息传输。
信息传输
主控模块与访问模块之间进行数据传输。
错误检测
§2 常用系统总线
一、微型计算机总线的发展： •1981年 PC/XT使用的XT总线或PC总线（8位）
(3)除满足特殊需要的12V电源外，其他信号均与TTL电平兼容。
§2 常用系统总线
3.PC/XT总线的信号线
GND RESET +5V IRQ2 -5V DRQ2 +12V CARD SLCTD -12V GND MEMW MEMR IOW IOR DACK3 DRQ3 DACK1 DRQ1 DACK0 CLK IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 IRQ3 DACK2 T/C ALE +5V OSC GND
地址线：20根
数据线：8根 控制线：21根 状态线：2根
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
B
A
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
数据总线 总线的 组成
传输计算机内部所有的数据信息
地址总线
传输计算机内部所有的地址信息
控制总线
传输计算机内部所有的控制或状态信号
§1 概述
三、总线的分类
按照总线在微机结构中所处的位置,可分为：

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第5章 章
微型计算机的总线技术
2. STD总线信号定义 STD总线总计56条信号，其中电源线10条，地址线24条， 数据线16条，控制线22条，地址线与数据线采用分时复用方 式进行工作。 3. STD总线的优先级控制 STD总线支持多微处理器系统，更广义的说是支持多总 线控制器系统。当STD系统总线上有多个总线控制器时，必 须保证在每一时刻要将总线让给提出请求的优先级最高的总 线控制器使用。6Fra bibliotek第5章 章
微型计算机的总线技术
总线的性能主要体现在： （1）总线宽度： 是指可以同时传输的数据位数，位数越多，一次传输的信 息就越多。 （2）总线频率： 总线通常都有一个基本时钟，总线上其它信号都以这个时 钟为基准，这个时钟的频率也是总线工作的最高频率。时钟频 率越高，单位时间内传输的数据量就越大。 随着微型计算机的发展，总线技术也在不断地发展与完 善，并且已经出现了一系列的标准化总线，这些标准化总线的 广泛使用，对微型计算机系统在各个领域的普及和应用起到了 积极的推动作用。
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第5章 章
微型计算机的总线技术
1. STD总线的特点 具有较好的兼容性，可以向上或向下兼容 STD总线的电路板采用小板结构，高度模块化，开发周 期短 采用一整套高可靠性措施，可以长期可靠地工作在恶劣 环境之下。 结构简单，并且能够支持多微处理器系统 系统模板品种齐全，价格低廉，性能良好，易于选用
图5-5 ISA体系结构
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第5章 章
微型计算机的总线技术
5-2-3 EISA总线 EISA（Extended Industry Standard Architecture扩展的 工业标准体系结构）总线是扩展的ISA总线。1989年，以 Compaq公司为代表的9家公司，在ISA总线的基础上，联合 推出了EISA总线。在当时，尽管数据总线宽度被增加到32位， 但EISA总线的时钟速度仍然维持在8MHz，这导致了这种互 连结构标准逐渐地被减少使用。但是，更新以后的VESA局部 总线和PCI总线均工作在更高的速度之下，它们现在可以在 33MHz的频率下工作。

第7章 微型计算机总线技术
学习重点
(1) 总线的基本概念，包括总线的定义、描述总线的特 征要素以及总线的电气特性。 (2) 微机总线的组成结构，片内总线、内总线、外总线 的含义及其应用特点。 (3) PCI总线的工作原理、连接方式，以及PCI配置的方 法。 (4) RS-232-C总线的接口特点、电气特性和使用方法。 (5) USB总线的拓扑结构、功能特点和连接使用方法。 (6) IEEE 1394总线的性能特点和应用场合。 (7) 现场总线的定义、性能和几种常见的现场总线的特
义，总线设计直接影响计算机系统的性能、可靠性、可扩展
性和可升级性。目前已将总线作为一个独立的功能部件来看 待。
第7章 微型计算据发往总线，再由
总线将该数据同时发往各接收数据部件；而接收数据的部件 由CPU给出的设备地址译码选中。总线仲裁电路对众多的设 备数据传输请求进行优先级别排队，以使设备相应按策略依 次使用总线，避免总线冲突。 计算机通信方式有并行通信和串行通信之分，相应的总 线称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好， 占用线路多，不适于小型化产品；串行通信速率虽低，在数 据通信吞吐量不是很大的微处理电路中显得更加方便、灵活。 总线的主要参数有带宽、位宽和时钟频率三个指标。
7.1.2 微型计算机总线技术的现状
总线是微型计算机系统中影响系统性能的主要瓶颈之一。 自IBM PC机问世以来，随着微处理器技术的飞速发展，相 应的总线技术也不断创新，由ISA、MCA、EISA、VESA发 展到PCI、AGP、IEEE 1394、USB，现在又出现了EV6、 PCI-X、NGIO等总线结构。究其原因，是由于CPU的处理 性能迅速提升，致使与外设的数据传输速率不匹配，于是不 断地进行总线改造，尤其是局部总线。 目前，AGP局部总线数据传输率可达528 MB/s，PCI-X 可达1 GB/s，系统总线传输率也由100 MB/s升至200 MB/s。 总线的发展创新，促进了PC系统性能的日益提高。