uestc微处理器体系结构嵌入式系统设计第4章总线技术与总线标准.ppt
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计ppt课件
A/D 数字 基 带
A/D
数字滤波与控制 系统知识 (硬件与软件)
电路设计知识 (DAC、ADC 等)
制造工艺知识 (90nm, 65nm, 45nm)
22 .
晶圆工艺知识 (300mm 晶圆)
片上网络(NOC) 技术
P处理器 M存储器
C缓存 rni网络接口 S交换开关
Dsp核 re可重构逻辑
L专用逻辑
7-8课时
第五章：存储器系统
8-9课时
第六章：输入/输出接口
6-7课时
第七章：ARM微处理器编程模型
4课时
第八章: ARM汇编指令
4-5课时
第九章： ARM程序设计
4-5课时
第十章：基于ARM微处理器的硬件系统设计
3课时
第十一章：基于ARM微处理器的软件系统设计 3课时
第十二章：基于ARM微处理器核的SOC设计
并出现了早期的操作系统。 第三代（1965～1980年）集成电路计算机 以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件
广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络 第四代（1980年至今）个人计算机 以LSI、VLSI为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件
章
✓ 片上多核处理器(CMP)
✓ 流处理器(Stream Processor)
✓ PIM(Processor In Memory)
概
✓ 可重构计算处理器
述
1.4 嵌入式系统（了解）
✓ 嵌入式系统的概念
✓ 嵌入式系统的特点
✓ 嵌入式系统中的处理器
✓ 嵌入式系统的组成
✓ 嵌入式系统的发展现状与趋势
✓ 学习嵌4入1.式系统的意义
【大学课件】微计算机与微处理器 单片机系统总线及扩展PPT
39
成于大气 信达天下
数模转换器举例
2021/7/9
实际电路
40
成于大气 信达天下
2021/7/9
模数转换器介绍
模数转换器常称A/D，主要技术指标有：
1、输入通道个数； 2、转换位数； 3、转换时间； 4、电源电压等。
4
成于大气 信达天下
2021/7/9
总线扩展
所有的总线扩展片外资源，除ROM以外， 都当成RAM处理。ROM和RAM的地址可以重叠 而不会相互影响。因为访问这两部分所用的 指令是不同的。
MOVX 用于访问外部RAM空间； MOVC 用于访问ROM空间（片内片外都使 用该指令）
5
成于大气 信达天下
2021/7/9
1
0
0
1
数据总线－>PB口
1
0
1
0
数据总线－>PC口
1
0
1
1
数据总线－>控制寄存器
×
×
×
×
数据总线呈高阻态
0
1
1
1
非法条件
1
1
×
×
数据总线呈高阻态
31
成于大气 信达天下
2021/7/9
8255A 方 式 控 制 字
32
成于大气 信达天下
2021/7/9
8255A 连 接 图 举 例 分 析33成于大气 信达天下
地址总线（AB：Address Bus）
51单片机共有16根地址信号线，即它的地址总线宽度是16位的， 地址总线由P0口提供低8位A0-A7（必须外加锁存器），P2口提供高8 位A8-A15，可操作的单元为216，共64K空间。
微计算机总线(共53张PPT)
INTA#
INTB#
INTC#
INTD#
接口控制
中断
TD1
TD0
TCK
TMS
TRST#
JTAG
第39页，共53页。
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
第1页，共53页。
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。
第2页，共53页。
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。
第4页，共53页。
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。
第18页，共53页。
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。
第19页，共53页。
单周期数据传送方式
地址线
数据线
地址
T/C
INTB#
INTC#
INTD#
接口控制
中断
TD1
TD0
TCK
TMS
TRST#
JTAG
第39页，共53页。
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
第1页，共53页。
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。
第2页，共53页。
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。
第4页，共53页。
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。
第18页，共53页。
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。
第19页，共53页。
单周期数据传送方式
地址线
数据线
地址
T/C
第章总线接口与过程通道总线及其标准ppt课件
如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等。
三类总线在微型计算机系统中的位置及相互关系如下图所示。
精选课件ppt
25
CRT显示器 外总线
存储器
I/O
CPU 片总线
总线控制及缓冲
4通道串行/并行 输入/输出部件
内总线
用三类总线构成的微机系统
精选课件ppt
26
总线的模板化结构
– 模板化结构
如ISA总线数据线是16位，PCI总线是32位或 64位。数据线的宽度表示了总线数据传输的能力， 反映了总线的性能。
精选课件ppt
18
地址总线
地址总线用来传送CPU要访问的存储单元或I/O 接口地址信号。地址信号一般由CPU发往其他芯片， 属于单向总线，但也具有三态控制功能。
地址总线的数据位数决定了该总线构成的微机 系统的寻址能力。例如，ISA总线有24位地址线， 可 寻 址 16MB ， PCI 总 线 有 32 位 地 址 线 ， 可 寻 址 到 4GB。地址总线的宽度视CPU所能直接访问的存储 空间的容量而定。
精选课件ppt
36
BA
GND 1
(O )RES ET D R V 2 ＋ 5V dc 3
(I)IRQ2 4 － 5V dc 5
(I)D RQ 2 6 － 12V dc 7
CA RDS LCT D 8 ＋ 12V dc 9 G N D 10
(I /O )M E M W 1 1
(I /O )M E M R 1 2
因此，从用户角度看，希望微型计算机生产厂家除了以机 箱方式提供整机系统外，还能以其他方式，如插件方式向用户 提供“原型”产品，由用户根据自己的要求构成所需的微机系 统。借助于总线标准，可以帮助用户按其具体需要选择和获得 适合自己需求的产品。
三类总线在微型计算机系统中的位置及相互关系如下图所示。
精选课件ppt
25
CRT显示器 外总线
存储器
I/O
CPU 片总线
总线控制及缓冲
4通道串行/并行 输入/输出部件
内总线
用三类总线构成的微机系统
精选课件ppt
26
总线的模板化结构
– 模板化结构
如ISA总线数据线是16位，PCI总线是32位或 64位。数据线的宽度表示了总线数据传输的能力， 反映了总线的性能。
精选课件ppt
18
地址总线
地址总线用来传送CPU要访问的存储单元或I/O 接口地址信号。地址信号一般由CPU发往其他芯片， 属于单向总线，但也具有三态控制功能。
地址总线的数据位数决定了该总线构成的微机 系统的寻址能力。例如，ISA总线有24位地址线， 可 寻 址 16MB ， PCI 总 线 有 32 位 地 址 线 ， 可 寻 址 到 4GB。地址总线的宽度视CPU所能直接访问的存储 空间的容量而定。
精选课件ppt
36
BA
GND 1
(O )RES ET D R V 2 ＋ 5V dc 3
(I)IRQ2 4 － 5V dc 5
(I)D RQ 2 6 － 12V dc 7
CA RDS LCT D 8 ＋ 12V dc 9 G N D 10
(I /O )M E M W 1 1
(I /O )M E M R 1 2
因此，从用户角度看，希望微型计算机生产厂家除了以机 箱方式提供整机系统外，还能以其他方式，如插件方式向用户 提供“原型”产品，由用户根据自己的要求构成所需的微机系 统。借助于总线标准，可以帮助用户按其具体需要选择和获得 适合自己需求的产品。
微机技术第04章微处理器外部特性PPT课件
多核处理器
将多个处理器核集成到一个芯片上，实现并 行处理和协同工作。
04
微处理器应用与发展趋势
微处理器在计算机领域的应用
计算机硬件控制
微处理器作为计算机的中央处理器，负责执行指令和控制计算机 硬件设备，如内存、输入输出设备等。
实时处理任务
微处理器能够快速处理实时任务，如工业控制、航空航天、医疗设 备等领域，确保系统稳定运行。
总线接口
负责微处理器与其他部件之间 的数据传输。
微处理器的指令系统
机器指令
微处理器执行的底层操作码，用于控制硬件操作。
汇编指令
将机器指令进行符号化表示，便于理解和编写程 序。
高级语言指令
将汇编指令进行抽象化表示，方便程序员编写程 序。
微处理器的执行流程
译码
对指令进行解码，确定需要执 行的操作和操作数。
输入输出接口应用
输入输出接口的应用非常广泛，如键盘、鼠标、显示器、 打印机等外部设备的控制，以及与外部存储器、通信设备 等的连接。
03
微处理器的工作原理
微处理器的内部结构
运算器
执行算术和逻辑运算的部件， 是微处理器最基本的部分之一
。
控制器
控制微处理器的工作流程，负 责指令的读取和执行。
寄存器
存储数据和指令，是微处理器 内部的重要组件。
微处理器的发展历程
随着集成电路技术的不断发展， 微处理器的性能不断提高，功能 也日益丰富。从4004到现代的智 能处理器，微处理器经历了多个 发展阶段，包括8位、16位、32 位和64位等不同位数的处理器。
微处理器的未来发展
随着人工智能、物联网等技术的 不断发展，微处理器的应用领域 将越来越广泛，未来微处理器将 朝着更低功耗、更高性能、更智 能化方向发展。
微处理器系统结构课件第四章总线技术知识与总线标准
总线的分类与组成
总线分类
根据传输方式，总线可分为单向总线和双向总线；根据连接设备数量，总线可 分为单总线、双总线和多总线。
总线组成
总线通常由数据线、地址线、控制线和电源线等组成，其中数据线用于传输数 据，地址线用于指定传输数据的地址，控制线用于控制数据传输的时序和方向， 电源线用于提供电能。
总线的性能指标
实时性要求
工业控制设备中的总线技 术需要满足实时性的要求， 确保数据传输的可靠性和 及时性。
可靠性
工业环境中的总线技术需 要具备较高的可靠性，能 够抵抗恶劣环境的干扰。
成本效益
在工业控制设备中应用总 线技术时，需要考虑成本 效益，选择适合的方案以 满足实际需求。
总线技术在智能家居设备中的应用
家庭网络
智能家居设备中的总线技术用于 构建家控制
通过总线技术，用户可以通过手机、 平板等设备远程控制家中的智能家 居设备。
数据共享
总线技术还可以用于实现不同智能 家居设备之间的数据共享和协同工 作。
THANKS
感谢观看
IEEE总线标准提供了多种类型的总线，如1394、USB、以太网等，广泛应用于计算 机和外部设备之间的连接。
IEEE总线标准具有开放性和通用性，使得不同厂商之间的设备可以相互连接和通信。
ISA总线标准
ISA总线标准是一种早期的总线 标准，定义了主板和扩展卡之 间的连接规范。
ISA总线标准的数据传输速率较 慢，但它的简单性和兼容性使 其在某些领域仍被使用。
总线技术用于连接计算机内部的CPU、内存、显卡、声卡等芯片 和模块，实现它们之间的数据传输和通信。
提高系统性能
通过优化总线的带宽和传输速率，总线技术能够提高计算机硬件系 统的整体性能。
《微机总线标准》课件
《微机总线标准》PPT课 件
欢迎大家来到今天的课程，我们将一起探索微机总线标准的世界。微机总线 标准是计算机领域中至关重要的一项技术，让我们开始吧！
概述
定义
微机总线标准是计算机内部各个部件之间传 输数据的规范和接口标准。
作用
它提供了统一的数据传输方式，简化了计算 机硬件的设计和开发。
发展历程
1
1970年代
2器、键盘和鼠标的总线。
存储总线
用于连接计算机和存储 设备，如硬盘驱动器和 光驱。
应用领域
计算机网络
图形处理
微机总线标准在网络交换机和 路由器等设备中起着重要作用。
用于连接显卡和其他图形处理 设备，提供高性能图形处理。
数据存储
硬盘驱动器等存储设备使用总 线标准进行数据传输。
2 更好的兼容性
新的总线标准将更好地考虑向下兼容和设备互操作性。
3 更广泛的应用
总线标准将扩展到更多领域，如物联网和人工智能。
结论
微机总线标准是现代计算机技术中不可或缺的一部分，它在连接各个硬件组件和外部设备方面起着重要 作用。随着技术的不断发展，总线标准将继续演进并应用于更广泛的领域。
微机总线标准的雏形开始出现。
2
1980年代
出现了许多具有代表性的微机总线标准，如ISA和MCA。
3
1990年代
PCI总线标准成为主流，并逐渐取代了前一代标准。
4
2000年代
PCI Express（PCIe）标准的出现，将总线速度提升到了一个新的水平。
分类
1 系统总线
连接处理器、内存和其 他主要硬件组件的主要 总线。
优势和局限
优势
• 标准化的接口，简化硬件设计。 • 提供高带宽和快速数据传输。 • 支持热插拔和设备自动识别。
欢迎大家来到今天的课程，我们将一起探索微机总线标准的世界。微机总线 标准是计算机领域中至关重要的一项技术，让我们开始吧！
概述
定义
微机总线标准是计算机内部各个部件之间传 输数据的规范和接口标准。
作用
它提供了统一的数据传输方式，简化了计算 机硬件的设计和开发。
发展历程
1
1970年代
2器、键盘和鼠标的总线。
存储总线
用于连接计算机和存储 设备，如硬盘驱动器和 光驱。
应用领域
计算机网络
图形处理
微机总线标准在网络交换机和 路由器等设备中起着重要作用。
用于连接显卡和其他图形处理 设备，提供高性能图形处理。
数据存储
硬盘驱动器等存储设备使用总 线标准进行数据传输。
2 更好的兼容性
新的总线标准将更好地考虑向下兼容和设备互操作性。
3 更广泛的应用
总线标准将扩展到更多领域，如物联网和人工智能。
结论
微机总线标准是现代计算机技术中不可或缺的一部分，它在连接各个硬件组件和外部设备方面起着重要 作用。随着技术的不断发展，总线标准将继续演进并应用于更广泛的领域。
微机总线标准的雏形开始出现。
2
1980年代
出现了许多具有代表性的微机总线标准，如ISA和MCA。
3
1990年代
PCI总线标准成为主流，并逐渐取代了前一代标准。
4
2000年代
PCI Express（PCIe）标准的出现，将总线速度提升到了一个新的水平。
分类
1 系统总线
连接处理器、内存和其 他主要硬件组件的主要 总线。
优势和局限
优势
• 标准化的接口，简化硬件设计。 • 提供高带宽和快速数据传输。 • 支持热插拔和设备自动识别。
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B6
A7
B7
OE
T
18
锁存器
信息缓存（有时也具有驱动能力）
信息分离（地址与数据分离）
STB
DI0 DI1
OE DO0 DO1
直通
保持 高阻
19
DI0
1
20
VCC
DI1
2
19
DO0
DI2
3
18
DO1
DI3
4
17
DO2
DI4
5 8282 16
DO3
DI 5
6
15
DO 4
DI6
7
14
DO5
DI7
8
13
DO6
总线仲裁：规定解决总线冲突的方式 其它：如差错控制等
机械性能 如接口尺寸、形状等 5
总线协议组件
6
总线的组织形式
组织形式：单总线、双总线、多级总线 单总线 一 特征：存储器和I/O分时使用同一总线 二 优点：结构简单，成本低廉，易于扩充 三 缺点：带宽有限，传输率不高（可能造成物理长度 过长）
7
不操作时把功能部件与总线隔离 –同一时刻只能有一个部件发送数据到总线上
提供驱动能力 –数据发送方必须提供足够的电流以驱动多个部件
提供锁存能力 –具有信息缓存和信息分离能力
17
总线电路中常用器件
三态总线驱动器 –驱动、隔离 –单向、双向
A 0 B 0
8286
A1
B1
A2
B2
A3
B3
A4
B4
A5
B5
A6
22
菊花链（串行）总线仲裁
允许BG
总线
仲裁 器
请求BR
主控 模块1
忙BB
主控 模块2
……
主控 模块N
特点：各主控模块共用请求信号线和忙信号线，其优 先级 别 由其在链式允许信号线上的位置决定； 优点：具有较好的灵活性和可扩充性； 缺点：主控模块数目较多时，总线请求响应的速度较慢；
地址总线
T OE
8286 收发器
(1)
数据总线
DATA
20
微机系统三总线
＋5V
8284 时钟 发生器
RR EE SA ED TY
CPU
MN/MX
INTA
RD
CLK
WR
READY M/IO RESET
ALE BHE A19-A16 AD15-AD0 DEN DT/R
AD15
地 STB OE
8282 锁存器
计算机系统通常包含不同种类的总线，在不同层次上为 计算机组件之间提供通信通路
采用总线的原因:
–非总线结构的N个设备的互联线组数为N*(N-1)/2 –非总线结构的M发N收设备间的互联线组数为M*N
采用总线的优势 –减少部件间连线的数量 –扩展性好，便于构建系统 –便于产品更新换代
3
计算机互联结构-总线
A1 ~ A19
读写控 BHE 制
A0
读写 控制
~
AD0
CSH
CSL
奇地址存 偶地址存
储体
储体
T
OE 8286 收发器
D7 ~ D0
D15 ~ D8
读写 控制
CS I/O 接口
CB AB
DB
总线仲裁
总线仲裁(arbitration)也称为总线判决，根据连接到总线上的 各功能模块所承担任务的轻重缓急，预先或动态地赋予它 们不同的使用总线的优先级，当有多个模块同时请求使用 总线时，总线仲裁电路选出当前优先级最高的那个，并赋 予总线控制权
4/36
总线要素
线路介质
–种类：有线（电缆始数据传输率
• 带宽
• 对噪声的敏感性：内部或外部干扰
• 对失真的敏感性：信号和传输介质之间的互相作用引起
• 对衰减的敏感性：信号通过传输介质时的功率损耗
总线协议
电气性能
总线信号：有效电平、传输方向/速率/格式等 总线时序：规定通信双方的联络方式
第4章 总线技术与总线标准
4.1 总线技术（掌握） ✓ 总线技术概述 ✓ 总线仲裁 ✓ 总线操作与时序
4.2 总线标准（理解） ✓ 片内AMBA总线 ✓ PCI系统总线 ✓ 串行通信总线
1
第四章 习题
作业：1、2、5、6、1215
思考：3、7-11
4.1 总线技术
总线是计算机系统中的信息传输通道，由系统中各个部 件所共享。总线的特点在于公用性，总线由多条通 信线路（线缆）组成
interconnection structure：指计算机系统中 连接各子系统的通路集合。总线(bus)是使用 最普遍的互连结构。
一.总线要素 线路介质、总线协议
二.总线组织及分类 单、双、多级
三.总线隔离与驱动 锁存、驱动
三.总线仲裁 集中式、分布式
四.总线性能指标 速率、带宽
五.总线操作时序 同步、异步、半同步
双总线
特征：存储总线+I/O总线 优点：提高了总线带宽和数据传输速率，克服单总
线共享的限制，以及存储/IO访问速度不一致 而对总线的要求也不同的矛盾 缺点：CPU繁忙
8
多级总线
特征：高速外设和低速外设分开使用不同的总线 优点：高效，进一步提高系统的传输带宽和数据传输
速率 缺点：复杂
9
微机的典型多级总线结构
其目的是合理地控制和管理系统中多个主设备的总线请求，以 避免总线冲突
分布式(对等式)仲裁
– 控制逻辑分散在连接于总线上的各个部件或设备中 – 协议复杂且昂贵，效率高
集中式(主从式)仲裁
– 采用专门的控制器或仲裁器 – 总线控制器或仲裁器可以是独立的模块或集成在CPU中 – 协议简单而有效，但总体系统性能较低
按所处位置 (数据传送范围
)
片内总线 芯片总线（片间总线、元件级总线） 系统内总线（插板级总线）
非通用总线 （与具体芯 片有关）
系统外总线（通信总线）
通用标准总线
按总线功能 按数据格式
地址总线 数据总线 控制总线
并行总线
同步 半同步 异步
串行总线 同步 异步
16
按时序关系 (握手方式)
总线隔离与驱动
OE
9
12
DO 7
GND
10
11
STB
微机系统的三总线结构
VCC
8284 时钟
RES RDY
GND 等待状态
发生器
MN/MX VCC
CLK READY
IO/M
RESET
INTA
RD
WR
DT/ R DEN CPU
ALE
AD0～AD7 A8～A19
GND
ADDR/DATA
STB OE
8282 锁存器 (1、2或3)
高速IO 总线
存储 总线
低速IO 总线
10
计算机系统的四层总线结构
计算机系统
主板 CPU
运算器
控 制① 器
寄存器
存储 芯片
②
I/O 芯片
扩展 接口板
①片内总线 单总线形式
其他 计算机 ②片(间)总线 系 统 三总线形式
③
④
扩展 接口板
11
③系统总线、
(系统)内总线 如ISA、PCI 其他 仪器 系 统 ④外部总线、 (系统)外总线 如并口、串口
三总线(片间总线)
MPU
冯•诺依曼 体系结构
RAM
ROM I/O接口
AB CB DB
外设
哈佛体系结构 程序
DSP 数据
程序
数据
12
I/O接口
外设
程序地址 程序读总线
程序/数据写 数据读总线 数据写地址 数据读地址
13
微机系统中的内总线（插板级总线）
14
微机系统中的外总线（通信总线）
15
总线分类